CN108860355B - 一种y型机器人控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种在建筑物等大型建筑或装置的竖直表面自由移动的Y型机器人的控制方法，包括：主体框架、伸缩臂、吸盘、高速步进电机、螺杆；主体框架为空腔或框架结构，其内部呈Y型排列安装有三个所述高速步进电机，每个所述高速步进电机对应一个所述伸缩臂，所述高速步进电机的输出轴连接所述螺杆，所述螺杆的另一端和所述伸缩臂螺纹传动连接，通过所述高速步进电机带动所述螺杆正反转，从而带动所述伸缩臂伸出或者缩入主体框架，用于实现所述Y型机器人在竖直物体表面向上、向下以及横向移动。本发明构思巧妙，无需轨道，可在凹凸不平的竖直表面使用，有别于现有技术中的相关控制方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种在建筑物等大型建筑或装置的竖直表面自由移动的Y型机器人的控制方法。
背景技术
在生产生活中中常需要某些作业装置能在建筑外表面，大型船体表面、大型罐体表面、大型箱体表面、大型钢架结构建筑、大型料仓表面和大型炉体表面等进行移动作业，例如清洁、运输、刷漆、振打等。用人工来进行作业一般需要搭脚手架进行作业，这种方式非常的费时费力同时也存在着很大的风险。现有技术中的移动机器人其结构较为复杂，采用的磁性行走机构多是单磁铁结构，在有曲度或者有凹凸不平的表面行走时往往会导致吸盘吸附不牢固，现有技术中还有采用履带式结构的行走车，虽然其可以解决吸盘吸附不牢的问题，但是采用履带其结构更加复杂，重量也更加的沉重。
发明内容
本发明针对背景技术中提到的问题，设计了一种不同于以往结构和运动方式的可在竖直表面自由移动的Y型机器人的控制方法，其技术方案为：该Y型机器人包括，主体框架、伸缩臂、吸盘、高速步进电机、螺杆、控制器、储能装置、工作装置；所述主体框架为正六边形结构，围绕主体框架的边上均匀排布安装有三个所述伸缩臂A1、A2和A3，呈Y型结构；每个所述伸缩臂的一端与所述主体框架通过导轨滑动伸缩连接，每个所述伸缩臂的另一端通过伸出轴轴接有所述吸盘，所述吸盘位于每个所述伸缩臂的另一端的下方；所述主体框架上部安装有所述控制器和所述储能装置，用于控制整个机器人运行以及为耗能部件提供电能；所述主体框架下部安装有所述工作装置；其特征是：所述主体框架为空腔或框架结构，其内部呈Y型排列安装有三个所述高速步进电机，每个所述高速步进电机对应一个所述伸缩臂，所述高速步进电机的输出轴连接所述螺杆的一端，所述螺杆的另一端和所述伸缩臂螺纹传动连接，通过所述高速步进电机带动所述螺杆正反转，从而带动所述伸缩臂伸出或者缩入主体框架，用于实现所述Y型机器人在竖直物体表面向上、向下以及横向移动。
所述横向移动为：控制器控制伸缩臂A1、A2上的吸盘脱离其吸附的表面，控制伸缩臂A3上的吸盘仍然吸附在表面，由于处在竖直表面，在重力的作用下，整个Y型机器人绕伸缩臂A3上的吸盘为轴心转动，在整个Y型机器人由水平转动到最低点的过程中，三个伸缩臂连接的螺杆被高速步进电机带动正转，控制三个伸缩臂伸长，降低Y型机器人的重心位置；在整个Y型机器人再由最低点转动到水平的过程中，三个伸缩臂连接的螺杆被高速步进电机带动反转，控制三个伸缩臂缩短，升高Y型机器人的重心位置，在整个Y型机器运动到水平位置时控制伸缩臂A1、A2上的吸盘和竖直表面吸附，完成一个过程的横向移动。
所述向上移动为：控制器控制伸缩臂A1、A2上的吸盘脱离其吸附的表面，控制伸缩臂A3上的吸盘仍然吸附在表面，由于处在竖直表面，在重力的作用下，整个Y型机器人绕伸缩臂A3上的吸盘为轴心转动，在整个Y型机器人由水平转动到最低点的过程中，三个伸缩臂连接的螺杆被高速步进电机带动正转，控制三个伸缩臂伸长，降低Y型机器人的重心位置，在最低点时三个伸缩臂伸长到最长状态；在整个Y型机器人再由最低点转动到最高点的过程中，三个伸缩臂连接的螺杆被高速步进电机带动反转，控制三个伸缩臂缩短，升高Y型机器人的重心位置，在整个Y型机器运动到最高点位置时控制伸缩臂A1、A2上的吸盘和竖直表面吸附，完成一个过程的向上移动。
