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原文传递一种负压吸附机器人及变吸附力曲面运动控制方法

专利名称：	一种负压吸附机器人及变吸附力曲面运动控制方法
摘要：	一种负压吸附机器人及变吸附力曲面运动控制方法，涉及特种机器人技术领域。预先测得机器人及负载总重、机器人曲面运动的等效摩擦系数、吸附力对照表，机器人沿曲面运动过程中，位姿传感器实时检测机器人位姿，压力传感器实时检测当前吸附力，距离传感器实时检测机器人底部与曲面的间隙高度，上述信息实时传输至控制器处理。当曲面的曲率或坡度发生变化时，控制器将机器人位姿代入临界吸附力计算中，得出当前所需吸附力；参照对照表，改变吸附力调节装置的参数，并通过传感系统反馈信息进行闭环控制，则在保证机器人曲面运动可靠吸附的前提下，既不会由于吸附力过大导致运动阻力过大或过度吸合，也不会由于吸附力过小造成运动不稳定甚至滑落。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	黑龙江;23
申请人：	哈尔滨工业大学
发明人：	刘刚峰;莫昊;李长乐;张学贺;赵杰
专利状态：	有效
申请日期：	2019-05-16T00:00:00+0800
发布日期：	2019-08-02T00:00:00+0800
申请号：	CN201910407641.1
公开号：	CN110077483A
代理机构：	哈尔滨龙科专利代理有限公司
代理人：	高媛
分类号：	B62D57/024(2006.01);B;B62;B62D;B62D57
申请人地址：	150000 黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号
主权项：	1.一种负压吸附机器人，包括机器人本体(1)及控制器(4)；其特征在于：所述负压吸附机器人还包括传感系统(2)及变吸附力装置(3)，所述传感系统(2)包括位姿传感器(21)、压力传感器(22)和距离传感器(23)，所述变吸附力装置(3)包括吸附力调节装置(31)、驱动板(32)及间隙保持装置(33)；所述吸附力调节装置(31)包括风机(311)、吸盘(312)及密封裙(313)，所述机器人本体(1)包括四个模块化全向运动机构(11)以及车体底盘及框架(12)，所述四个模块化全向运动机构(11)均包括麦克纳姆轮(111)、驱动电机(112)及支架(113)；所述吸盘(312)为矩形框结构，吸盘(312)的上端为封闭端，下端为敞口端，吸盘(312)的封闭端中部设有出风口，所述风机(311)机体安装在吸盘(312)内的上方中部，风机(311)的离心风扇(3111)设置在吸盘(312)外部上方中部，吸盘(312)的任意两个相对侧壁的下端面为向下凸出的圆弧面，吸盘(312)四个侧壁的下端面均固定有密封裙(313)，固定在两个所述圆弧面上的所述密封裙(313)的型线与曲面相一致，密封裙(313)与所述曲面之间设有间隙；所述吸附力调节装置(31)的密封裙(313)始终与曲面形成恒定高度的气隙，以实现稳定吸附；所述车体底盘及框架(12)固定在吸盘(312)内并位于风机(311)的机体下方，每个所述麦克纳姆轮(111)均安装在对应的驱动电机(112)输出轴上，每个所述驱动电机(112)均安装在对应的支架(113)上，四个所述支架(113)均与车体底盘及框架(12)固定连接；所述控制器(4)及位姿传感器(21)均固定在车体底盘及框架(12)上，所述压力传感器(22)和距离传感器(23)均固定在吸盘(312)内壁的下端，位姿传感器(21)、压力传感器(22)和距离传感器(23)的信号输出端分别与控制器(4)各自对应的信号输入端相连接，所述驱动板(32)固定在风机(311)的机体上，控制器(4)的控制信号输出端与驱动板(32)的控制信号输入端相连接，驱动板(32)的控制信号输出端与风机(311)的控制信号输入端相连接，控制器(4)还控制四个驱动电机(112)的启停；所述间隙保持装置(33)与车体底盘及框架(12)下端面固定连接。 