[发明专利]一种爬壁机器人吸附腔位姿调整机构及控制方法

说明书

本发明公开了一种爬壁机器人吸附腔位姿调整机构及控制方法，属于机器人技术领域。本发明通过上滑轮组与下滑轮组组成滑轮组，将小型伺服电机驱动拉线轮所在传动绳索上产生的拉力进行放大，其放大倍数取决于上滑轮组与下滑轮组所包含的滑轮数量，该机构相比于传统的齿轮或丝杠减速机构，布置灵活，体积小、重量轻，减速比可根据吸附腔的负载进行调整。本发明中并联约束臂采用3RRS构型，可以提供平行于曲面切面方向的两个转动自由度和与曲面法相方向相同的平动，符合吸附腔曲面适应的需求；本发明采用小型伺服电机驱动，清洁、安静、便于控制，体积小、重量轻、输出力量大，解决了当前机器人小型化的需求。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，更具体地，涉及一种爬壁机器人吸附腔位姿调整机构及控制方法。

背景技术

将爬壁机器人应用在大型复杂构件加工中是一个全新的思路，很好的解决了传统大型复杂构件加工方式的缺点。大型复杂构件表面为符合流体力学的变曲率曲面，例如风电叶片等。一般的爬壁机器人上所配备的吸附腔采用具备密封唇边的真空吸附腔，可以弥补一些吸附表面的缺陷，但没有针对曲面进行设计，缺乏曲面适应能力，例如，在论文《轮足混合驱动爬壁机器人及其关键技术的研究》中提到的爬壁机器人所采用的吸附腔仅能在平面上吸附，不具备曲面适应能力。

而吸附腔运行过程中，为保证爬壁机器人安全可靠运行，吸附力通常可达机器人自重的2～5倍甚至更高，这就既要求吸附腔调整机构输出力大，又要求吸附腔调整机构自身体积小、重量轻，降低爬壁机器人自重。

综上所述，目前缺少适用于大负载吸附腔三自由度调整的轻巧化机构。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种爬壁机器人吸附腔位姿调整机构及控制方法，其目的在于提供一种适用于大负载吸附腔三自由度调整的轻巧化机构。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种爬壁机器人吸附腔位姿调整机构，包括：三个小型伺服电机、三个绳索驱动组件、三个并联约束臂、工作平台和安装底板；

小型伺服电机固定在安装底板上，用于根据接收到的位姿指令，利用动滑轮原理分别控制对应的绳索驱动组件长度，带动工作平台向靠近或远离安装底板方向运动，实现对工作平台位姿的调整；

并联约束臂两端分别固定在安装底板和工作平台上，用于限制工作平台自由度，保证工作平台仅有一个平动自由度和两个旋转自由度；

吸附腔固定在工作平台上，随工作平台一同运动。

进一步地，三个绳索驱动组件分别包括对应地拉线轮、上滑轮组、下滑轮组和传动绳索；

上滑轮组固定在安装底板上；下滑轮组固定在工作平台上；

传动绳索一端分别固定在对应的拉线轮上，并分别在对应的上滑轮组与下滑轮组之间缠绕；

拉线轮分别固定在对应的小型伺服电机的输出轴上，分别用于驱动对应的传动绳索。

进一步地，三个绳索驱动组件的工作原理相同；具体为，上滑轮组与下滑轮组组动滑轮组，将小型伺服电机驱动拉线轮所在传动绳索上产生的拉力进行放大，其放大倍数取决于上滑轮组与下滑轮组所包含的滑轮数量，根据工作平台的负载进行调整。

进一步地，三个并联约束臂均采用3RRS构型；

每个并联约束臂包括从左到右依次分布的两个转动副和一个球铰；左端与安装底板固连，右端与工作平台固连；中间的转动副上安装有弹簧，以在对应地传动绳索放松时恢复伸展状态。

进一步地，上滑轮组与下滑轮组均采用铝合金制成。

进一步地，小型伺服电机选用带有减速箱的小型伺服电机，可输出3.4N·m的扭矩。

进一步地，传动绳索(16，17，18)采用超高分子量聚乙烯绳索。