一种并联抹平机器人及其控制方法技术

本发明专利技术涉及一种并联抹平机器人，包括安装在机架上抹盘旋转驱动机构、两抹盘调整机构和两抹盘；抹盘旋转驱动机构同时与两抹盘关联，两抹盘调整机构的自由端分别与两抹盘关联；抹盘调整机构包括：三自由度并联机构，其上具有两转动自由度以及一平动自由度的动平台，抹盘位于动平台下方，抹盘的抹盘轴穿过动平台后与抹盘旋转驱动机构的输出端连接，且抹盘轴通过滑动轴承与动平台滑动连接；抹盘调整套筒，套设在位于动平台下部的抹盘轴外，其一端与动平台固定连接，另一端通过抹片倾斜调整杆与抹盘的抹片连接。本发明专利技术在抹盘旋转的同时即可完成抹盘抹片倾斜角度调整，解决了现有地面抹光机抹盘倾斜角度和抹盘抹片倾斜角度无法同时实时调整的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种并联抹平机器人及其控制方法
本专利技术涉及一种抹平机器人及其控制方法，具体是关于一种建筑施工用并联抹平机器人及其控制方法，属于建筑施工设备

技术介绍
地面抹平机是建筑施工的重要设备，根据现有文献，地面抹平机按照抹平运动分为直线式抹平和回转式抹平两种。直线式抹平机采用直线式刮板，抹平机做垂直于刮板方向直线移动，完成抹平运动。回转式抹平机采用旋转抹盘，在抹盘旋转的同时抹平机沿地面做直线移动，实现对地面抹平。根据抹盘形式不同，回转式抹平机分为刀片式回转抹平机和盘式回转抹平机。刀片式回转抹平机的抹盘与地面作用力大，控制相对容易，盘式回转抹平机的抹盘控制难度相对大，但平整效果相比刀片式要好。回转式抹平机相比直线式抹平机，操纵难度大，但作业更灵活，具有更好的应用前景。此外，根据操纵方式，地面抹平机可分为人工操作、半自动操作和全自动操作三类。人工操作又分为人工驾驶操作、人工手扶式操作和遥控操作三种。目前尚没有全自动操作的抹平机。盘式回转抹平机工作时，需要对抹盘两个方向独立控制摆动，如US5584598和US7232277公开的两种形式盘式地面抹平机中公开了抹盘姿态调整装置，采用传统串联形式，而采用并联机构对抹平机的抹盘进性调整的机构目前未见报道。虽然US5584598公开的抹平机可以通过调节螺母调节抹盘上抹片与地面之间的角度，但不能进行实时调整。同时进行抹盘姿态调整和抹盘抹片角度调整的装置未见报道。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的其中一个目的是提供一种并联抹平机器人，它能够同时对地面抹平机抹盘进行两个方向摆动，以及抹盘抹片倾斜角度调整，抹盘两个方向摆动和抹盘抹片倾斜角度可以单独解耦，具有自动纠偏及自动运行的功能，克服了已有的此类装置的不足，更有利于控制抹盘与地面作用力；本专利技术的另一个目的是提供一种该并联抹平机器人的控制方法，该控制方法实时对抹盘位置和姿态进行检测，并与地面抹光机运动规划路径做比较，然后根据运动偏差情况，通过抹盘调整装置对抹盘姿态进行实时调整，使其按预定轨迹运动。