CN108927800B - 一种吹卷式快速伸缩机器人及其运动控制方式 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及吹卷式快速伸缩机器人，包括基座，基座上表面通过间隔安装的支架一和支架二支撑安装有箱体，箱体的一侧延伸有蜗壳结构，蜗壳结构内安装风扇，箱体内安装有驱动风扇工作的高速电机，蜗壳结构的头部延伸有圆管，所述圆管内嵌入套管，套管头部的外壁面上套有涡状气囊，涡状气囊的一端延伸有与套管连接的第一管状结构，涡状气囊内安装有涡卷弹簧，涡卷弹簧的一端成第二管状结构，且同时嵌套于套管和第一管状结构的内壁面处，涡卷弹簧的另一端成伸缩式涡卷状结构；本发明通过机器人控制系统对高速电机和风扇控制，实现涡状气囊、涡卷弹簧的快速伸展和卷曲缩回，具有结构简单，伸缩速度快，运动速度和距离可控等优点。
Description
技术领域
本发明涉及工业机器人技术领域，尤其是一种吹卷式快速伸缩机器人及其运动控制方式。
背景技术
现有技术中，应用于物品抓取、分拣的工业机器人存在本体不可移动、控制复杂、使用成本高等问题，可伸缩机械臂、具备横向弯曲和纵向延伸能力驱动单元的仿章鱼触角机器人等的研发，有效地提高了机器人的抓取空间、伸展能力及运动的灵活性，但存在结构复杂、抓取速度慢、工作效率低且控制复杂等缺点。
发明内容
本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种吹卷式快速伸缩机器人及其运动控制方式，具有结构简单，控制方便，速度快，制造成本低等特点。
本发明所采用的技术方案如下：
一种吹卷式快速伸缩机器人，包括基座，所述基座上表面间隔安装有支架一和支架二，支架一和支架二上支撑安装有箱体，箱体的一侧延伸有蜗壳结构，蜗壳结构内部安装风扇，箱体内安装有驱动风扇工作的高速电机，蜗壳结构的头部延伸有圆管，所述圆管内嵌入套管，套管头部的外壁面上套有涡状气囊，涡状气囊的一端延伸有与套管连接的第一管状结构，涡状气囊内安装有涡卷弹簧，涡卷弹簧的一端成第二管状结构，且同时嵌套于套管和第一管状结构的内壁面处，涡卷弹簧的另一端成伸缩式涡卷状结构；还包括驱动其工作的控制系统。
其进一步技术方案在于：
所述涡状气囊的第一管状结构的内壁与套管外壁固定粘接。
所述高速电机通过螺栓连接安装在箱体内部。
所述高速电机的输出轴与所述风扇的轮毂中心轴连接。
一种吹卷式快速伸缩机器人的运动控制方式，具体的运动控制过程如下：
第一步：控制系统检测：检测吹卷式快速伸缩机器人需要伸展的距离，并发送至机器人的运动控制器，运动控制器根据反馈通道检测到的预定伸展的最大速度、涡卷弹簧的收卷弹力及空气阻力，并建立伸展运动的动力学方程，获得上述各参数和伸展运动轨迹之间的数学关系，得出所需鼓风力的风压、风扇风力大小及变化规律；
第二步：伸展运动控制：依据空气动力学公式，将第一步中得到的风扇风力的大小和变化规律换算为高速电机的转速值及变化规律，并发送至高速电机的驱动模块，实现伸缩机器人的伸展运动控制，具体为：根据第一步中计算得出的风压通过空气动力学公式换算为高速电机的转速，并向高速电机的驱动模块发送模拟量，实现伸缩机器人的伸展运动控制；
第三步：伸展运动：在高速电机的驱动和风扇的鼓风作用下，涡状气囊内部充满膨胀气体，进而使涡状气囊克服涡卷弹簧的弹力并且带动涡卷弹簧一起快速向前展开；
第四步：收缩运动控制：根据和所述伸展运动控制相同的计算原理，运动控制器检测到收缩信号，并发送至高速电机的驱动模块，驱动高速电机降低转速或反转，从而减小风扇的鼓风力或排出涡状气囊中的气体，使涡卷弹簧带动涡状气囊一起快速收卷，实现机器人收缩速度的调节；