2.根据权利要求1所述的一种负压吸附机器人，其特征在于：所述位姿传感器(21)为三轴陀螺仪。 3.根据权利要求1所述的一种负压吸附机器人，其特征在于：所述间隙保持装置(33)包括滚珠(331)、支座(332)及支撑弹簧(333)；所述支撑弹簧(333)一端与车体底盘及框架(12)下端面固定连接，支撑弹簧(333)另一端与支座(332)固定连接，所述滚珠(331)与支座(332)球铰接，滚珠(331)的1/2部分露在支座(332)外部，滚珠(331)的下表面与密封裙(313)的下表面位于同一水平面上。 4.根据权利要求1所述的一种负压吸附机器人，其特征在于：四个所述麦克纳姆轮(111)均独立驱动，四个麦克纳姆轮(111)轴线与所在位置的曲面法线相垂直。 5.根据权利要求1所述的一种负压吸附机器人，其特征在于：每个所述麦克纳姆轮(111)上的所有辊子与麦克纳姆轮(111)的轴线均成45°夹角，所述四个麦克纳姆轮(111)呈矩阵形式布置，位于左侧的两个麦克纳姆轮(111)为一组，位于右侧的两个麦克纳姆轮(111)为一组，每组中的两个麦克纳姆轮(111)的辊子轴线对称设置，位于每条对角线上的两个麦克纳姆轮(111)的辊子轴线方向相一致。 6.根据权利要求1所述的一种负压吸附机器人，其特征在于：所述吸附力调节装置(31)与曲面的间隙高度为2-5mm。 7.一种利用权利要求1-6任一权利要求所述的负压吸附机器人实现变吸附力曲面运动控制方法，其特征在于：所述方法步骤如下：步骤一：所述机器人工作前，预先测得机器人及负载总重、机器人曲面运动等效摩擦系数，预先制作吸附力对照表并存储在控制器(4)内；步骤二：机器人进入预先设定的初始位置，控制器(4)根据预知的相关参数设置吸附力调节装置(31)的初始参数，从而使机器人稳定吸附在曲面上；步骤三：机器人沿所述曲面运动过程中，所述位姿传感器(21)实时检测机器人位姿，所述压力传感器(22)实时检测当前吸附力，所述距离传感器(23)实时检测所述吸附力调节装置(31)与曲面的间隙高度，上述所有传感器信息实时传输至控制器(4)内进行处理；步骤四：当曲面的曲率或坡度发生变化时，控制器(4)将当前时刻机器人位姿代入临界吸附力计算公式中，得出当前所需吸附力，然后参照所述对照表，改变吸附力调节装置(31)的调节参数，并通过传感系统(2)反馈信息实时调整，从而保证机器人沿曲面运动时可靠吸附。 8.根据权利要求7所述的一种利用负压机器人实现变吸附力曲面运动控制方法，其特征在于：步骤四中，所述临界吸附力计算公式(1)和当前所需吸附力计算公式(2)如下：其中：Fpmin表示临界吸附力；Fp表示当前所需吸附力；FG表示重力；μ表示摩擦系数；θ表示机器人重力与吸附力之间的夹角；θ0表示吸附力调节装置启动位置；δ1表示密封裙间隙压力损失等效系数；δ2表示吸盘气体流动压力损失等效系数；δ3表示曲面误差安全系数。 9.根据权利要求7所述的一种利用负压机器人实现变吸附力曲面运动控制方法，其特征在于：步骤三中，所述机器人沿曲面运动过程中，吸附力始终保持在临界吸附力之上。 10.根据权利要求7所述的一种利用负压机器人实现变吸附力曲面运动控制方法，其特征在于：步骤三中，所述吸附力调节装置(31)与曲面的间隙高度为2-5mm。
所属类别：	发明专利