CN106541391A - 全方位移动并联机器人及协同操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全方位移动并联机器人，属于机器人设计与控制领域。包括并联机器人平台、移动机器人平台和控制器；并联机器人平台固定在移动机器人平台上；并联机器人平台包含动平台和静平台，动平台和静平台之间通过并联控制机构相连接；所述移动机器人包括圆形底盘，圆形底盘沿圆周上对称安装三个驱动机构；并联机构、驱动机均电连接控制器。通过将并联机器人和移动机器人相结合，不仅能够实现全方位灵活的运动，而且具有高定位精度、大刚度等操作能力，很大程度上弥补了并联机器人及移动机器人结构和性能上的不足，提高全方位移动并联机器人应对并完成复杂任务的能力。本发明还公开了一种多全方位移动并联机器人协同操作方法。

Description

全方位移动并联机器人及协同操作方法

技术领域

本发明涉及一种机器人，具体一种全方位移动并联机器人及协同操作方法，属于机器人设计与控制领域。

背景技术

移动机器人因其运动灵活、工作空间大，已广泛应用在服务、运输、医疗、勘探以及排爆等领域。移动机器人按移动特性可分为非全方位和全方位两种。与非全方位移动机器人相比，全方位移动机器人是一种具有平面内三个自由度，且能够实现零曲率半径运动的机器人，特别适合在狭窄工作空间以及需要精确定位和高精度轨迹跟踪的场合进行移动作业。

目前的移动机器人一般都是作为运动载体，通过搭载传感器，或在其平台上安装机械臂来完成自主导航、探测或抓取等特定任务。2012年9月19日，中国发明专利申请CN101428420B公开了一种室内多用途移动机器人实验平台，包括移动平台以及搭载在上面的多个摄像头及激光测距仪等，但并不具备复杂任务操作能力。2010年7月21日，中国发明专利CN102681542A公开了一种超冗余全方位移动操作臂，其采用的是串联机械臂，其机动性能弱，无法满足大刚度、高精密的工况环境下的作业。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术缺陷，提供一种机动性能强，能满足大刚度、高精密等复杂任务的全方位移动并联机器人及其协同操作方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供的全方位移动并联机器人，包括并联机器人平台、移动机器人平台和控制器；所述并联机器人平台固定在移动机器人平台上；

所述并联机器人平台包含动平台和静平台，所述动平台和静平台之间通过并联控制机构相连接；

所述移动机器人包括圆形底盘，所述圆形底盘沿圆周上对称安装三个驱动机构；

所述并联机构、驱动机均电连接控制器。

本发明中，所述并联控制机构包括六个直线驱动器，六个直线驱动器的一端分别通过球铰与动平台连接，另一端分别通过虎克铰与静平台相连接。

本发明中，所述动平台上安装夹持器。

本发明中，所述驱动机构包括伺服电机和万向轮，所述伺服电机固定在圆形底盘上，万向轮与伺服电机连接。

本发明中，所述移动机器人平台上安装位置传感器和无线定位及通讯模块，所述位置传感器和无线定位及通讯模块均电连接控制器。

本发明还公开了一种多全方位移动并联机器人协同操作方法，包括总控制台、领队机器人以及若干个跟随机器人，所述领队机器人和各跟随机器人均采用权利要求5所述的全方位移动并联机器人；具体过程为：

总控制台实时的接收并处理领队机器人和跟随机器人反馈回来各自的位置信息；

总控制台向领队机器人发送控制指令，同时实时监控各跟随机器人的运行状态；

领队机器人在接收到总控制台的指令后，向跟随机器人发送搬运待装配件的控制指令，跟随机器人接收控制指令并执行；

若领队机器人出现故障，则总控制台发送终止领队机器人运动的控制指令，并在跟随机器人中按编号顺序选择下一个机器人作为领队机器人，继续进行任务；

若跟随机器人出现故障，则总控制台会向领队机器人发送终止该跟随机器人运动的控制指令。

本发明的有益效果在于：(1)、通过将并联机器人和移动机器人相结合，不仅能够实现全方位灵活的运动，而且具有高定位精度、大刚度等操作能力，很大程度上弥补了并联机器人及移动机器人结构和性能上的不足，提高全方位移动并联机器人应对并完成复杂任务的能力；(2)、通过多机协同操作，能够较好地完成大型设备的搬运及精密装配等任务，柔性化程度高、成本低、精度高且稳定性好；(3)、本发明结构简单，操作、使用、维护方便。

