[發明專利]一種爬壁機器人吸附腔位姿調整機構及控制方法

有效

• 申請號: 202010961995.3
• 申請日: 2020-09-14
• 公開（公告）號: CN112172953B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 陶波;石穎;龔澤宇;李可怡;顧振峰;丁漢
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B62D57/024
• 分類號: B62D57/024;B25J9/16
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智

本發明公開了一種爬壁機器人吸附腔位姿調整機構及控制方法，屬于機器人技術領域。本發明通過上滑輪組與下滑輪組組成滑輪組，將小型伺服電機驅動拉線輪所在傳動繩索上產生的拉力進行放大，其放大倍數取決于上滑輪組與下滑輪組所包含的滑輪數量，該機構相比于傳統的齒輪或絲杠減速機構，布置靈活，體積小、重量輕，減速比可根據吸附腔的負載進行調整。本發明中并聯約束臂采用3RRS構型，可以提供平行于曲面切面方向的兩個轉動自由度和與曲面法相方向相同的平動，符合吸附腔曲面適應的需求；本發明采用小型伺服電機驅動，清潔、安靜、便于控制，體積小、重量輕、輸出力量大，解決了當前機器人小型化的需求。

技術領域

本發明屬于機器人技術領域，更具體地，涉及一種爬壁機器人吸附腔位姿調整機構及控制方法。

背景技術

將爬壁機器人應用在大型復雜構件加工中是一個全新的思路，很好的解決了傳統大型復雜構件加工方式的缺點。大型復雜構件表面為符合流體力學的變曲率曲面，例如風電葉片等。一般的爬壁機器人上所配備的吸附腔采用具備密封唇邊的真空吸附腔，可以彌補一些吸附表面的缺陷，但沒有針對曲面進行設計，缺乏曲面適應能力，例如，在論文《輪足混合驅動爬壁機器人及其關鍵技術的研究》中提到的爬壁機器人所采用的吸附腔僅能在平面上吸附，不具備曲面適應能力。

而吸附腔運行過程中，為保證爬壁機器人安全可靠運行，吸附力通常可達機器人自重的2～5倍甚至更高，這就既要求吸附腔調整機構輸出力大，又要求吸附腔調整機構自身體積小、重量輕，降低爬壁機器人自重。

綜上所述，目前缺少適用于大負載吸附腔三自由度調整的輕巧化機構。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種爬壁機器人吸附腔位姿調整機構及控制方法，其目的在于提供一種適用于大負載吸附腔三自由度調整的輕巧化機構。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種爬壁機器人吸附腔位姿調整機構，包括：三個小型伺服電機、三個繩索驅動組件、三個并聯約束臂、工作平臺和安裝底板；

小型伺服電機固定在安裝底板上，用于根據接收到的位姿指令，利用動滑輪原理分別控制對應的繩索驅動組件長度，帶動工作平臺向靠近或遠離安裝底板方向運動，實現對工作平臺位姿的調整；

并聯約束臂兩端分別固定在安裝底板和工作平臺上，用于限制工作平臺自由度，保證工作平臺僅有一個平動自由度和兩個旋轉自由度；

吸附腔固定在工作平臺上，隨工作平臺一同運動。

進一步地，三個繩索驅動組件分別包括對應地拉線輪、上滑輪組、下滑輪組和傳動繩索；

上滑輪組固定在安裝底板上；下滑輪組固定在工作平臺上；

傳動繩索一端分別固定在對應的拉線輪上，并分別在對應的上滑輪組與下滑輪組之間纏繞；

拉線輪分別固定在對應的小型伺服電機的輸出軸上，分別用于驅動對應的傳動繩索。

進一步地，三個繩索驅動組件的工作原理相同；具體為，上滑輪組與下滑輪組組動滑輪組，將小型伺服電機驅動拉線輪所在傳動繩索上產生的拉力進行放大，其放大倍數取決于上滑輪組與下滑輪組所包含的滑輪數量，根據工作平臺的負載進行調整。

進一步地，三個并聯約束臂均采用3RRS構型；

每個并聯約束臂包括從左到右依次分布的兩個轉動副和一個球鉸；左端與安裝底板固連，右端與工作平臺固連；中間的轉動副上安裝有彈簧，以在對應地傳動繩索放松時恢復伸展狀態。

進一步地，上滑輪組與下滑輪組均采用鋁合金制成。

進一步地，小型伺服電機選用帶有減速箱的小型伺服電機，可輸出3.4N·m的扭矩。

進一步地，傳動繩索(16，17，18)采用超高分子量聚乙烯繩索。