[发明专利]一种基于机械臂的爬壁喷涂装置

权利要求书

1.一种基于机械臂的爬壁喷涂装置，其特征在于：所述底盘的机械部分包括放行机器主体、四个连接在其上的对称向外分布的电推杆以及分别连接在各个电推杆末端的电磁吸盘。所述电气部分包括稳压电源、主控板、驱动板、电机电调、电推杆内置的电机以及电磁吸盘中的电磁线圈。

2.所述电气部分的底盘可以实现两个维度的平移。所述纵向向上移动时，所述电磁铁1和电磁铁4上电吸附，所述电磁铁2和电磁铁3断电移动；所述电推杆1和电推杆4保持不动，所述电推杆2旋出d增量长度，带动所述电磁铁2向上移动d的长度，同时所述电推杆3旋入d增量长度，带动所述电磁铁3也向上移动d的长度；到达指定位置后，所述电磁铁2和电磁铁3上电吸附，电磁铁1和电磁铁4断电移动；所述电推杆2旋入d增量长度，同时所述电推杆3旋出d增量长度，带动整个机体向上移动d的长度；最后所述电磁铁1和所述电磁铁4上电吸附，完成移动过程。

3.所述纵向向下移动时，所述电磁铁1和所述电磁铁4上电吸附，所述电磁铁2和所述电磁铁3断电移动；所述电推杆1和所述电推杆4保持不动，所述电推杆2旋入d增量长度，带动所述电磁铁2向下移动d的长度，同时所述电推杆3旋出d增量长度，带动所述电磁铁3也向下移动d的长度；到达指定位置后，所述电磁铁2和所述电磁铁3上电吸附，所述电磁铁1和所述电磁铁4断电移动；所述电推杆2旋出d增量长度，同时所述电推杆3旋入d增量长度，带动整个机体向下移动d的长度；最后所述电磁铁1和所述电磁铁4上电吸附，完成移动过程。

4.所述横向向左移动时，所述电磁铁2和所述电磁铁3上电吸附，所述电磁铁1和所述电磁铁4断电移动；所述电推杆2和所述电推杆3保持不动，所述电推杆4旋入d增量长度，带动所述电磁铁4向左移动d的长度，同时所述电推杆1旋出d增量长度，带动所述电磁铁1也向左移动d的长度；到达指定位置后，所述电磁铁1和所述电磁铁4上电吸附，所述电磁铁2和所述电磁铁3断电移动；所述电推杆1旋入d增量长度，同时所述电推杆4旋出d增量长度，带动整个机体向左移动d的长度；最后所述电磁铁2和所述电磁铁3上电吸附，完成移动过程。

5.所述横向向右移动时，所述电磁铁2和所述电磁铁3上电吸附，所述电磁铁1和所述电磁铁4断电移动；所述电推杆2和所述电推杆3保持不动，所述电推杆4旋出d增量长度，带动所述电磁铁4向右移动d的长度，同时所述电推杆1旋入d增量长度，带动所述电磁铁1也向右移动d的长度；到达指定位置后，所述电磁铁1和所述电磁铁4上电吸附，所述电磁铁2和所述电磁铁3断电移动；所述电推杆4旋入d增量长度，同时所述电推杆1旋出d增量长度，带动整个机体向右移动d的长度；最后所述电磁铁2和电磁铁3上电吸附，完成移动过程。

6.本发明中使用的机械臂为三自由度机械臂，其中S₁舵机控制左右方向，S₂舵机控制前后，S₃舵机控制上下。在空间极坐标系中r为原点O与点P间的距离可以由S3舵机控制，θ为有向线段OP与z轴正向的夹角可以由S₂舵机控制，φ为自x轴按逆时针方向转到OM所转过的角可以由舵机S₁控制。

由Z和r确定θ并由S₂实现舵机S₂高电平时间500-2500us对应角度0-180度，以S2＝2000/180*θ+500，即可使传感器台到达指定高度。

由x，y，z确定半径r并由S₂和S₃实现r的计算用r²＝x²+y²+z²公式。由于所述机械臂的原点距基准平面有一段距离d₁，所以要保持所述机械臂传感器台和原点的连线水平的话只要使传感器台距基准平面的距离也为d₁即可。调节舵机S₁保持机械臂正对前方，则向前方测距的超声波模块测得的距离是传感器台距竖直基准平面的距离，用原点距竖直基准平面的距离减去该距离就可以求得机械臂长度Distence2。测得所述机械臂的两个臂长分别为l₁和l₂，由余弦公式可求得∠A的值，舵机S₂和S₃对应两个底角，可以列出关系式Ak+S₂+S₃＝X；输入S₂值，所述单片机根据超声波数据改变S₃值，返回a(即Distence2)值，再计算出A的角度。得到公式：S＝kA+b，将带入即可由测得的a值计算得S值，再由S₃＝S-S₂进而由已知S₂算得S₃值。

根据水平时S₂与r的关系可以得到关系式：S₂′＝k1×A+b1，所以公式S₃＝S-S₂将改为S₃＝S-(S₂+S₂′)。再结合第1点中，由θ确定S₂值，得到最后S₂的值。

由x，y确定φ值并由S₁实现则舵机S₁高电平时间500-2500us对应角度0-180度，所以即可使传感器台到达指定位置。

输入x，y，z值使前段移动到该点：

首先在所述单片机内部转换出原有的x，y，z的值，依次由公式r²＝x²+y²+z²，计算半径a，角度φ，舵机S₁的值，角度θ，舵机S₂的三角值，角度A，S值，舵机S₂的水平值，舵机S₂的值，舵机S₃的值，并依次发送命令。

其次计算所述喷头的反冲力：因为所述喷头是始终垂直于机体，所以所述机械臂前端在空间里任意一点所受的喷头反冲力都可以等效为在底盘所在平面且垂直于该平面的力。设所述喷头内部压强为P，大气压P₀，则内外压强差为：ΔP＝P-P₀，气球受到的反冲力：F＝ΔPs＝P-P₀

从c向来看，所述电磁铁1和所述电磁铁2合成力F_a，所述电磁铁3和所述电磁铁4合成力F_b，由力矩平衡原理得：F_a·Y₁＝F_b·Y₂，F_a+F_b＝F_s。

计算可得：

从a向来看，所述电磁铁1和所述电磁铁2合成力F_a，

由力矩平衡原理得：F₁·X₁＝F₂·X₂，F₁+F₂＝F_a。

计算可得：

从b向来看，所述电磁铁3和所述电磁铁4合成力F_b

由力矩平衡原理得：F₃·X₁＝F₄·X₂，F₃+F₄＝F_b。

计算可得：

综上可以分别求出F₁、F₂、F₃、F₄的大小，又因为所述电磁铁吸力与电流大小有关，因此根据求得的力按比例调节各电磁铁电流，即可将喷头反冲力分解到各个电磁吸盘。