[實用新型]框架結構操作機器人

有效

• 申請號: 201420141452.7
• 申請日: 2014-03-20
• 公開（公告）號: CN203804970U
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發明（設計）人: 李曙光;袁建平;陳建林;喬橋
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及機器人領域，特別涉及一種能夠對復雜三維框架結構自行構建和重構的機器人。

背景技術

要實現對復雜三維框架結構的自動構建和重構，機器人系統就必須具備兩項基本功能，即對結構中意位置的可達功能(例如在框架結構中的攀爬能力)，以及對基本構件的操作功能，包括安裝、拆卸、運輸等。近年來，研究人員開發了很多具備攀爬功能的機器人系統，例如爬墻機器人、爬桿機器人以及框架攀爬機器人等等。。“尺蠖”機器人利用電磁力將自己吸附到鐵質結構的表面上，以實現對結構的攀爬功能。Tavakoli等人開發的機器人可以實現對桿狀結構的攀爬功能，此機器人使用機械手爪裝置來抓緊目標結構。White等人設計了臺用于大型航空界及結構的制造和檢測的攀爬機器人，它使用真空吸盤將自己吸附于工作區域的表面。并聯機器人TREPA和毛蟲形機器人ROMA都具備在復雜三維結構中巡游攀爬的高超本領。

盡管有眾多的機器人系統都展示出了高強的結構攀爬能力，但是能夠對目標結構進行搭建、維修、重構等操作的機器人系統卻是鳳毛麟角。Skyworker機器人的主要設計目的是協助宇航員完成在軌的結構裝配任務，它可以完成某些框架結構的搭建，但是這些框架結構部件和Skyworker機器人的設計是相互獨立的，因此Skyworker需要額外的其他機器人來輔助完成搭建任務。Dogget設計了一款可以搭建框架結構的機器人，但是此機器人更像是一個固定的機械臂，它不具備在框架之上的移動能力，因此不能進行結構檢測、維修等高級操作。MIT(麻省理工學院)的Rus教授團隊開發了Shady3D機器人，目的是利用它進行框架結構的搭建，Shady3D可以在三維框架結構上任意巡游，并且可以對結構部件進行簡單操作，但是它不具備最關鍵的構建組裝功能。Yim教授等人設計開發了新穎的Factory-Floor機器人系統，它可以通過一組固定在地面上的搭建器、升降器等，以“自頂向下”的方式逐層地構建三維框架結構，然而需要指出的是，一方面，目標框架結構的規模受限于升降器的性能和尺寸，另一方面，搭建器不具備移動能力，因而框架結構一旦建成就很難進行修改和重構等操作。Comell(康奈爾)大學Lipson教授的實驗室也致力同樣的研究，他們開發了一款“鉸鏈形”機器人，并且設計了用于搭建框架的“凸齒桿”構件。此機器人可以在三維框架內攀爬移動，更重要的是，它初步實現了對框架構件的拆卸和安裝等簡單的操作，然而實驗表明此機器人系統的運行穩定性以及精確性還有待提高，而且框架構件的設計也存在缺陷。

發明內容

了克服上述現有技術的不足，本實用新型提供了一種既能實現對三維框架結構的任意游走，又能夠實現對框架結構的構建和重構等高級操作的框架結構操作機器人。

為了實現上述目的，本實用新型的技術方案是這樣實現的：一種框架結構操作機器人，由兩個對稱機構和鉸鏈電機組成，所述對稱機構之間通過所述鉸鏈電機連接，所述對稱機構由旋轉運動裝置和平移運動裝置組成，所述旋轉運動裝置和平移運動裝置配合安裝在框架圓桿上。

進一步的，所述旋轉運功裝置和平移運動裝置包括嚙合凸輪鎖裝置和驅動裝置，所述嚙合凸輪鎖裝置由嚙合凸輪鎖驅動電機、電機定位板、凸輪和擋塊組成，所述嚙合凸輪鎖驅動電機驅動所述凸輪轉動，并通過與所述擋塊配合，控制旋轉、移動運動裝置的嚙合和松開，所述驅動裝置由橡膠輪、驅動電機和定位板組成，所述驅動電機用于驅動所述橡膠輪移動。

進一步的，所述橡膠輪上設置有凹凸不平的花紋。

該框架結構操作機器人，它擁有通過鉸鏈電機直接連接起來的兩個對稱機構，每個對稱機構都包含有一套平移運動裝置和一套旋轉運動裝置，在機器人的每個對稱機構中，這兩套裝置都使用4個直流伺服電機，因此機器人共有9個驅動電機。顧名思義，平移運動裝置可以使機器人附著在桿件上，并且沿桿件長度方向平行移動；而沿著桿件中軸線旋轉的運動則由旋轉運動裝置完成。

在機器人的每一邊的平移運動裝置都包含兩個伺服電機，其中一個電機用來驅動橡膠輪，用作平移運動的驅動器，通過摩擦力使機器人沿著桿件方向運動；另一個電機則通過驅動平移嚙合凸輪鎖裝置使驅動器與結構桿件緊密嚙合。

與平移運動裝置類似，旋轉運動裝置也用到了兩個伺服電機，其中一個用于旋轉嚙合凸輪鎖裝置，另一個用于驅動橡膠輪，依靠摩擦力實現旋轉運動。

該機器人除了由直流伺服電機提供的溫度、位置、轉速、電壓等反饋外，還擁有兩個反射目標傳感器以及配套的電路組成的外部傳感器模塊。這些傳感器通過檢測框架結構上的標記來確定機器人當前的位置，從而使機器人的運動更加精確和可靠。