[发明专利]一种贴合曲面结构表面作业的滚压装置及其控制方法

权利要求书

1.一种贴合曲面结构表面作业的滚压装置，其特征在于，包括装载平台(3)以及安装在装载平台(3)上的运动结构，所述的运动结构包括多节依次活动连接的机械臂，最底部的机械臂活动安装在装载平台(3)上，最顶部的机械臂末端安装用于贴合曲面结构表面(7)作业的工作单元(4)，该装置还包括用于测量最底部机械臂的活动节点中心点至曲面结构表面(7)上目标点之间距离的距离传感器(5)、用于测量最顶部机械臂与曲面结构贴合压力的压力传感器(6)以及用于控制各机械臂动作的控制器，所述的机械臂、距离传感器(5)和压力传感器(6)均连接至所述的控制器。

2.根据权利要求1所述的一种贴合曲面结构表面作业的滚压装置，其特征在于，各节机械臂底部分别通过一活动节点和位于其下方并与之连接的机械臂或装载平台(3)活动连接，所述的活动节点为转动式节点且使得多节机械臂在同一平面内转动。

3.根据权利要求2所述的一种贴合曲面结构表面作业的滚压装置，其特征在于，所述的距离传感器(5)安装在转动安装块上，所述的距离传感器(5)的中心点与底部机械臂的活动节点的中心点平齐，所述的转动安装块为转动式节点且使得距离传感器(5)与所述的机械臂在同一平面或平行平面内转动，同时距离传感器(5)的测量轴线在所述的机械臂的转动平面内。

4.根据权利要求2或3所述的一种贴合曲面结构表面作业的滚压装置，其特征在于，所述的转动式节点包括电动销轴式节点，所述的电动销轴式节点连接至所述的控制器。

5.根据权利要求1所述的一种贴合曲面结构表面作业的滚压装置，其特征在于，所述的压力传感器(6)安装在位于最上方的两个机械臂的连接节点处。

6.根据权利要求1所述的一种贴合曲面结构表面作业的滚压装置，其特征在于，所述的距离传感器(5)包括激光传感器。

7.根据权利要求1所述的一种贴合曲面结构表面作业的滚压装置，其特征在于，最顶部的机械臂为微调机械臂，其长度小于其他机械臂的长度。

8.根据权利要求1所述的一种贴合曲面结构表面作业的滚压装置，其特征在于，所述的机械臂设置三节。

9.一种贴合曲面结构表面作业的滚压装置的控制方法，其特征在于，用于控制权利要求1～8任意一项所述的滚压装置的运动，该控制方法包括：

运动控制：获取最底部机械臂的活动节点中心点至曲面结构表面(7)上目标点之间距离d以及最顶部机械臂与曲面结构贴合压力N，根据d和N进行解算获取各节机械臂的位姿信息，对各机械臂进行联动调节；

人为中断控制：当获取中断信号后，存储当前各节机械臂的位姿信息，中断所有操作，维持机械臂当前状态，当中断信号解除后，继续进行运动控制；

人为中止控制：当获取中止信号后，控制机械臂复位。

10.根据权利要求9所述的一种贴合曲面结构表面作业的滚压装置的控制方法，其特征在于，所述的运动控制具体为：

建立控制坐标系：

以最底部机械臂的活动节点为原点，在机械臂运动平面内建立直角坐标系，x轴平行于水平面，y轴平行于铅垂线，根据取最底部机械臂的活动节点中心点至曲面结构表面(7)上目标点之间距离d、各机械臂的转动角度以及各机械臂的长度构建运动控制方程；

初始化参数：

启动时，为距离传感器(5)和压力传感器(6)输入初始化参数：距离传感器(5)的工作步长Δα，工作起始角度α₀，工作终止角度α_m，α₀α_m，压力传感器(6)的压力阈值N₀，N₀0；设置各机械臂的转动角度的初始值以及d的初始值d₀＝0；

解算运动控制方程并联动调节，包括如下步骤：

S1、将最顶部的机械臂作为微调机械臂，将该机械臂的转动角度的初始值保持不变，将其他机械臂的转动角度作为未知数；

S2、距离传感器(5)测量下一目标点的距离d；

S3、保持微调机械臂当前的转动角度，解算运动控制方程，确定除最顶部机械臂外的其他机械臂的转动角度；

S4、判断d≥d₀是否成立，若是，则从底部的机械臂开始从下至上依次调节各机械臂的转动角度至解算值，否则，从微调机械臂下方的机械臂开始从上至下依次调节各机械臂的转动角度至解算值；

S5、压力传感器(6)测量压力N，判断N≥N₀是否成立，若是，则维持微调机械臂的位姿，进入步骤S7，否则进入步骤S6；

S6、改变微调机械臂的转动角度，使其增大一个微调角度Δβ，判断N是否增大，若是则继续使微调机械臂的转动角度增大一个微调角度Δβ，返回步骤S3，否则改变微调机械臂的转动角度，使其减小两个微调角度Δβ，返回步骤S3；

S7、判断当前目标点是否为终止点，若是则执行步骤S9，否则执行步骤S8；

S8、更新d₀＝d，执行步骤S2；

S9、控制各机械臂运动至初始状态。