附图说明

图1为本发明全方位移动并联机器人的结构示意图；

图2为本发明中底盘的结构示意图；

图3为本发明中驱动机构在拆装状态下的结构示意图；

图4为本发明全方位移动并联机器人进行多机协同操作任务的结构示意图；

图5为本发明协同操作方法控制结构图；

图中，1-并联机器人平台，2-移动机器人平台，3-动平台，4-球铰，5-直线驱动器，6-虎克铰，7-静平台，8-车盖，9-底盘，10-车厢，11-驱动机构，12-伺服电机，13-安装面，14-联轴器，15-万向轮，16-夹持器，17-待装配件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

如图1至3所示，本发明的全方位移动并联机器人，包含并联机器人平台1、移动机器人平台2和控制器，并联机器人平台1固定安装在移动机器人平台2上，控制器安装在移动机器人平台2内(图中未显示)，控制器可采用现有技术中的基于ARM或DSP架构下开发的控制模块。

并联机器人平台1包括动平台3、第一至第六球铰4、第一至第六直线驱动器5、第一至第六虎克铰6和静平台7。动平台3通过第一至第六球铰4分别与第一至第六直线驱动器5的输出轴连接，第一至第六直线驱动器5分别通过第一至第六虎克铰6与静平台7连接，六个直线驱动器5电连接控制器。

在本实施方式中，直线驱动器5可采用现有技术中的电机驱动丝杠螺母、液压驱动或气压驱动等产生直线运动的驱动方式。

静平台7固定在移动机器人平台2上。动平台3上安装夹持器16，用于在装配或搬运等操作任务中夹取待装配件17。

移动机器人平台2包含车盖8和底盘9，车盖8固定在底盘9上，车盖8和底盘9均为圆形结构，静平台7与车盖8固定连接。

底盘9内部为中空结构，形成车厢10。底盘9外侧面上设有三个安装面13，三个安装面13沿圆底盘9周向120°对称设置。三个安装面13的内侧分别固定安装伺服电机12，三个万向轮15分别通过联轴器14与伺服电机12连接，形成驱动机构11。三个伺服电机12分别电连接控制器。

移动机器人的底盘9可安装位置传感器、无线定位及通讯模块，传感器、无线定位及通讯模块均电连接控制器，用于在多机系统操作任务中进行跟踪、避障、导航及通讯。位置传感器、无线定位及通讯模块均采用现有技术中常规的位置传感器、无线定位及通讯模块，本发明在此不展开描述。

本发明的工作过程为：当待装配件17重量在单个全方位移动并联机器人能够承载的范围内时，全方位移动并联机器人中的控制器向第一至第三伺服电机12以及第一至第六直线驱动器5发送运动控制指令，实现移动机器人平台2的全方位移动和并联机器人平台1位姿的变化，从而满足装配所需的位姿要求。

如图4所示，当待装配件17重量在全方位移动并联机器人能够承载的范围之外时，需要多台全方位移动并联机器人进行协同操作，采用多机协同操作方法。多机协同操作时，根据任务要求来指定全方位移动并联机器人的数量(本实施例中为3个)，并由总控制台选定一台全方位移动关联机器人作为领队机器人，其他的为跟随机器人。

