[發(fā)明專利]一種基于連續(xù)體結(jié)構(gòu)的飛機(jī)油箱檢查機(jī)器人及其控制方法

有效

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• 申請日: 2012-06-28
• 公開（公告）號: CN102729240A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 牛國臣;高慶吉;王續(xù)喬;王磊;王維娟;王力
• 申請（專利權(quán)）人: 中國民航大學(xué)
• 主分類號: B25J5/00
• 分類號: B25J5/00;B25J9/16;B25J19/00;G01M3/38
• 代理公司: 天津才智專利商標(biāo)代理有限公司 12108
• 代理人: 龐學(xué)欣

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于民用航空技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于連續(xù)體結(jié)構(gòu)的飛機(jī)油箱檢查機(jī)器人及其控制方法。

背景技術(shù)

在民航機(jī)務(wù)維修中，飛機(jī)油箱滲漏及腐蝕一直是一個(gè)相當(dāng)棘手的問題。由于工作環(huán)境惡劣，操作空間小，油箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且不同機(jī)型油箱結(jié)構(gòu)不盡相同，中央油箱和機(jī)翼油箱中均有桁條結(jié)構(gòu)，因此燃油滲漏路徑難以分析，內(nèi)漏點(diǎn)及腐蝕位置很難確定，所以檢修油箱往往需要很長的停場時(shí)間，甚至反復(fù)幾次才能完成。為盡快地完成搶修任務(wù)，快速、準(zhǔn)確地查找到漏點(diǎn)及腐蝕的位置就顯得特別重要。目前，主要通過人工的方式實(shí)現(xiàn)漏點(diǎn)及腐蝕位置的確定，在這種情況下，工作人員常要進(jìn)入飛機(jī)油箱進(jìn)行檢查。在飛機(jī)燃油箱中作業(yè)存在著易燃、易爆、人員中毒和飛機(jī)/設(shè)備損壞的危險(xiǎn)性，因此亟需一種能夠代替人進(jìn)入油箱進(jìn)行檢查的裝置。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠減輕機(jī)務(wù)人員工作強(qiáng)度、保障其人身安全的基于連續(xù)體結(jié)構(gòu)的飛機(jī)油箱檢查機(jī)器人及其控制方法，

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的基于連續(xù)體結(jié)構(gòu)的飛機(jī)油箱檢查機(jī)器人包括移動(dòng)平臺、升降運(yùn)動(dòng)單元、蛇臂運(yùn)動(dòng)單元、系統(tǒng)控制單元和電源模塊；

所述的移動(dòng)平臺包括底板、兩個(gè)萬向輪和兩個(gè)固定輪，其中底板水平設(shè)置，兩個(gè)萬向輪和兩個(gè)固定輪分別設(shè)置在底板的底面前后端兩側(cè)；

所述的升降運(yùn)動(dòng)單元包括底座、直線模組、滑塊、伺服電機(jī)和聯(lián)軸器，其中底座將直線模組固定在底板的表面中部；滑塊以能夠上下滑動(dòng)的方式安裝在直線模組上，同時(shí)與蛇臂運(yùn)動(dòng)單元下端固連；伺服電機(jī)通過聯(lián)軸器與直線模組上的絲杠上端相連；