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种并联抹平机器人，包括机架、抹盘旋转驱动机构、抹盘调整机构和抹盘；所述抹盘旋转驱动机构、两所述抹盘调整机构和两所述抹盘机构均安装在所述机架上，所述抹盘旋转驱动机构同时与两所述抹盘关联，用于驱动两所述抹盘旋转；两所述抹盘调整机构的自由端分别与两所述抹盘关联，用于分别调整两所述抹盘的姿态和倾斜角度；所述抹盘调整机构包括：三自由度并联机构，其上具有绕X轴和绕Y轴的两转动自由度以及沿Z轴的一平动自由度的动平台，所述抹盘位于所述动平台下方，所述抹盘的抹盘轴穿过所述动平台后与所述抹盘旋转驱动机构的输出端连接，且所述抹盘轴通过滑动轴承与所述动平台滑动连接；抹盘调整套筒，套设在位于所述动平台下部的所述抹盘轴外，且所述抹盘调整套筒的一端与所述动平台固定连接，所述抹盘调整套筒的另一端通过抹片倾斜调整杆与所述抹盘的抹片连接；所述动平台的两转动自由度带动所述抹盘调整套筒绕X轴和Y轴的摆动，以实现所述抹盘两个方向姿态的调整；所述动平台的平动自由度带动所述抹盘调整套筒沿所述抹盘轴移动，进而带动所述抹片倾斜调整杆转动，以实现所述抹盘上抹片倾斜角度的调整。所述的并联抹平机器人，优选地，所述抹盘旋转驱动机构包括：驱动电动机和减速器，所述减速器安装在所述机架上，所述驱动电动机安装在所述减速器上，且所述驱动电动机的输出轴与所述减速器的输入轴连接；动力轴，通过动力轴支撑轴承转动安装在所述机架上，所述动力轴的一端通过动力轴联轴器与所述减速器的输出轴连接，且所述动力轴与所述驱动电动机、减速器和动力轴联轴器同轴布置；动力轴同步带轮和动力轴齿轮，安装在所述动力轴上；中间轴，通过中间轴支撑轴承安装在所述机架上，且所述中间轴与所述动力轴轴线平行布置；中间轴同步带轮和中间轴齿轮，安装在所述中间轴上，且所述中间轴齿轮与所述动力轴齿轮相啮合，以将动力从所述动力轴传递到所述中间轴；抹盘动力输入轴，两所述抹盘动力输入轴分别通过抹盘动力输入轴支撑轴承转动安装在所述机架上，且两所述抹盘动力输入轴均与所述动力轴轴线平行布置，两所述抹盘动力输入轴的一端分别通过抹盘联轴器与两所述抹盘的抹盘轴连接；抹盘动力输入轴同步带轮，两所述抹盘动力输入轴同步带轮分别安装在所述抹盘动力输入轴上，且其中一所述抹盘动力输入轴同步带轮通过一抹盘同步带与所述动力轴同步带轮连接，另一所述抹盘动力输入轴同步带轮通过另一抹盘同步带与所述中间轴同步带轮连接，由此通过两所述抹盘同步带将动力从所述动力轴分别传递到两所述抹盘动力输入轴。所述的并联抹平机器人，优选地，所述三自由度并联机构包括呈三角形布置的第一运动支链、第二运动支链、第三运动支链和所述动平台，且所述第一运动支链、第二运动支链和第三运动支链的一端与所述机架活动连接，所述第一运动支链、第二运动支链和第三运动支链的另一端形成自由端并分别与所述动平台活动连接。所述的并联抹平机器人，优选地，所述第一运动支链、第二运动支链和第三运动支链均包括电动缸、转动副和万向关节，所述电动缸的固定端通过所述转动副与所述机架连接，所述电动缸的输出端通过所述万向关节与所述动平台连接；所述第一运动支链、第二运动支链和第三运动支链共同作用使所述动平台具备绕X轴和绕Y轴的两转动自由度以及沿Z轴的一平动自由度。