所述向下移动为：一个处于Y型机器人下部伸缩臂的吸盘吸附在表面，其他两个伸缩臂的吸盘脱离其吸附的表面，在重力的作用下Y型机器人即可以实现向下运动。
在所述Y型机器人通过上述移动到达工作区域时，控制器控制伸缩臂A1、A2、A3上的吸盘和竖直表面吸合，工作装置开始工作。
所述竖直表面采用磁性或可磁化物质制成，所述吸盘为电磁吸盘，其包括联轴器、吸盘轴、柔性包裹体、连杆机构、小型电磁线圈、弹性铰接部；所述吸盘通过联轴器上部连接所述伸缩臂的伸出轴；所述伸出轴通过轴承和所述伸缩臂转动连接；所述吸盘轴上部与联轴器下部活动连接；所述吸盘轴下部连接有多个连杆机构，每个所述连杆机构的一端和所述吸盘轴弹性铰接，每个所述连杆机构另一端安装有所述小型电磁线圈，所述小型电磁线圈以所述吸盘轴为中心呈圆形矩阵或放射状排列；所述柔性包裹体将每个所述小型电磁线圈和所述连杆机构包裹为一个整体。
所述连杆机构包括第一连杆、第二连杆和第三连杆；所述第一连杆一端与小型电磁线圈连接，另一端通过弹性铰接部与所述第二连杆一端连接；所述第二连杆另一端通过弹性铰接部与所述第三连杆一端连接；所述第三连杆另一端通过弹性铰接部与所述吸盘轴连接；所述弹性铰接部包括铰接轴和可恢复连接件，每个所述连杆机构均内置有导线为每个所述小型电磁线圈输送电能。
所述每个小型电磁线圈都能和竖直表面尽可能的接触，同时由于采用柔性包裹体包裹小型电磁线圈，每个小型电磁线圈都连接有连杆机构，促使整个电磁吸盘产生变形，最大限度的和竖直表面产生接触，提高了吸盘的吸附力；在吸盘离开竖直表面时由于每个小型电磁线圈连接的连杆机构采用可恢复连接件，例如扭簧、拉簧或者是气弹簧等，可恢复连接件使得连杆机构带动小型电磁线圈和整个电磁吸盘恢复到形变之前的状态。
优选的，所述联轴器为弹性联轴器或者万向联轴器或其组合。
优选的，所述工作装置为喷涂装置、振打装置、清洗装置或牵引装置等装置。
优选的，每个所述伸缩臂上部还固定安装有小型助力装置，所述小型助力装置的动力输出轴穿过所述伸缩臂与所述吸盘的联轴器固定传动连接。
优选的，小型助力装置为伺服电机、步进电机、直流无刷电机、液压马达或气压马达等产生动力的装置。
优选的，所述小型电磁线圈的外部除底面外均包裹有磁屏蔽材料。
优选的，所述控制器上安装有天线，用于和外部控制和/或接收设备通信。
附图说明
图1为Y型机器人的主视图。
图2为实施例一中Y型机器人的伸缩臂的剖面图。
图3为实施例二中Y型机器人的伸缩臂的剖面图。
图4为磁性吸盘的主视图。
图5为磁性吸盘的俯视图。
图6为连杆机构连接图。
图7、图8为磁性吸盘在凹凸不平表明紧密吸合的示意图。
图9、图10为Y型机器人的运动示意图。
附图标记说明：主体框架1、伸缩臂2、伸出轴2-1、吸盘3、联轴器3-1、吸盘轴3-2、柔性包裹体3-3、连杆机构3-4、第一连杆3-4-1、第二连杆3-4-2、第三连杆3-4-3、小型电磁线圈3-5、弹性铰接部3-6、可恢复连接件3-6-1、高速步进电机4、螺杆5、控制器6、储能装置7、工作装置8、小型助力装置9。
具体实施方式
实施例1
