[发明专利]履带式立面爬壁机器人二维位姿测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种工业机器人位姿参数测量领域，特别是关于一种履带式立面爬壁机器人二维位姿测量装置及方法。

背景技术

履带式立面爬壁机器人在大型构件的自动化焊接、修复和检测方面有广泛的应用，为了执行任一位置的自动化任务操作，需要履带式立面爬壁机器人具有自主定位的功能。由于履带运动过程中既有滑动又有滚动，通过直接安装在驱动轮上的编码器只能测得驱动轮的转速，却无法准确测得履带式立面爬壁机器人运动速度，更无法得到履带式立面爬壁机器人的运动状态。而采用常规的万向轮测速装置在方向跟随性上存在一定的滞后，测得的只是真实速度的一个分速度，难以满足要求。光学测速仪虽然能避开履带式立面爬壁机器人打滑的问题，但是光学测速仪对履带式立面爬壁机器人表面的粗糙度等因素的依赖性强，实际应用过程中测量效果不佳。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种履带式立面爬壁机器人位姿测量的装置及方法，以解决履带式立面爬壁机器人不能准确测速和定位的问题。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种履带式立面爬壁机器人二维位姿测量装置，其特征在于，它包括两安装在履带式立面爬壁机器人前后两端的两自由度万向轮速度传感器，以及一水平安装在所述履带式立面爬壁机器人上端用于测量所述履带式立面爬壁机器人姿态参数的倾角传感器；每一所述两自由度万向轮速度传感器均包括一隔板，两分别卡装在所述隔板的两侧翼板一端的支架，一设置在所述隔板腹板上表面的角度传感器，一一端连接所述角度传感器输入轴的转轴连杆，所述转轴连杆的另一端转动连接另一支架，所述另一支架下端的凸缘同轴均开设一通孔，每一所述通孔内均设置一轴承，两所述轴承之间安装一轮轴，所述轮轴轴向中心位置卡装一万向轮，所述另一支架的外侧紧固安装一增量式光电编码器，所述增量式光电编码器的输入轴与所述轮轴的一端对接，所述转轴连杆和另一支架之间设置一用于调节所述万向轮与壁面距离的拉簧。

所述角度传感器的输入轴通过一联轴器连接所述转轴连杆的一端，所述联轴器的一端通过螺钉卡装一联轴器卡箍，所述联轴器卡箍的伸出端开设一通孔；所述转轴连杆的另一端沿中心轴线开设一凹槽，所述另一支架上端沿纵向水平设置一板，所述板的一端卡装在所述凹槽内并通过一销轴转动连接，所述板的另一端开设另一通孔，所述拉簧穿设在所述通孔和另一通孔内。

所述两自由度万向轮速度传感器通过所述隔板紧固连接所述履带式立面爬壁机器人的前后两端。

履带式立面爬壁机器人二维位姿测量装置的测量方法，包括以下步骤：

1)在履带式立面爬壁机器人的前后两端各安装一两自由度万向轮速度传感器，且履带式立面爬壁机器人水平方向上还设置一用于测量其姿态参数的倾角传感器；

2)建立车载坐标系，车载坐标系以目标点H(0,0,0)为坐标原点，X轴正向为履带式立面爬壁机器人的前进方向，Y轴正向由X轴正向逆时针旋转90°形成，Z轴正向垂直于壁面向外；前置两自由度万向轮速度传感器位置为A点，后置两自由度万向轮速度传感器位置为B点；

3)利用前、后置两自由度万向轮速度传感器分别测得A点的速度值v₁和角度值α₁，以及B点的速度值v₂和角度值α₂；

4)利用履带式立面爬壁机器人前、后置两自由度万向轮速度传感器测量履带式立面爬壁机器人任一点的速度，并对任一点速度积分得到履带式立面爬壁机器人的位移，通过履带式立面爬壁机器人上端的倾角传感器测量机器人的姿态参数ω_车。

在所述3)步骤中，履带式立面爬壁机器人的运动分为无角速度运动和有角速度运动：

①履带式立面爬壁机器人的角速度ω_车=0，即无角速度运动时，履带式立面爬壁机器人沿其前进方向做直线运动，则目标点的矢量速度为：