[發明專利]一種全驅動復合吸附式爬行機器人運動機構的控制方法

有效

• 申請號: 201210185641.X
• 申請日: 2012-06-07
• 公開（公告）號: CN102699921A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 肖唐杰;李永龍;姜周;徐立強;賀驥;盛仲曦;桂仲成;董娜
• 申請（專利權）人: 中國東方電氣集團有限公司
• 主分類號: B25J13/08
• 分類號: B25J13/08;B23K37/02;B23K9/127
• 代理公司: 成都天嘉專利事務所(普通合伙) 51211
• 代理人: 蘇丹

技術領域

本發明屬于特種機器人技術領域，具體來說是一種全驅動復合吸附式爬行機器人運動機構的控制方法。

背景技術

爬行弧焊機器人是特種機器人的一種，是一種設計用來在惡劣、危險、極限情況下、在導磁壁面上進行焊接的一種自動化機械裝置，越來越受到人們的重視。目前爬行弧焊機器人已在核工業、石化工業、建筑工業、消防部門、造船業等鐵磁性結構的生產施工中得到了廣泛的應用。

目前的爬行式焊接機器人的主要有軌道式、永磁履帶式、永磁輪式三種。其中軌道式控制較為簡單，也容易實現較高精度的焊接，但是軌道式爬行機器人是必須運行在專用軌道上，在大型工件焊接過程中會受到嚴重的制約，并且鋪設軌道會大幅增加生產成本。履帶式爬行機器人采用兩側履帶差動工作模式，在平面上直線運行有較好的穩定性，但由于履帶結構的轉彎負載較大，轉向靈活性差，不適合轉彎半徑小的焊接作業。傳統的永磁輪式爬行機器人采用的是兩輪差動加萬向輪輔助穩定的結構，此類機器人運動靈活但穩定性不加，在全位置焊接過程中容易出現不可控的滑動，旋轉等問題。

如申請號為CN03153663.8，申請日為2003-8-19，名稱為“永磁履帶自主全位置爬行式弧焊機器人的控制方法”的發明專利，其技術方案如下：由激光CCD傳感器14得到的圖像信號傳輸到跟蹤控制器6，它發出指示經十字滑塊控制使焊炬15在兩方向運動，該圖像信號同時也輸入到爬行機驅動器5而使爬行機8驅動；還有一種控制是跟蹤控制器6根據圖像信號發出指令經十字滑塊控制使焊炬15在兩個方向運動，并且根據橫向滑塊產生的橫向位置信號借助爬行機驅動裝置5而使爬行機8做相應運動。

但是上述專利控制方法只適用于差動轉向結構的移動平臺（如前輪為隨動萬向輪或者履帶式差動結構），并不能適用于前輪為全驅動方式（受控轉向與主動驅動）的移動平臺。也不能解決傳感器超前問題、多輪機構配合問題和角度估計問題。如果上述問題不能得到根本的解決，那么移動平臺在位置靠近焊縫且方向背離焊縫時易出現正反饋控制使系統控制失敗。

發明內容

為了克服現有技術中軌道爬行式、永磁履帶爬行式和傳統的永磁輪式弧焊機器人存在的不能適用于前輪為全驅動方式、也不能解決傳感器超前、多輪機構配合和角度估計的問題，現在特別提出可實現大型工件的高精度、高效率、高可靠、低成本的焊接的一種全驅動復合吸附式爬行機器人運動機構的控制方法。

為實現上述技術效果，本發明的技術方案如下：

一種全驅動復合吸附式爬行機器人運動機構的控制方法，其特征在于：本方法控制對象為采用激光焊縫跟蹤傳感器為焊縫跟蹤傳感器、十字滑塊為執行機構的驅動輪差動、轉向輪全驅動的爬行式焊接機器人，其具體步驟為：

A、獲取焊縫跟蹤傳感器提供的二維焊縫位置信息，并做濾波處理；

B、根據處理后的信息，向十字滑塊電機驅動器發送速度指令，完成十字滑塊的橫、縱軸運動，實現焊槍快速準確運動；

C、根據焊縫跟蹤傳感器提供的焊縫位置信息，及十字滑塊電機碼盤信息計算移動平臺到焊縫的距離；

所述十字滑塊電機由十字滑塊電機驅動器控制，十字滑塊電機碼盤信息由十字滑塊電機驅動器讀取并傳回十字滑塊電機控制器；

所述移動平臺到焊縫的距離的計算為：移動平臺到焊縫的距離=十字滑塊電機旋轉單位×十字滑塊電機碼盤值＋焊縫位置數據；十字滑塊電機旋轉單位是指十字滑塊電機旋轉角度到十字滑塊末端位移的換算系數，所述得到系數的方法是先測量指定電機旋轉n圈，再測量十字滑塊位置l，系數k=l/n；

D、根據上述信息計算移動平臺運動參數。

E、根據移動平臺運動參數及各電機運行狀態，向平臺電機驅動發送指令完成多輪配合運動；

上述發送指令具體為：所述移動平臺包括三個輪子，即一個前輪和兩個后輪，所述前輪為驅動轉向，所述的兩個后輪為差速驅動，兩個后輪分別有一個電機驅動，前輪包括一個驅動電機和一個轉向電機；[Lee1]?算出每輪的運動速度，再由減速比計算出電機速度，發送指令進行控制；??

移動平臺的運動學方程如下：

其中Vc為移動平臺速度，ωc為移動平臺轉向角速度，VL、VR分別為后輪的左右輪速；

上述步驟中，根據激光焊縫跟蹤傳感器的二維焊縫位置信息，計算十字滑塊橫、縱兩軸的運動速度；

根據十字滑塊碼盤及激光焊縫跟蹤傳感器信息，計算移動平臺運動參數；

根據移動平臺參數及機器人機械結構，計算電機聯動速度；

根據電機運行電流，完成電機負載平衡算法。