如附图1-2所示的，一种在竖直表面自由移动的Y型机器人，该机器人包括，主体框架1、伸缩臂2、吸盘3、高速步进电机4、螺杆5、控制器6、储能装置7、工作装置8；其特征是：主体框架1为正六边形结构，围绕主体框架1的边上均匀排布安装有三个伸缩臂2，呈Y型结构；每个伸缩臂2的一端与主体框架1通过导轨滑动伸缩连接，每个伸缩臂2的另一端通过伸出轴2-1轴接有吸盘3，吸盘3位于每个伸缩臂2的另一端的下方；主体框架1为空腔或框架结构，其内部呈Y型排列安装有三个高速步进电机4，每个高速步进电机4对应一个伸缩臂2，高速步进电机4的输出轴连接螺杆5的一端，螺杆5的另一端和伸缩臂2螺纹传动连接，通过高速步进电机4带动螺杆5正反转，从而带动伸缩臂2伸出或者缩入主体框架1；主体框架1上部安装有控制器6和储能装置7，用于控制整个机器人运行以及为耗能部件提供电能；主体框架1下部安装有工作装置8，工作装置8为喷涂装置、振打装置、清洗装置或牵引装置等装置。
其工作原理/方法是，参见附图9-10，将Y型机器人的三个伸缩臂2分别定义为A1、A2、A3。
当Y型机器人需要横向移动时由附图9所示，控制器6控制伸缩臂A1、A2上的吸盘脱离其吸附的表面，控制伸缩臂A3上的吸盘仍然吸附在表面，由于处在竖直表面，在重力的作用下，整个Y型机器人绕伸缩臂A3上的吸盘为轴心转动，在整个Y型机器人由水平转动到最低点的过程中，三个伸缩臂连接的螺杆5被高速步进电机4带动正转，控制三个伸缩臂伸长，降低Y型机器人的重心位置；在整个Y型机器人再由最低点转动到水平的过程中，三个伸缩臂连接的螺杆5被高速步进电机4带动反转，控制三个伸缩臂缩短，升高Y型机器人的重心位置，在整个Y型机器运动到水平位置时控制伸缩臂A1、A2上的吸盘和竖直表面吸附，完成一个过程的横向移动。
当Y型机器人需要向上移动时由附图10所示，控制器6控制伸缩臂A1、A2上的吸盘脱离其吸附的表面，控制伸缩臂A3上的吸盘仍然吸附在表面，由于处在竖直表面，在重力的作用下，整个Y型机器人绕伸缩臂A3上的吸盘为轴心转动，在整个Y型机器人由水平转动到最低点的过程中，三个伸缩臂连接的螺杆5被高速步进电机4带动正转，控制三个伸缩臂伸长，降低Y型机器人的重心位置，在最低点时三个伸缩臂伸长到最长状态；在整个Y型机器人再由最低点转动到最高点的过程中，三个伸缩臂连接的螺杆5被高速步进电机4带动反转，控制三个伸缩臂缩短，升高Y型机器人的重心位置，在整个Y型机器运动到最高点位置时控制伸缩臂A1、A2上的吸盘和竖直表面吸附，完成一个过程的向上移动。
上述，横向和向上的移动过程利用了动量守恒原理，通过控制三个伸缩臂A1、A2、A3的长度不断的变化，从而使得Y型机器人的重心位置产生变化，使得Y型机器人的重心不断震荡，从而带动整个Y型机器人的转动，来达到移动Y型机器人的目的，整个转动过程可以类比于“荡秋千”或者是“体操运动员在单杠上转动”的过程和原理。
当Y型机器人需要向下移动时，只需要一个处于Y型机器人下部伸缩臂的吸盘吸附在表面，在重力的作用下Y型机器人即可以实现向下运动。
当Y型机器人通过上述移动到达工作区域时，控制器6控制伸缩臂A1、A2、A3上的吸盘和竖直表面吸附，工作装置8开始工作。
实施例2
如附图1-2、4-6所示，在实施例1中Y型机器人的基础上，在本实施例中，与吸盘接触的表面采用磁性或可磁化物质制成，吸盘3为电磁吸盘，其包括联轴器3-1、吸盘轴3-2、柔性包裹体3-3、连杆机构3-4、小型电磁线圈3-5、弹性铰接部3-6；吸盘3通过联轴器3-1上部连接伸缩臂2的伸出轴2-1；伸出轴2-1通过轴承和伸缩臂2转动连接；吸盘轴3-2上部与联轴器3-1下部活动连接，联轴器3-1为弹性联轴器或者万向联轴器或其组合；吸盘轴3-2下部连接有多个连杆机构3-4，每个连杆机构3-4的一端和吸盘轴3-2弹性铰接，每个连杆机构3-4另一端安装有小型电磁线圈3-5，小型电磁线圈3-5以吸盘轴3-2为中心呈圆形矩阵或放射状排列；柔性包裹体3-3将每个小型电磁线圈3-5和连杆机构3-4包裹为一个整体，柔性包裹体3-3为高分子塑料材质，可以随着每个小型电磁线圈3-5位置的改变而改变其形态，同时也起到了保护小型电磁线圈不受外界环境(例如灰尘或水等)的影响的作用。