[发明专利]多功能机器人系统及其应用

说明书

本发明涉及一种多功能机器人系统及其应用，包括分别可独自移动的供给站和若干机器人单元，供给站设置有动力供应系统和供给站移动装置，机器人单元设置有机器人驱动装置、工作执行装置和机器人移动装置，供给站通过连接线缆分别与每个机器人单元连接，连接线缆包括支路动力缆线，动力供应系统通过支路动力缆线分别为每个机器人单元提供动力流。所述若干机器人单元在水平面或斜面或竖直面或顶面上移动，所述供给站跟随若干机器人单元进行移动。本发明设置单独的供给站，将机器人的执行装置与其驱动装置和供给装置分离，供给站不断地向机器人提供原材料和能源，减少机器人侧的重量和体积，延长其单次工作时间，提高工作效率。

技术领域

本发明属于机器人应用技术领域，特别涉及一种具有作业能力的多功能机器人系统及其应用。

背景技术

随着现代科技技术水平的不断发展，机器人得到了广泛的应用。公开号CN104802872A的中国发明专利公开了一种爬壁机器人。该爬壁机器人E能吸附在粗糙外墙C表面上移动。通常，爬壁机器人E常常使用管子或是电线D来从外部获取持续的动力供给。例如，如图1所示，爬壁机器人E在竖直面上进行清洗或喷涂作业时，爬壁机器人E距离楼顶B的高度在100米，那么，爬壁机器人E会遇到如下问题：

（1）如果爬壁机器人E自带有水箱或涂料箱以及控制部件（例如：控制阀）的话，爬壁机器人E的重量会变得非常重，巨大的重力作用会导致爬壁机器人E掉落。

（2）如果水箱或是涂料箱等原料供给A放置在楼顶的话，水或油漆等原料就需要通过很长的管子D输送至爬壁机器人E，这就造成了原料供给量的控制困难。如果原料的控制部件（流量阀、压力阀等）放在楼顶，管子和缆线的长度（例如100米长）就会造成严重的时间滞后，时间滞后会导致控制失效、不稳定的问题。而且，原料流经很长的管子输送至爬壁机器人E时，会在长管上产生极大的沿程损耗，进而会导致机器人单元端的压力和流量不足的情况发生。如果把原料的控制部件安装在爬壁机器人E上，又会导致爬壁机器人E的重量大幅增加，这对爬壁机器人E是非常不利的。

（3）如果动力供给A放置在楼顶的话，动力流（电流等）就需要通过很长的缆线输送至机器人单元，这就造成了动力的控制困难。如果动力的控制部件（变压器等）放在楼顶，缆线的长度（例如100米长）就会造成严重的时间滞后，时间滞后会导致控制失效、不稳定的问题。而且，动力流经很长的缆线输送至机器人单元时，会在长缆线上产生极大的沿程损耗，进而会导致爬壁机器人E的动力不足的情况发生。如果把动力的控制部件安装在爬壁机器人E上，又会导致爬壁机器人E的重量大幅增加，这对爬壁机器人E是非常不利的。

（4）以图2为例，爬壁机器人E从位置A横向移动至位置B，缆线D也会发生相应的位置改变。缆线D的重量会对机器人单元施加一个横向拖拽力。也就说，爬壁机器人E移动时不得不带动缆线D同时移动。如果缆线D非常长的话，缆线D的质量就很重。对移动的爬壁机器人E而言，缆线D变成了非常大的惯性负载，严重影响爬壁机器人E的运动性能。并且，为了抵御不可测的横向拖拽力，爬壁机器人E的吸附装置不得不始终工作在最大吸附力的状态下，这就导致了吸附装置的能耗过大。

（5）连接爬壁机器人E和楼顶供给设备A的长缆线D悬挂在高空。高空存在剧烈横风，横风施加作用力在缆线上，导致缆线摆动，并且，该作用力会通过缆线D直接作用在爬壁机器人E上，形成对爬壁机器人E的横向拖拽力，下称横风拖拽力。并且，该横风拖拽力随着高空横风的状态发生改变，是一个不稳定的、难预测的作用力。如果缆线D很长（百米或更长），该作用力会变得很大，严重影响爬壁机器人E的稳定性。

（6）在实施作业的过程中，我们需要根据爬壁机器人E的移动来收放缆线D。理想情况下，缆线D的收放长度和速度可以根据爬壁机器人E和楼顶B的供给单元A的相对位置来计算。但是，在爬壁机器人E和楼顶的供给单元A之间的连接缆线D是一个两端固定的柔性线体问题，缆线D还受到重力、横风作用力等因素影响，并且缆线D越长，影响越显著。于是，该柔性线体问题变得很复杂，求解困难，进而导致了难以准确根据机器人的移动来控制缆线D的收放长度和速度。缆线D收放得不恰当的话，势必会对爬壁机器人E的移动带来非常严重的影响。