[發明專利]多功能機器人系統及其應用

有效

• 申請號: 201810340486.1
• 申請日: 2018-04-17
• 公開（公告）號: CN108312159B
• 公開（公告）日: 2023-06-09
• 發明（設計）人: 黎鑫
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B25J11/00
• 分類號: B25J11/00;B25J9/00;B62D57/024;A47L11/38
• 代理公司: 浙江一墨律師事務所 33252
• 代理人: 陳紅珊;楊馨雨

本發明涉及一種多功能機器人系統及其應用，包括分別可獨自移動的供給站和若干機器人單元，供給站設置有動力供應系統和供給站移動裝置，機器人單元設置有機器人驅動裝置、工作執行裝置和機器人移動裝置，供給站通過連接線纜分別與每個機器人單元連接，連接線纜包括支路動力纜線，動力供應系統通過支路動力纜線分別為每個機器人單元提供動力流。所述若干機器人單元在水平面或斜面或豎直面或頂面上移動，所述供給站跟隨若干機器人單元進行移動。本發明設置單獨的供給站，將機器人的執行裝置與其驅動裝置和供給裝置分離，供給站不斷地向機器人提供原材料和能源，減少機器人側的重量和體積，延長其單次工作時間，提高工作效率。

技術領域

本發明屬于機器人應用技術領域，特別涉及一種具有作業能力的多功能機器人系統及其應用。

背景技術

隨著現代科技技術水平的不斷發展，機器人得到了廣泛的應用。公開號CN104802872A的中國發明專利公開了一種爬壁機器人。該爬壁機器人E能吸附在粗糙外墻C表面上移動。通常，爬壁機器人E常常使用管子或是電線D來從外部獲取持續的動力供給。例如，如圖1所示，爬壁機器人E在豎直面上進行清洗或噴涂作業時，爬壁機器人E距離樓頂B的高度在100米，那么，爬壁機器人E會遇到如下問題：

（1）如果爬壁機器人E自帶有水箱或涂料箱以及控制部件（例如：控制閥）的話，爬壁機器人E的重量會變得非常重，巨大的重力作用會導致爬壁機器人E掉落。

（2）如果水箱或是涂料箱等原料供給A放置在樓頂的話，水或油漆等原料就需要通過很長的管子D輸送至爬壁機器人E，這就造成了原料供給量的控制困難。如果原料的控制部件（流量閥、壓力閥等）放在樓頂，管子和纜線的長度（例如100米長）就會造成嚴重的時間滯后，時間滯后會導致控制失效、不穩定的問題。而且，原料流經很長的管子輸送至爬壁機器人E時，會在長管上產生極大的沿程損耗，進而會導致機器人單元端的壓力和流量不足的情況發生。如果把原料的控制部件安裝在爬壁機器人E上，又會導致爬壁機器人E的重量大幅增加，這對爬壁機器人E是非常不利的。

（3）如果動力供給A放置在樓頂的話，動力流（電流等）就需要通過很長的纜線輸送至機器人單元，這就造成了動力的控制困難。如果動力的控制部件（變壓器等）放在樓頂，纜線的長度（例如100米長）就會造成嚴重的時間滯后，時間滯后會導致控制失效、不穩定的問題。而且，動力流經很長的纜線輸送至機器人單元時，會在長纜線上產生極大的沿程損耗，進而會導致爬壁機器人E的動力不足的情況發生。如果把動力的控制部件安裝在爬壁機器人E上，又會導致爬壁機器人E的重量大幅增加，這對爬壁機器人E是非常不利的。

（4）以圖2為例，爬壁機器人E從位置A橫向移動至位置B，纜線D也會發生相應的位置改變。纜線D的重量會對機器人單元施加一個橫向拖拽力。也就說，爬壁機器人E移動時不得不帶動纜線D同時移動。如果纜線D非常長的話，纜線D的質量就很重。對移動的爬壁機器人E而言，纜線D變成了非常大的慣性負載，嚴重影響爬壁機器人E的運動性能。并且，為了抵御不可測的橫向拖拽力，爬壁機器人E的吸附裝置不得不始終工作在最大吸附力的狀態下，這就導致了吸附裝置的能耗過大。

（5）連接爬壁機器人E和樓頂供給設備A的長纜線D懸掛在高空。高空存在劇烈橫風，橫風施加作用力在纜線上，導致纜線擺動，并且，該作用力會通過纜線D直接作用在爬壁機器人E上，形成對爬壁機器人E的橫向拖拽力，下稱橫風拖拽力。并且，該橫風拖拽力隨著高空橫風的狀態發生改變，是一個不穩定的、難預測的作用力。如果纜線D很長（百米或更長），該作用力會變得很大，嚴重影響爬壁機器人E的穩定性。

（6）在實施作業的過程中，我們需要根據爬壁機器人E的移動來收放纜線D。理想情況下，纜線D的收放長度和速度可以根據爬壁機器人E和樓頂B的供給單元A的相對位置來計算。但是，在爬壁機器人E和樓頂的供給單元A之間的連接纜線D是一個兩端固定的柔性線體問題，纜線D還受到重力、橫風作用力等因素影響，并且纜線D越長，影響越顯著。于是，該柔性線體問題變得很復雜，求解困難，進而導致了難以準確根據機器人的移動來控制纜線D的收放長度和速度。纜線D收放得不恰當的話，勢必會對爬壁機器人E的移動帶來非常嚴重的影響。