所述的蛇臂運(yùn)動(dòng)單元包括蛇臂體、蛇臂驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和圖像感知模塊；其中蛇臂驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在滑塊上，主要包括多個(gè)電機(jī)底板、多臺蛇臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)、多個(gè)帶基座軸承、多個(gè)卷線軸和蛇臂支架；其中多個(gè)電機(jī)底板分多層沿上下方向相隔距離水平設(shè)置；每個(gè)電機(jī)底板的表面兩側(cè)并排分別安裝有一臺蛇臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)，另一端相應(yīng)安裝有兩個(gè)帶基座軸承；每臺蛇臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸通過一個(gè)聯(lián)軸器與一個(gè)卷線軸的一端相連，卷線軸的另一端連接在一個(gè)帶基座軸承上；蛇臂支架設(shè)置在位于最上層的電機(jī)底板表面上兩個(gè)卷線軸之間的部位，其兩側(cè)面上分別安裝有多個(gè)換向輪，表面形成有多個(gè)用于貫穿蛇臂體上驅(qū)動(dòng)繩的開孔；蛇臂體的下端固定在蛇臂支架上，其由至少五個(gè)關(guān)節(jié)構(gòu)成，每個(gè)關(guān)節(jié)包括首端圓盤、末端圓盤、多個(gè)支撐圓盤、柔性支撐桿和四根驅(qū)動(dòng)繩；其中首端圓盤、多個(gè)支撐圓盤和末端圓盤的中部從下至上相隔距離套裝在柔性支撐桿上，每個(gè)首端圓盤、支撐圓盤和末端圓盤的圓周上形成有多個(gè)過孔，上一關(guān)節(jié)的首端圓盤與下一關(guān)節(jié)的末端圓盤通過關(guān)節(jié)連接件相互連接在一起；四根驅(qū)動(dòng)繩分別貫穿設(shè)置在首端圓盤、支撐圓盤和末端圓盤上相距90度方位的一個(gè)過孔內(nèi)，下端從蛇臂支架上的一個(gè)開孔穿過并通過一個(gè)換向輪以正繞線和反繞線交錯(cuò)的方式卷繞在一個(gè)相應(yīng)的卷線軸上，上端固定在該關(guān)節(jié)的末端圓盤上；圖像感知模塊包括攝像機(jī)及照明燈，兩者固定于蛇臂體的上端；

所述的系統(tǒng)控制單元安裝在底板的表面，包括主控計(jì)算機(jī)、電機(jī)控制板、數(shù)據(jù)傳輸模塊及照明控制模塊；其中主控計(jì)算機(jī)同時(shí)與電機(jī)控制板、數(shù)據(jù)傳輸模塊、照明控制模塊及監(jiān)控站計(jì)算機(jī)相連，用于將接收到的監(jiān)控站操作人員在監(jiān)控站計(jì)算機(jī)上下達(dá)的運(yùn)動(dòng)控制指令分解為各個(gè)關(guān)節(jié)的控制量，再向電機(jī)控制板發(fā)送控制指令，從而使得各關(guān)節(jié)能夠旋轉(zhuǎn)彎曲或使得直線模組進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)；主控計(jì)算機(jī)還負(fù)責(zé)計(jì)算機(jī)器人的空間姿態(tài)，并和其他系統(tǒng)狀態(tài)一起反饋到監(jiān)控站計(jì)算機(jī)，以便工作人員后續(xù)操控；電機(jī)控制板與主控計(jì)算機(jī)和伺服電機(jī)以及蛇臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)相連，用于接收主控計(jì)算機(jī)的運(yùn)動(dòng)指令，然后向伺服電機(jī)和蛇臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)送驅(qū)動(dòng)信號，以控制這些電機(jī)按照指定參數(shù)運(yùn)動(dòng)；數(shù)據(jù)傳輸模塊通過RS232與主控計(jì)算機(jī)相連，同時(shí)與攝像機(jī)相接，用于將命令和狀態(tài)在機(jī)器人與監(jiān)控站計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行傳遞，同時(shí)將攝像機(jī)采集的油箱圖像傳遞給監(jiān)控站計(jì)算機(jī)；照明控制模塊通過數(shù)字量采集卡與主控計(jì)算機(jī)相連，同時(shí)與照明燈相接，用于控制照明燈的開關(guān)，并配合攝像機(jī)提供不同亮度的照明光，以適應(yīng)不同的光線條件，從而達(dá)到較好的圖像采集效果；

所述的電源模塊安裝在底板的表面，用于為整個(gè)機(jī)器人提供工作電源。

所述的主控計(jì)算機(jī)采用嵌入式工控機(jī)。

所述的蛇臂體的外部設(shè)有蛇臂外殼，蛇臂外殼采用具有伸縮和彎曲能力的波紋管制成。

所述的伺服電機(jī)和蛇臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)上安裝有光電編碼器。

所述的柔性支撐桿采用碳纖維桿。

所述的底板的表面后端還安裝有扶手。