[发明专利]高效横纵喷钢箱梁用喷砂除锈并联机器人结构及其射流反作用力控制方法

权利要求书

1.一种高效横纵喷钢箱梁用喷砂除锈并联机器人结构，其特征在于，该机器人包括移动载具(1)和喷砂作业机构两个功能部分，移动载具(1)采用四轮独立驱动小车实现承载喷砂作业机构横纵平移，所述喷砂作业机构能够实现驱动用于夹持喷砂枪的刚性杠杆进行升降、偏转或者俯仰运动；喷砂作业机构包括升降机架(2)、升降机平台(3)、运动底座(4)、Stewart型六自由度并联机构(5)、钢砂输送软管(6)、直型刚性夹持杠杆(7)、喷砂枪(8)；移动载具(1)上承载升降机架(2)，升降机架(2)上设置升降机平台(3)，升降机平台(3)上放置运动底座(4)，运动底座(4)一端带动Stewart型六自由度并联机构(5)实现横向或者纵向运动，Stewart型六自由度并联机构(5)带动直型刚性夹持杠杆(7)进行六自由度的位姿调整，直型刚性夹持杠杆(7)上固定相连接的钢砂输送软管(6)和喷砂枪(8)，实现对钢箱梁的喷砂除锈作业。

2.根据权利要求1所述的一种高效横纵喷钢箱梁用喷砂除锈并联机器人结构，其特征在于，运动底座(4)为左右偏转底座或者俯仰运动底座，其中左右偏转底座为旋转副轴线垂直放置，俯仰运动底座为旋转副轴线水平放置。

3.根据权利要求2所述的一种高效横纵喷钢箱梁用喷砂除锈并联机器人结构，其特征在于，所述升降机架(2)、升降机平台(3)、运动底座、Stewart型六自由度并联机构(5)实现升降、偏转或者俯仰；升降机架(2)实现大范围的空间高度调整，运动底座带动Stewart型六自由度并联机构(5)及其负载的喷砂枪(8)进行左右横向或者上下纵向喷扫动作，使喷砂除锈并联机器人对钢箱梁的各个横倾或者竖倾斜面进行作业；Stewart型六自由度并联机构(5)对直型刚性夹持杠杆(7)进行六自由度的小范围位姿调整，以实现对附着在钢箱梁表面的U型肋不规则件的喷砂作业。

4.根据权利要求2所述的一种高效横纵喷钢箱梁用喷砂除锈并联机器人结构，其特征在于，升降机架(2)的底部安装有电机带动丝杠旋转，丝杠驱动滑块运动，进而滑块带动升降机架(2)上的左右剪叉臂开合实现升降机负载平台的升降运动；运动底座(4)由电机驱动并带动Stewart型六自由度并联机构(5)左右偏转或者上下翻转，Stewart型六自由度并联机构(5)由动平台、定平台和六条支腿组成，定平台和动平台之间通过六条支腿相连，运动底座(4)和定平台相连；直型刚性夹持杠杆(7)的一端固定在动平台的中心，其另一端夹持喷砂枪(8)，通过调节六个支腿的伸缩长度进而实现改变动平台中心点的位姿，固联在动平台上的直型刚性夹持杠杆(7)上末端喷砂枪(8)的位姿也随之改变。

5.根据权利要求1所述的一种高效横纵喷钢箱梁用喷砂除锈并联机器人结构，其特征在于，该机器人结构用于各种体积巨大且表面附有很多不规则件的钢箱梁喷砂除锈作业。

6.一种高效横纵喷钢箱梁用喷砂除锈并联机器人结构射流反作用力控制方法，其特征在于，具体步骤如下：

1)采用解析法对喷砂除锈并联机器人机构进行运动学逆解分析，进一步求得机构的运动学正解及Jacobi矩阵；

2)根据钢箱梁喷砂除锈工艺要求，确定喷砂除锈并联机器人机构末端喷砂枪(8)的期望运动轨迹：q＝(x,y,z,α,β,γ)^T，其中期望运动位姿分量x/y/z单位为m，位姿分量α/β/γ单位为rad；

3)分析气动喷砂作业的气固两相流流体特性建立射流反作用力模型和喷砂除锈并联机器人的动力学模型；

4)基于步骤3)所建立的射流反作用力模型和喷砂除锈并联机器人机构动力学模型，设计一种基于前馈补偿的自适应滑模控制器；

5)采用分布式结构构建喷砂除锈并联机器人机构控制系统；

6)将计算得出的喷砂除锈并联机器人机构各主动关节驱动控制量发送至各电机驱动器，使高效横纵喷钢箱梁用喷砂除锈并联机器人机构按期望轨迹运动。