连杆机构3-4包括第一连杆3-4-1、第二连杆3-4-2和第三连杆3-4-3；第一连杆3-4-1一端与小型电磁线圈3-5连接，另一端通过弹性铰接部3-6与第二连杆3-4-2一端连接；第二连杆3-4-2另一端通过弹性铰接部3-6与第三连杆3-4-3一端连接；第三连杆3-4-3另一端通过弹性铰接部3-6与吸盘轴3-2连接；弹性铰接部3-6包括铰接轴和可恢复连接件3-6-1，可恢复连接件3-6-1为扭簧、拉簧或者是气弹簧，用于使得吸盘3在非工作状态保持固定的形状；每个连杆机构3-4均内置有导线为每个小型电磁线圈3-5输送电能。小型电磁线圈3-5的外部除底面外均包裹有磁屏蔽材料，例如不锈钢等，用于防止线圈之间产生相互干扰。
其工作原理是，在电磁吸盘3于凹凸不平的表面接触时，一个吸盘内存在有多个小型电磁线圈3-5，使得如附图5-6所示，每个小型电磁线圈3-5都能和物体表面尽可能的接触，同时由于采用柔性包裹体3-3包裹小型电磁线圈3-5，每个小型电磁线圈3-5都连接有连杆机构3-4，促使整个电磁吸盘产生变形，最大限度的和物体表面产生接触，提高了吸盘的吸附力；在吸盘离开物体表面时由于每个小型电磁线圈3-5连接的连杆机构3-4采用可恢复连接件3-6-1，例如扭簧、拉簧或者是气弹簧等，可恢复连接件3-6-1使得连杆机构3-4带动小型电磁线圈3-5和整个电磁吸盘恢复到形变之前的状态。
实施例3
参照图1、3，在实施例1、2中Y型机器人的基础上，在每个伸缩臂2上增加了小型助力装置9，小型助力装置9的动力输出轴穿过所述伸缩臂2与所述吸盘3的联轴器3-1固定传动连接，使得小型助力装置9可以带动伸缩臂2与吸盘3相对转动。
其工作原理为，在Y型机器人转动的过程中如果出现转动动力不足的情况时，控制器6控制与竖直表面吸和的吸盘3连接的小型助力装置9开始运行，为转动提供辅助动力，带动Y型机器人转动，在该吸盘3竖直表面随着Y型机器人转动时，控制器6控制与该吸盘3连接的小型助力装置9带动该吸盘3反转，转动角度为该吸盘3上一次转动的角度，用于防止供电或者控制导线缠绕。
上述仅为发明的较佳实施例及所运用技术原理，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，容易想到的变化或替换实施方式，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种Y型机器人控制方法，该Y型机器人包括，主体框架、伸缩臂、吸盘、高速步进电机、螺杆、控制器、储能装置、工作装置；所述主体框架为正六边形结构，围绕主体框架的边上均匀排布安装有三个所述伸缩臂A1、A2和A3，呈Y型结构；每个所述伸缩臂的一端与所述主体框架通过导轨滑动伸缩连接，每个所述伸缩臂的另一端通过伸出轴轴接有所述吸盘，所述吸盘位于每个所述伸缩臂的另一端的下方；所述主体框架上部安装有所述控制器和所述储能装置，用于控制整个机器人运行以及为耗能部件提供电能；所述主体框架下部安装有所述工作装置；其特征是：所述主体框架为空腔或框架结构，其内部呈Y型排列安装有三个所述高速步进电机，每个所述高速步进电机对应一个所述伸缩臂，所述高速步进电机的输出轴连接所述螺杆，所述螺杆的另一端和所述伸缩臂螺纹传动连接，通过所述高速步进电机带动所述螺杆正反转，从而带动所述伸缩臂伸出或者缩入主体框架，通过控制三个伸缩臂A1、A2、A3的长度不断的变化，从而使得Y型机器人的重心位置产生变化，使得Y型机器人的重心不断震荡，实现所述Y型机器人在竖直表面向上、向下以及横向移动。