如图5所示，总控制台一方面通过无线通讯模块实时的接收并处理领队机器人和跟随机器人反馈回来的位置信息，然后根据位置反馈，向领队机器人发送运动控制指令，另一方面实时监控各机器人的运行状态，若领队机器人出现故障，则总控制台会发送终止领队机器人的运动控制指令，并在跟随机器人中按编号顺序选择下一个机器人作为领队机器人，继续进行任务，若跟随机器人出现故障，则总控制台会向领队机器人发送终止跟随机器人运动的控制指令。

领队机器人一方面通过无线定位及通讯模块实时得向总控制台发送自身的位置信息，另一方面通过传感器探测周围的环境信息，并获取自身及跟随机器人的最佳运动路径(本实施例中，最佳运动路径是按照机器人自身距离任务目标的无碰撞最短路径来确定)，并通过无线定位及通讯模块向跟随机器人发送运动指令。

跟随机器人通过无线定位及通讯模块实时的向总控制台发送自身的位置信息，并且接收领队机器人的运动控制指令。

多机协同操作方法的具体过程为：

1、总控制台通过无线通讯模块实时的接收并处理领队机器人和跟随机器人反馈回来的位置信息，然后根据位置反馈，向领队机器人发送运动控制指令；并实时监控各跟随机器人的运行状态。

2、领队机器人在接收到总控制台发送的搬运待装配件的指令后，通过位置传感器探测周围的环境信息，并获取自身及跟随机器人的最佳运动路径，并通过无线定位及通讯模块向跟随机器人发送搬运待装配件的运动指令。

3、跟随机器人通过无线定位及通讯模块接收到领队机器人的运动控制指令后，按照单机操作方式进行任务操作。

4、若在搬运过程中，领队机器人出现故障，总控制台会发送终止领队机器人的运动控制指令，并在跟随机器人中按编号顺序选择下一个机器人作为领队机器人，继续进行任务；

若跟随机器人出现故障，则总控制台会向领队机器人发送终止跟随机器人运动的控制指令。

本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种全方位移动并联机器人，其特征在于：包括并联机器人平台、移动机器人平台和控制器；所述并联机器人平台固定在移动机器人平台上；

所述并联机器人平台包含动平台和静平台，所述动平台和静平台之间通过并联控制机构相连接；

所述移动机器人包括圆形底盘，所述圆形底盘沿圆周上对称安装三个驱动机构；

所述并联机构、驱动机均电连接控制器。

2.根据权利要求1所述的全方位移动并联机器人，其特征在于：所述并联控制机构包括六个直线驱动器，六个直线驱动器的一端分别通过球铰与动平台连接，另一端分别通过虎克铰与静平台相连接。

3.根据权利要求2所述的全方位移动并联机器人，其特征在于：所述动平台上安装夹持器。

4.根据权利要求1至3任一项所述的全方位移动并联机器人，其特征在于：所述驱动机构包括伺服电机和万向轮，所述伺服电机固定在圆形底盘上，万向轮与伺服电机连接。

5.根据权利要求4所述的全方位移动并联机器人，其特征在于：所述移动机器人平台上安装位置传感器和无线定位及通讯模块，所述位置传感器和无线定位及通讯模块均电连接控制器。

6.一种多全方位移动并联机器人协同操作方法，其特征在于：包括总控制台、领队机器人以及若干个跟随机器人，所述领队机器人和各跟随机器人均采用权利要求5所述的全方位移动并联机器人；具体过程为：

总控制台实时的接收并处理领队机器人和跟随机器人反馈回来各自的位置信息；

总控制台向领队机器人发送控制指令，同时实时监控各跟随机器人的运行状态；

领队机器人在接收到总控制台的指令后，向跟随机器人发送搬运待装配件的控制指令，跟随机器人接收控制指令并执行；

若领队机器人出现故障，则总控制台发送终止领队机器人运动的控制指令，并在跟随机器人中按编号顺序选择下一个机器人作为领队机器人，继续进行任务；

若跟随机器人出现故障，则总控制台会向领队机器人发送终止该跟随机器人运动的控制指令。