所述的并联抹平机器人，优选地，所述第一运动支链中的电动缸与所述机架间转动副轴线、该电动缸与之输出端连接的万向关节间转动轴线、所述第二运动支链中的电动缸与所述机架间转动副轴线、该电动缸与之输出端连接的万向关节间转动轴线平行布置；同时，所述第三运动支链中的电动缸与所述机架间转动副轴线、该电动缸与之输出端连接的万向关节间转动轴线平行布置，并与所述第一运动支链中的电动缸与所述机架间转动副轴线、所述第二运动支链中的电动缸与所述机架间转动副轴线相互垂直。所述的并联抹平机器人，优选地，所述第一运动支链中的万向关节与所述动平台连接轴线、所述第二运动支链中的万向关节与所述动平台连接轴线同轴共线布置；同时，所述第三运动支链中的万向关节与所述动平台连接轴线、所述第一运动支链中的万向关节与所述动平台连接轴线共面垂直布置。所述的并联抹平机器人，优选地，该并联抹平机器人还包括安装在所述机架上的位置和姿态检测传感器以及供电及控制系统，所述供电及控制系统包括电源和抹平机控制器，所述电源为所述并联抹平机器人提供电力供应，所述位置和姿态检测传感器连接所述抹平机控制器的输入端，所述抹平机控制器的输出端连接所述驱动电动机和各电动缸。一种上述并联抹平机器人的控制方法，抹平机控制器接收位置和姿态检测传感器的信息，实时对驱动电动机和各电动缸进行控制，调整抹盘的姿态和转动速度以及抹盘抹片的倾斜角度，实现并联抹平机器人按照预定轨迹运动，具体控制方法如下：1)建立并联抹平机器人坐标系，定义X轴为一抹盘指向另一抹盘方向，Z轴垂直向上，并假设一抹盘绕-Z轴旋转，另一抹盘绕Z轴旋转；当一抹盘绕X轴倾斜的同时另一抹盘绕-X轴倾斜，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种并联抹平机器人，其特征在于，包括机架(10)、抹盘旋转驱动机构(20)、抹盘调整机构(30)和抹盘(40)；所述抹盘旋转驱动机构(20)、两所述抹盘调整机构(30)和两所述抹盘机构(40)均安装在所述机架(10)上，所述抹盘旋转驱动机构(20)同时与两所述抹盘(40)关联，用于驱动两所述抹盘(40)旋转；两所述抹盘调整机构(30)的自由端分别与两所述抹盘(40)关联，用于分别调整两所述抹盘(40)的姿态和倾斜角度；/n所述抹盘调整机构(30)包括：/n三自由度并联机构，其上具有绕X轴和绕Y轴的两转动自由度以及沿Z轴的一平动自由度的动平台(31)，所述抹盘(40)位于所述动平台(31)下方，所述抹盘(40)的抹盘轴(41)穿过所述动平台(31)后与所述抹盘旋转驱动机构(20)的输出端连接，且所述抹盘轴(41)通过滑动轴承(32)与所述动平台(31)滑动连接；/n抹盘调整套筒(32)，套设在位于所述动平台(31)下部的所述抹盘轴(41)外，且所述抹盘调整套筒(32)的一端与所述动平台(31)固定连接，所述抹盘调整套筒(32)的另一端通过抹片倾斜调整杆(42)与所述抹盘(40)的抹片连接；/n所述动平台(31)的两转动自由度带动所述抹盘调整套筒(32)绕X轴和Y轴的摆动，以实现所述抹盘(40)两个方向姿态的调整；所述动平台(31)的平动自由度带动所述抹盘调整套筒(32)沿所述抹盘轴(41)移动，进而带动所述抹片倾斜调整杆(42)转动，以实现所述抹盘(40)上抹片倾斜角度的调整。/n...