2.如权利要求1所述的一种Y型机器人控制方法，其特征在于：所述横向移动为，控制器控制伸缩臂A1、A2上的吸盘脱离其吸附的表面，控制伸缩臂A3上的吸盘仍然吸附在表面，由于处在竖直表面，在重力的作用下，整个Y型机器人绕伸缩臂A3上的吸盘为轴心转动，在整个Y型机器人由水平转动到最低点的过程中，三个伸缩臂连接的螺杆被高速步进电机带动正转，控制三个伸缩臂伸长，降低Y型机器人的重心位置；在整个Y型机器人再由最低点转动到水平的过程中，三个伸缩臂连接的螺杆被高速步进电机带动反转，控制三个伸缩臂缩短，升高Y型机器人的重心位置，在整个Y型机器运动到水平位置时控制伸缩臂A1、A2上的吸盘和竖直表面吸附，完成一个过程的横向移动。
3.如权利要求1所述的一种Y型机器人控制方法，其特征在于：所述向上移动为，控制器控制伸缩臂A1、A2上的吸盘脱离其吸附的表面，控制伸缩臂A3上的吸盘仍然吸附在表面，由于处在竖直表面，在重力的作用下，整个Y型机器人绕伸缩臂A3上的吸盘为轴心转动，在整个Y型机器人由水平转动到最低点的过程中，三个伸缩臂连接的螺杆被高速步进电机带动正转，控制三个伸缩臂伸长，降低Y型机器人的重心位置，在最低点时三个伸缩臂伸长到最长状态；在整个Y型机器人再由最低点转动到最高点的过程中，三个伸缩臂连接的螺杆被高速步进电机带动反转，控制三个伸缩臂缩短，升高Y型机器人的重心位置，在整个Y型机器运动到最高点位置时控制伸缩臂A1、A2上的吸盘和竖直表面吸附，完成一个过程的向上移动。
4.如权利要求1所述的一种Y型机器人控制方法，其特征在于：所述向下移动为，一个处于Y型机器人下部伸缩臂的吸盘吸附在表面，其他两个伸缩臂的吸盘脱离其吸附的表面，在重力的作用下Y型机器人即可以实现向下运动。
5.如权利要求1-4任一项所述的一种Y型机器人控制方法，其特征在于：在所述Y型机器人通过上述移动到达工作区域时，控制器控制伸缩臂A1、A2、A3上的吸盘和竖直表面吸附，工作装置开始工作。
6.如权利要求1-4任一项所述的一种Y型机器人控制方法，其特征在于：所述竖直表面采用磁性或可磁化物质制成，所述吸盘为电磁吸盘，其包括联轴器、吸盘轴、柔性包裹体、连杆机构、小型电磁线圈、弹性铰接部；所述吸盘通过联轴器上部连接所述伸缩臂的伸出轴；所述伸出轴通过轴承和所述伸缩臂转动连接；所述吸盘轴上部与联轴器下部活动连接；所述吸盘轴下部连接有多个连杆机构，每个所述连杆机构的一端和所述吸盘轴弹性铰接，每个所述连杆机构另一端安装有所述小型电磁线圈，所述小型电磁线圈以所述吸盘轴为中心呈圆形矩阵或放射状排列；所述柔性包裹体将每个所述小型电磁线圈和所述连杆机构包裹为一个整体。
7.如权利要求6所述的一种Y型机器人控制方法，其特征在于：所述连杆机构包括第一连杆、第二连杆和第三连杆；所述第一连杆一端与小型电磁线圈连接，另一端通过弹性铰接部与所述第二连杆一端连接；所述第二连杆另一端通过弹性铰接部与所述第三连杆一端连接；所述第三连杆另一端通过弹性铰接部与所述吸盘轴连接；所述弹性铰接部包括铰接轴和可恢复连接件，每个所述连杆机构均内置有导线为每个所述小型电磁线圈输送电能。
8.如权利要求7所述的一种Y型机器人控制方法，其特征在于：每个所述小型电磁线圈都能和竖直表面尽可能的接触，同时由于采用柔性包裹体包裹小型电磁线圈，每个小型电磁线圈都连接有连杆机构，促使整个电磁吸盘产生变形，最大限度的和竖直表面产生接触，提高了吸盘的吸附力；在吸盘离开竖直表面时由于每个小型电磁线圈连接的连杆机构采用可恢复连接件，例如扭簧、拉簧或者是气弹簧等，可恢复的连接件使得连杆机构带动小型电磁线圈和整个电磁吸盘恢复到形变之前的状态。
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| CN108860355A (zh) | 2018-11-23 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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