[发明专利]一种负压吸附机器人及变吸附力曲面运动控制方法

说明书

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。

技术领域

本发明涉及特种机器人技术领域，尤其涉及一种负压吸附机器人及利用该机器人变吸附力曲面运动控制方法。

背景技术

在工程实施或应用过程中，工程机械或作业人员的支撑面或作业面常常难以保证恒为水平面，所以实践中需解决曲面作业问题。现有技术多采用吊索、工程车辆、搭建脚手架等方式，人为制造出水平支撑面并通过作业人员手动作业来解决。这些方法存在灵活性差、成本高、作业效率低以及作业人员危险性高等问题。

通过特种机器人可以避免使用上述方法，并替代作业人员实现部分任务的机器人作业。目前多采用磁吸附、负压吸附、静电吸附等吸附式移动机器人来解决曲面作业问题。然而，常规的平面吸附机器人，如专利号为CN200610151073.6、名称为“基于负压吸附原理的小型爬壁机器人”不能满足复杂曲面运动作业任务要求。

已有的曲面吸附式运动机器人普遍存在曲率、坡度、负载变化适应性差的问题。曲率、坡度、负载等影响所需吸附力大小的因素往往不是恒定不变的：当所需吸附力变小时，机器人可能发生吸附力过大导致能耗过高、过度吸合甚至运动困难的问题；当所需吸附力变大时，机器人可能发生吸附不稳、打滑甚至翻滚脱落；当所需吸附力变化率过大时，机器人可能发生无法通过该处曲面的问题。

发明内容

本发明的目的是为解决上述曲面作业问题和已有吸附式运动机器人的不足之处，提供一种负压吸附机器人及变吸附力曲面运动控制方法。

本发明是一种负压吸附机器人及变吸附力曲面运动控制方法，它能够实现机器人曲面运动时的可靠吸附，避免机器人滑落或过度吸合，同时通过一定范围内的安全裕度实现较低能耗和较长的续航时间。

实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种负压吸附机器人，包括机器人本体及控制器；所述负压吸附机器人还包括传感系统及变吸附力装置，所述传感系统包括位姿传感器、压力传感器和距离传感器，所述变吸附力装置包括吸附力调节装置、驱动板及间隙保持装置；所述吸附力调节装置包括风机、吸盘及密封裙，所述机器人本体包括四个模块化全向运动机构以及车体底盘及框架，所述四个模块化全向运动机构均包括麦克纳姆轮、驱动电机及支架；

所述吸盘为矩形框结构，吸盘的上端为封闭端，下端为敞口端，吸盘的封闭端中部设有出风口，所述风机机体安装在吸盘内的上方中部，风机的离心风扇设置在吸盘外部上方中部，吸盘的任意两个相对侧壁的下端面为向下凸出的圆弧面，吸盘四个侧壁的下端面均固定有密封裙，固定在两个所述圆弧面上的所述密封裙的型线与曲面相一致，密封裙与所述曲面之间设有间隙；所述吸附力调节装置的密封裙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固定在吸盘内并位于风机的机体下方，每个所述麦克纳姆轮均安装在对应的驱动电机输出轴上，每个所述驱动电机均安装在对应的支架上，四个所述支架均与车体底盘及框架固定连接；所述控制器及位姿传感器均固定在车体底盘及框架上，所述压力传感器和距离传感器均固定在吸盘内壁的下端，位姿传感器、压力传感器和距离传感器的信号输出端分别与控制器各自对应的信号输入端相连接，所述驱动板固定在风机的机体上，控制器的控制信号输出端与驱动板的控制信号输入端相连接，驱动板的控制信号输出端与风机的控制信号输入端相连接，控制器还控制四个驱动电机的启停；所述间隙保持装置与车体底盘及框架下端面固定连接。