【技术特征摘要】
1.一种并联抹平机器人，其特征在于，包括机架(10)、抹盘旋转驱动机构(20)、抹盘调整机构(30)和抹盘(40)；所述抹盘旋转驱动机构(20)、两所述抹盘调整机构(30)和两所述抹盘机构(40)均安装在所述机架(10)上，所述抹盘旋转驱动机构(20)同时与两所述抹盘(40)关联，用于驱动两所述抹盘(40)旋转；两所述抹盘调整机构(30)的自由端分别与两所述抹盘(40)关联，用于分别调整两所述抹盘(40)的姿态和倾斜角度；
所述抹盘调整机构(30)包括：
三自由度并联机构，其上具有绕X轴和绕Y轴的两转动自由度以及沿Z轴的一平动自由度的动平台(31)，所述抹盘(40)位于所述动平台(31)下方，所述抹盘(40)的抹盘轴(41)穿过所述动平台(31)后与所述抹盘旋转驱动机构(20)的输出端连接，且所述抹盘轴(41)通过滑动轴承(32)与所述动平台(31)滑动连接；
抹盘调整套筒(32)，套设在位于所述动平台(31)下部的所述抹盘轴(41)外，且所述抹盘调整套筒(32)的一端与所述动平台(31)固定连接，所述抹盘调整套筒(32)的另一端通过抹片倾斜调整杆(42)与所述抹盘(40)的抹片连接；
所述动平台(31)的两转动自由度带动所述抹盘调整套筒(32)绕X轴和Y轴的摆动，以实现所述抹盘(40)两个方向姿态的调整；所述动平台(31)的平动自由度带动所述抹盘调整套筒(32)沿所述抹盘轴(41)移动，进而带动所述抹片倾斜调整杆(42)转动，以实现所述抹盘(40)上抹片倾斜角度的调整。


2.根据权利要求1所述的并联抹平机器人，其特征在于，所述抹盘旋转驱动机构(20)包括：
驱动电动机(201)和减速器(202)，所述减速器(202)安装在所述机架(10)上，所述驱动电动机(201)安装在所述减速器(202)上，且所述驱动电动机(201)的输出轴与所述减速器(202)的输入轴连接；
动力轴(204)，通过动力轴支撑轴承(205)转动安装在所述机架(10)上，所述动力轴(204)的一端通过动力轴联轴器(203)与所述减速器(202)的输出轴连接，且所述动力轴(204)与所述驱动电动机(201)、减速器(202)和动力轴联轴器(203)同轴布置；
动力轴同步带轮(206)和动力轴齿轮(207)，安装在所述动力轴(204)上；
中间轴(209)，通过中间轴支撑轴承(208)安装在所述机架(10)上，且所述中间轴(209)与所述动力轴(204)轴线平行布置；
中间轴同步带轮(210)和中间轴齿轮(211)，安装在所述中间轴(209)上，且所述中间轴齿轮(211)与所述动力轴齿轮(207)相啮合，以将动力从所述动力轴(204)传递到所述中间轴(209)；
抹盘动力输入轴(214)，两所述抹盘动力输入轴(214)分别通过抹盘动力输入轴支撑轴承(212)转动安装在所述机架(10)上，且两所述抹盘动力输入轴(214)均与所述动力轴(204)轴线平行布置，两所述抹盘动力输入轴(214)的一端分别通过抹盘联轴器(43)与两所述抹盘(40)的抹盘轴(41)连接；
抹盘动力输入轴同步带轮(213)，两所述抹盘动力输入轴同步带轮(213)分别安装在所述抹盘动力输入轴(214)上，且其中一所述抹盘动力输入轴同步带轮(213)通过一抹盘同步带与所述动力轴同步带轮(206)连接，另一所述抹盘动力输入轴同步带轮(213)通过另一抹盘同步带与所述中间轴同步带轮(210)连接，由此通过两所述抹盘同步带将动力从所述动力轴(204)分别传递到两所述抹盘动力输入轴(214)。


3.根据权利要求1所述的并联抹平机器人，其特征在于，所述三自由度并联机构包括呈三角形布置的第一运动支链(301)、第二运动支链(302)、第三运动支链(303)和所述动平台(31)，且所述第一运动支链(301)、第二运动支链(302)和第三运动支链(303)的一端与所述机架(10)活动连接，所述第一运动支链(301)、第二运动支链(302)和第三运动支链(303)的另一端形成自由端并分别与所述动平台(31)活动连接。


4.根据权利要求3所述的并联抹平机器人，其特征在于，所述第一运动支链(301)、第二运动支链(302)和第三运动支链(303)均包括电动缸(11)、转动副(12)和万向关节(13)，所述电动缸(11)的固定端通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：关立文，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11