第五步：收缩运动：涡卷弹簧、涡状气囊和套管不受鼓风作用，涡卷弹簧由于自身的弯曲性能带动涡状气囊快速收卷，实现伸缩机器人的快速缩回。
本发明的有益效果如下：
1.本发明结构紧凑、合理，操作方便，实现了机器人的快速伸展和快速缩回，箱体内的高速电机驱动风扇转动，产生的风力为伸缩机构提供伸展动力，通过改变风扇的转速以调节风力大小，进而实现调节伸展速度和伸展距离的功能。
2.本发明的涡卷弹簧的收卷弹力为伸缩机构提供收缩动力，通过控风扇鼓风力，实现控制伸缩机构的收缩速度的功能，结构简单，运动控制方式灵活。
3.本发明能够解决工业机器人操作空间受限的问题，提高生产工作效率。
附图说明
图1为本发明吹卷式快速伸缩机器人收缩状态的立体图。
图2为本发明吹卷式快速伸缩机器人的立体图(部分剖视图)。
图3为本发明吹卷式快速伸缩机器人伸展状态的立体图(部分剖视图)。
图4为本发明吹卷式快速伸缩机器人伸展状态的示意图。
图5为本发明吹卷式快速伸缩机器人收缩状态的示意图。
其中：1、涡卷弹簧；2、涡状气囊；3、套管；4、箱体；5、风扇；6、高速电机；7、支架一；8、支架二；9、基座。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1、图2、图3、图4和图5所示，本实施例的吹卷式快速伸缩机器人，包括基座9，基座9上表面间隔安装有支架一7和支架二8，支架一7和支架二8上支撑安装有箱体4，箱体4的一侧延伸有蜗壳结构，蜗壳结构内部安装风扇5，箱体4内安装有驱动风扇5工作的高速电机6，蜗壳结构的头部延伸有圆管，圆管内嵌入套管3，套管3头部的外壁面上套有涡状气囊2，涡状气囊2的一端延伸有与套管3连接的第一管状结构，涡状气囊2内安装有涡卷弹簧1，涡卷弹簧1的一端成第二管状结构，且同时嵌套于套管3和第一管状结构的内壁面处，涡卷弹簧1的另一端成伸缩式涡卷状结构；还包括驱动其工作的控制系统。
涡状气囊2的第一管状结构的内壁与套管3外壁固定粘接。
高速电机6通过螺栓连接安装在箱体4内部。
高速电机6的输出轴与风扇5的轮毂中心轴连接。
本实施例的吹卷式快速伸缩机器人的运动控制方式，具体的运动控制过程如下：
第一步：控制系统检测：检测吹卷式快速伸缩机器人需要伸展的距离l，并发送至机器人的运动控制器，运动控制器根据反馈通道检测到的预定最大伸展速度Vm、预定涡卷弹簧1的收卷弹力Fs及空气阻力，建立伸展运动的动力学方程，得出上述各参数和伸展运动轨迹之间的数学关系，计算风扇5风力的大小和变化规律，伸展运动的动力学方程：
其中：S1为涡状气囊的横截面积(m2)，Kv风阻系数(N·s/m)，m为伸缩机构的等效质量(kg)，a为初始加速阶段的预定加速度(m/s2)；
第二步：伸展运动控制：根据空气动力学，将第一步中得到的风扇5风力的大小和变化规律换算为高速电机6的转速值及变化规律，并发送至高速电机6的驱动模块，实现伸缩机器人的伸展运动控制，具体为：计算出需产生的风压Fp后，根据空气动力学公式换算为所需的高速电机6的转速，公式为：
其中:S2为箱体出风口的横截面积(m2)，n为电机转速，D为风扇的叶轮直径(m)，K为流量系数；
根据所需高速电机6转速n的值，向高速电机6的驱动模块发送模拟量，实现伸缩机器人的伸展运动控制。
第三步：伸展运动：在高速电机6的驱动和风扇5的鼓风作用下，涡状气囊2内部充满膨胀气体，进而使涡状气囊2克服涡卷弹簧1的弹力并且带动涡卷弹簧1一起快速向前展开；
