[发明专利]可缠绕式混合驱动柔索并联机器人运行监测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及机器人的运行状态监测系统领域，具体是一种可缠绕式混合驱动柔索并联机器人运行监测装置及方法。 

背景技术

混合驱动柔索并联机器人兼容了混合驱动机构高速、高承载力、柔性可调，柔索并联机器人结构简单、模块化程度高、运动速度快以及价格低廉等特点，因此，不仅能够高精度、高效率、大负载地运转，而且应具有更大的柔性输出，能迅速方便地改变输出运动规律。中国专利201310166792.5公开了一种三自由度混合驱动缠绕式柔索并联机器人，不仅能够实现柔索并联机器人大负载运转、高性能运动输出，且具备运动速度可调的特点，同时可以应用于大范围的工作空间。 

对于工业上使用柔索(例如钢丝绳)的机器一般是通过对提升柔索的张力检测来实现对该机器运行状态的监测功能，对于可缠绕式混合驱动柔索并联机器人系统同样适用。可缠绕式混合驱动柔索并联机器人的柔索在工作过程中，由于磨损、波动、卡住等因素会导致张力变化很大，甚至发生柔索断裂、滑轮支架开裂和索塔架变形弯曲严重等造成重大安全事故，因此有必要对柔索应力、滑轮支架应力、索塔架变形情况进行实时监测。传统的钢丝绳检测方法一般分为三种：第一种是敲击振波法，其主要利用张力与钢丝绳振动频率之间的关系来实现对钢丝绳的张力检测，不足之处是不能够实时动态检测，测量精度也不高；第二种是串联法，在钢丝绳与承载物之间串联一个力传感器来测量钢丝绳张力，不足之处是灵敏度较低而且会加剧钢丝绳的疲劳磨损；第三种是三点弯曲法，根据力的平行四边形法则来实现对钢丝绳的张力检测，不足之处是对装置的安装精度要求比较高。 

发明内容

本发明的目的是提供一种可缠绕式混合驱动柔索并联机器人运行监测装置及方法，以解决现有技术存在的问题。 

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为： 

可缠绕式混合驱动柔索并联机器人运行监测装置，其特征在于：包括呈正三棱柱结构的索塔支架，索塔支架周围呈品字形分布有三组混合驱动五连杆缠绕结构，索塔支架三个棱柱顶点顶部分别通过滑轮支架转动安装有滑轮，每个滑轮支架上分别固定有应力无线传感器节点，三组混合驱动五连杆缠绕结构中有柔索一一对应绕过滑轮后再伸入索塔支架下方，且三组混合驱动五连杆缠绕结构的柔索在索塔支架下方通过变位机悬吊有重物，所述变位机外表面固定有重物节点，位于索塔支架正下方的地面上还设置有三个呈三角形分布的锚节点，由三组混合驱动五连杆缠绕结构及其柔索、索塔支架、变位机和重物构成可缠绕式混合驱动柔索并联机器人，还包括设置在外部的可缠绕式混合驱动柔索并联机器人操作台，可缠绕式混合驱动柔索并联机器人操作台上设置有汇聚节点、工控机，所述汇聚节点通过USB数据线与工控机连接，由汇聚节点、工控机构成运行监测装置。 

所述的可缠绕式混合驱动柔索并联机器人运行监测装置，其特征在于：所述的应力无线传感器节点由电阻式压力应变片、信号采集与调理电路、微控制器、外扩存储器、无线模块、天线和电源模块构成，电阻式压力应变片和信号采集与调理电路的输入端连接，信号采集与调理电路的输出端与微控制器连接，外扩存储器和无线模块的输入端分别接入微控制器，天线接入无线模块输出端，电源模块分别供电至信号采集与调理电路、微控制器和无线模块。 

所述的可缠绕式混合驱动柔索并联机器人运行监测装置，其特征在于：所述重物节点、锚节点和汇聚节点结构相同，均由微控制器、外扩存储器、无线模块、天线和电源模块构成，外扩存储器和无线模块的输入端分别接入微控制器，天线接入无线模块的输出端，电源模块分别供电至微控制器和无线模块。 

所述装置的可缠绕式混合驱动柔索并联机器人运行监测方法，其特征在于：应力无线传感器节点对滑轮支架的外壳处应力进行测量，通过锚节点对应力无线传感器节点和重物节点进行定位，应力无线传感器节点的位置数据和应力信息通过无线网络传送至汇聚节点，同时重物节点的位置数据信息通过无线网络传送至汇聚节点，汇聚节点再通过USB接口将数据发送给工控机，过程如下： 

(1)在可缠绕式混合驱动并联柔索机器人的操作台上设置与工控机通过USB数据线相连的汇聚节点，在索塔支架上的三个滑轮支架外壳上分别设置应力无线传感器节点，三个锚节点作为定位节点呈三角形分布固定在索塔支架正下方的地面上，重物节点固定在变位机上； 

(2)采用RSSI三点测距法，通过索塔支架正下方地面上的三个锚节点依次对三个滑轮支架外壳上的应力无线传感器节点和变位机上的重物节点进行空间位置坐标的确定，各应力无线传感器节点分别对所在滑轮支架外壳处的应力进行检测；