[发明专利]一种基于连续体结构的飞机油箱检查机器人及其控制方法

摘要

一种基于连续体结构的飞机油箱检查机器人及其控制方法。机器人包括移动平台、升降运动单元、蛇臂运动单元、系统控制单元和电源模块；本发明机器人是一种仿生机器人，其能在工作人员监控下进入飞机油箱内部进行内漏点确定及腐蚀检查，具有传统离散型机器人所不具有的优良弯曲性能，而且能根据环境障碍物的状况而灵活改变自身形状，并对工作空间狭小的环境和非结构化环境具有独特的适应能力。本机器人能够替代人在油箱中作业，无疑会降低机务人员工作强度、保障人员安全、提高维修效率及降低油箱安全隐患，从而对缩短飞机停场时间、降低经济损失具有重要意义。此外，本机器人上伸入到飞机油箱内的部位几乎无用电设备，因此具有良好的防爆先决条件。

主权项

一种基于连续体结构的飞机油箱检查机器人，其特征在于：所述的飞机油箱检查机器人包括移动平台、升降运动单元、蛇臂运动单元、系统控制单元(13)和电源模块(14)；所述的移动平台包括底板(17)、两个万向轮(15)和两个固定轮(16)，其中底板(17)水平设置，两个万向轮(15)和两个固定轮(16)分别设置在底板(17)的底面前后端两侧；所述的升降运动单元包括底座(12)、直线模组(11)、滑块(9)、伺服电机(6)和联轴器(7)，其中底座(12)将直线模组(11)固定在底板(17)的表面中部；滑块(9)以能够上下滑动的方式安装在直线模组(11)上，同时与蛇臂运动单元下端固连；伺服电机(6)通过联轴器(7)与直线模组(11)上的丝杠上端相连；所述的蛇臂运动单元包括蛇臂体(4)、蛇臂驱动机构(10)和图像感知模块；其中蛇臂驱动机构(10)安装在滑块(9)上，主要包括多个电机底板(36)、多台蛇臂驱动电机(34)、多个带基座轴承(28)、多个卷线轴(31)和蛇臂支架(29)；其中多个电机底板(36)分多层沿上下方向相隔距离水平设置；每个电机底板(36)的表面两侧并排分别安装有一台蛇臂驱动电机(34)，另一端相应安装有两个带基座轴承(28)；每台蛇臂驱动电机(34)的输出轴通过一个联轴器(32)与一个卷线轴(31)的一端相连，卷线轴(31)的另一端连接在一个带基座轴承(28)上；蛇臂支架(29)设置在位于最上层的电机底板(36)表面上两个卷线轴(31)之间的部位，其两侧面上分别安装有多个换向轮(30)，表面形成有多个用于贯穿蛇臂体(4)上驱动绳(25)的开孔；蛇臂体(4)的下端固定在蛇臂支架(29)上，其由至少五个关节(20)构成，每个关节(20)包括首端圆盘(21)、末端圆盘(19)、多个支撑圆盘(24)、柔性支撑杆(26)和四根驱动绳(25)； 其中首端圆盘(21)、多个支撑圆盘(24)和末端圆盘(19)的中部从下至上相隔距离套装在柔性支撑杆(26)上，每个首端圆盘(21)、支撑圆盘(24)和末端圆盘(19)的圆周上形成有多个过孔，上一关节(20)的首端圆盘(21)与下一关节(20)的末端圆盘(19)通过关节连接件(22)相互连接在一起；四根驱动绳(25)分别贯穿设置在首端圆盘(21)、支撑圆盘(24)和末端圆盘(19)上相距90度方位的一个过孔内，下端从蛇臂支架(29)上的一个开孔穿过并通过一个换向轮(30)以正绕线和反绕线交错的方式卷绕在一个相应的卷线轴(31)上，上端固定在该关节(20)的末端圆盘(19)上；图像感知模块包括摄像机(1)及照明灯(2)，两者固定于蛇臂体(4)的上端；所述的系统控制单元(13)安装在底板(17)的表面，包括主控计算机(40)、电机控制板(41)、数据传输模块(42)及照明控制模块(43)；其中主控计算机(40)同时与电机控制板(41)、数据传输模块(42)、照明控制模块(43)及监控站计算机相连，用于将接收到的监控站操作人员在监控站计算机上下达的运动控制指令分解为各个关节(20)的控制量，再向电机控制板(41)发送控制指令，从而使得各关节(20)能够旋转弯曲或使得直线模组(11)进行直线运动；主控计算机(40)还负责计算机器人的空间姿态，并和其他系统状态一起反馈到监控站计算机，以便工作人员后续操控；电机控制板(41)与主控计算机(40)和伺服电机(6)以及蛇臂驱动电机(34)相连，用于接收主控计算机(40)的运动指令，然后向伺服电机(6)和蛇臂驱动电机(34)发送驱动信号，以控制这些电机按照指定参数运动；数据传输模块(42)通过RS232与主控计算机(40)相连，同时与摄像机(1)相接，用于将命令和状态在机器人与监控站计算机之间进行传递，同时将摄像机(1)采集的油箱图像传递给监控站计算机；照明控制模块(43)通过数字量采集卡与主控计算机(40)相连，同时与照明灯(2)相接，用 于控制照明灯(2)的开关，并配合摄像机(1)提供不同亮度的照明光，以适应不同的光线条件，从而达到较好的图像采集效果；所述的电源模块(14)安装在底板(17)的表面，用于为整个机器人提供工作电源。