第四步：收缩运动控制：与伸展运动控制原理相同，运动控制器检测到收缩信号，并发送至高速电机6的驱动模块，驱动高速电机6降低转速或反转，从而减小风扇5的鼓风力或排出涡状气囊2中的气体，使涡卷弹簧1带动涡状气囊2一起快速收卷，实现机器人收缩速度的调节；
第五步：收缩运动：涡卷弹簧1、涡状气囊2和套管3不受鼓风作用，涡卷弹簧1由于自身的弯曲性能带动涡状气囊2快速收卷，实现伸缩机器人的快速缩回。
通过上述运动控制过程，可以实现通过机器人控制系统对高速电机和风扇控制，实现涡状气囊、涡卷弹簧的快速伸展和卷曲缩回，具有结构简单，伸缩速度快，运动速度和距离可控等优点。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。
Claims (4)
1.一种吹卷式快速伸缩机器人，其特征在于：包括基座(9)，所述基座(9)上表面间隔安装有支架一(7)和支架二(8)，支架一(7)和支架二(8)上支撑安装有箱体(4)，箱体(4)的一侧延伸有蜗壳结构，蜗壳结构内部安装风扇(5)，箱体(4)内安装有驱动风扇(5)工作的高速电机(6)，蜗壳结构的头部延伸有圆管，所述圆管内嵌入套管(3)，套管(3)头部的外壁面上套有涡状气囊(2)，涡状气囊(2)的一端延伸有与套管(3)连接的第一管状结构，涡状气囊(2)内安装有涡卷弹簧(1)，涡卷弹簧(1)的一端成第二管状结构，且同时嵌套于套管(3)和第一管状结构的内壁面处，涡卷弹簧(1)的另一端成伸缩式涡卷状结构；还包括驱动其工作的控制系统；
利用所述的吹卷式快速伸缩机器人的运动控制方式，具体的运动控制过程如下：
第一步：控制系统检测：检测吹卷式快速伸缩机器人需要伸展的距离，并发送至机器人的运动控制器，运动控制器根据反馈通道检测到的预定伸展的最大速度、涡卷弹簧(1)的收卷弹力及空气阻力，并建立伸展运动的动力学方程，获得上述各参数和伸展运动轨迹之间的数学关系，得出所需鼓风力的风压、风扇(5)风力大小及变化规律；
第二步：伸展运动控制：依据空气动力学公式，将第一步中得到的风扇(5)风力的大小和变化规律换算为高速电机(6)的转速值及变化规律，并发送至高速电机(6)的驱动模块，实现伸缩机器人的伸展运动控制，具体为：根据第一步中计算得出的风压通过空气动力学公式换算为高速电机(6)的转速，并向高速电机(6)的驱动模块发送模拟量，实现伸缩机器人的伸展运动控制；
第三步：伸展运动：在高速电机(6)的驱动和风扇(5)的鼓风作用下，涡状气囊(2)内部充满膨胀气体，进而使涡状气囊(2)克服涡卷弹簧(1)的弹力并且带动涡卷弹簧(1)一起快速向前展开；
第四步：收缩运动控制：根据所述伸展运动控制相同的计算原理，运动控制器检测到收缩信号，并发送至高速电机(6)的驱动模块，驱动高速电机(6)降低转速或反转，从而减小风扇(5)的鼓风力或排出涡状气囊(2)中的气体，使涡卷弹簧(1)带动涡状气囊(2)一起快速收卷，实现机器人收缩速度的调节；
第五步：收缩运动：涡卷弹簧(1)、涡状气囊(2)和套管(3)不受鼓风作用，涡卷弹簧(1)由于自身的弯曲性能带动涡状气囊(2)快速收卷，实现伸缩机器人的快速缩回。
2.如权利要求1所述的一种吹卷式快速伸缩机器人，其特征在于：所述涡状气囊(2)的第一管状结构的内壁与套管(3)外壁固定粘接。
3.如权利要求1所述的一种吹卷式快速伸缩机器人，其特征在于：所述高速电机(6)通过螺栓连接安装在箱体(4)内部。
4.如权利要求1所述的一种吹卷式快速伸缩机器人，其特征在于：所述高速电机(6)的输出轴与所述风扇(5)的轮毂中心轴连接。
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