[發明專利]一種負壓吸附機器人及變吸附力曲面運動控制方法

有效

• 申請號: 201910407641.1
• 申請日: 2019-05-16
• 公開（公告）號: CN110077483B
• 公開（公告）日: 2021-10-19
• 發明（設計）人: 劉剛峰;莫昊;李長樂;張學賀;趙杰
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B62D57/024
• 分類號: B62D57/024;B25J11/00;F16L55/32
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 高媛

一種負壓吸附機器人及變吸附力曲面運動控制方法，涉及特種機器人技術領域。預先測得機器人及負載總重、機器人曲面運動的等效摩擦系數、吸附力對照表，機器人沿曲面運動過程中，位姿傳感器實時檢測機器人位姿，壓力傳感器實時檢測當前吸附力，距離傳感器實時檢測機器人底部與曲面的間隙高度，上述信息實時傳輸至控制器處理。當曲面的曲率或坡度發生變化時，控制器將機器人位姿代入臨界吸附力計算中，得出當前所需吸附力；參照對照表，改變吸附力調節裝置的參數，并通過傳感系統反饋信息進行閉環控制，則在保證機器人曲面運動可靠吸附的前提下，既不會由于吸附力過大導致運動阻力過大或過度吸合，也不會由于吸附力過小造成運動不穩定甚至滑落。

技術領域

本發明涉及特種機器人技術領域，尤其涉及一種負壓吸附機器人及利用該機器人變吸附力曲面運動控制方法。

背景技術

在工程實施或應用過程中，工程機械或作業人員的支撐面或作業面常常難以保證恒為水平面，所以實踐中需解決曲面作業問題?，F有技術多采用吊索、工程車輛、搭建腳手架等方式，人為制造出水平支撐面并通過作業人員手動作業來解決。這些方法存在靈活性差、成本高、作業效率低以及作業人員危險性高等問題。

通過特種機器人可以避免使用上述方法，并替代作業人員實現部分任務的機器人作業。目前多采用磁吸附、負壓吸附、靜電吸附等吸附式移動機器人來解決曲面作業問題。然而，常規的平面吸附機器人，如專利號為CN200610151073.6、名稱為“基于負壓吸附原理的小型爬壁機器人”不能滿足復雜曲面運動作業任務要求。

已有的曲面吸附式運動機器人普遍存在曲率、坡度、負載變化適應性差的問題。曲率、坡度、負載等影響所需吸附力大小的因素往往不是恒定不變的：當所需吸附力變小時，機器人可能發生吸附力過大導致能耗過高、過度吸合甚至運動困難的問題；當所需吸附力變大時，機器人可能發生吸附不穩、打滑甚至翻滾脫落；當所需吸附力變化率過大時，機器人可能發生無法通過該處曲面的問題。

發明內容

本發明的目的是為解決上述曲面作業問題和已有吸附式運動機器人的不足之處，提供一種負壓吸附機器人及變吸附力曲面運動控制方法。

本發明是一種負壓吸附機器人及變吸附力曲面運動控制方法，它能夠實現機器人曲面運動時的可靠吸附，避免機器人滑落或過度吸合，同時通過一定范圍內的安全裕度實現較低能耗和較長的續航時間。

實現上述目的，本發明采取的技術方案是：

一種負壓吸附機器人，包括機器人本體及控制器；所述負壓吸附機器人還包括傳感系統及變吸附力裝置，所述傳感系統包括位姿傳感器、壓力傳感器和距離傳感器，所述變吸附力裝置包括吸附力調節裝置、驅動板及間隙保持裝置；所述吸附力調節裝置包括風機、吸盤及密封裙，所述機器人本體包括四個模塊化全向運動機構以及車體底盤及框架，所述四個模塊化全向運動機構均包括麥克納姆輪、驅動電機及支架；

所述吸盤為矩形框結構，吸盤的上端為封閉端，下端為敞口端，吸盤的封閉端中部設有出風口，所述風機機體安裝在吸盤內的上方中部，風機的離心風扇設置在吸盤外部上方中部，吸盤的任意兩個相對側壁的下端面為向下凸出的圓弧面，吸盤四個側壁的下端面均固定有密封裙，固定在兩個所述圓弧面上的所述密封裙的型線與曲面相一致，密封裙與所述曲面之間設有間隙；所述吸附力調節裝置的密封裙始終與曲面形成恒定高度的氣隙，以實現穩定吸附；所述車體底盤及框架固定在吸盤內并位于風機的機體下方，每個所述麥克納姆輪均安裝在對應的驅動電機輸出軸上，每個所述驅動電機均安裝在對應的支架上，四個所述支架均與車體底盤及框架固定連接；所述控制器及位姿傳感器均固定在車體底盤及框架上，所述壓力傳感器和距離傳感器均固定在吸盤內壁的下端，位姿傳感器、壓力傳感器和距離傳感器的信號輸出端分別與控制器各自對應的信號輸入端相連接，所述驅動板固定在風機的機體上，控制器的控制信號輸出端與驅動板的控制信號輸入端相連接，驅動板的控制信號輸出端與風機的控制信號輸入端相連接，控制器還控制四個驅動電機的啟停；所述間隙保持裝置與車體底盤及框架下端面固定連接。