RU221076U1 - Vertical pedipulator robot - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области автоматических транспортных средств, в частности к автоматизированным роботам, способным перемещаться по наклонным или вертикальным поверхностям. Описан педипуляторный робот вертикального перемещения, содержащий платформу, два связанных с ней педипулятора, включающих вакуумные захваты с узлами перемещения. Каждый педипулятор выполнен с блоком оценки поверхности, связанным с узлом перемещения для подачи корректирующего сигнала. Техническим результатом является увеличение надежности функционирования устройства. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.The utility model relates to the field of automated vehicles, in particular to automated robots capable of moving along inclined or vertical surfaces. A vertical movement pedipulator robot is described, containing a platform and two pedipulators connected to it, including vacuum grippers with movement units. Each pedipulator is made with a surface evaluation unit connected to a movement unit for supplying a correction signal. The technical result is to increase the reliability of the device. 3 salary f-ly, 2 ill.

Description

Область техники, к которой относится полезная модельField of technology to which the utility model relates

Полезная модель относится к области автоматических транспортных средств, в частности к автоматизированным роботам, способным перемещаться по наклонным или вертикальным поверхностям.The utility model relates to the field of automated vehicles, in particular to automated robots capable of moving along inclined or vertical surfaces.

Уровень техникиState of the art

Из уровня техники известно устройство, содержащее два педипулятора, состоящих из вакуумных захватов с узлами перемещения, установленных на сочленениях ходовой части (RU 2033365 С1, 20.04.1995).A device is known from the prior art that contains two pedipulators, consisting of vacuum grippers with movement units installed on the joints of the chassis (RU 2033365 C1, 04/20/1995).

Устройство имеет простую конструкцию, но не содержит платформы для установки бортового оборудования и не имеет датчиков контроля надежности перемещения.The device has a simple design, but does not contain a platform for installing on-board equipment and does not have sensors for monitoring the reliability of movement.

Из уровня техники известно устройство, содержащее два педипулятора, состоящих из вакуумных захватов, связанных между собой платформой, с вакуумметрами и поворотными блоками с энкодерами, блок питания, два вакуумных клапана и наземный блок оператора, связанный с нечетким контроллером на платформе через блок приема-передачи данных, вакуумный насос и блок вакуумных клапанов (Ястребова И.В., Воротников С.А., Калиниченко С.В., Система управления шагающим роботом вертикального перемещения, CASPIAN JOURNAL: Control and High Technologies, 2019, 3 (47), c. 131-141).From the prior art, a device is known that contains two pedipulators, consisting of vacuum grippers interconnected by a platform, with vacuum gauges and rotary blocks with encoders, a power supply, two vacuum valves and a ground operator unit connected to a fuzzy controller on the platform through a reception and transmission unit data, vacuum pump and vacuum valve block (Yastrebova I.V., Vorotnikov S.A., Kalinichenko S.V., Control system for a walking robot of vertical movement, CASPIAN JOURNAL: Control and High Technologies, 2019, 3 (47), c . 131-141).

Данное устройство содержит платформу для установки бортового оборудования и датчик контроля вакуума в захватах, но не имеет системы диагностики поверхности перемещения, системы дополнительной герметизации вакуумных захватов и датчиков точек отсчета блоков перемещения. Нечеткий контроллер строится на представлении знаний в специальном виде, которое может существенно отличаться от содержательной интерпретации реальных параметров. Также это устройство имеет кабельное соединение с наземным блоком оператора, что увеличивает нагрузку на робота, особенно при работе на больших высотах, создает отрывающие моменты и ограничивает маневренность робота. Все эти особенности не способствуют надежности функционирования робота.This device contains a platform for installing on-board equipment and a vacuum control sensor in the grippers, but does not have a moving surface diagnostic system, an additional sealing system for vacuum grippers, or reference point sensors for the moving blocks. A fuzzy controller is based on the representation of knowledge in a special form, which may differ significantly from the meaningful interpretation of real parameters. This device also has a cable connection to the operator’s ground unit, which increases the load on the robot, especially when working at high altitudes, creates tearing moments and limits the robot’s maneuverability. All these features do not contribute to the reliability of the robot.

Наиболее близким аналогом полезной модели является адаптивный двухпедипуляторный робот вертикального перемещения, содержащий два педипулятора, состоящих из вакуумных захватов, связанных между собой платформой с узлами перемещения, выполненными в виде поворотных двигателей (RU 85879 U1, 20.08.2009).The closest analogue of the utility model is an adaptive two-pedipulator robot of vertical movement, containing two pedipulators consisting of vacuum grippers interconnected by a platform with movement units made in the form of rotary motors (RU 85879 U1, 08/20/2009).

Данное устройство содержит платформу и узлы перемещения, но не имеет системы диагностики поверхности перемещения, системы дополнительной герметизации вакуумных захватов и датчиков точек отсчета блоков перемещения, что не способствует надежности функционирования робота.This device contains a platform and movement units, but does not have a system for diagnosing the movement surface, an additional sealing system for vacuum grippers and sensors for reference points of movement blocks, which does not contribute to the reliability of the robot.

Раскрытие сущности полезной моделиDisclosure of the essence of the utility model

Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание педипуляторного робота вертикального перемещения с системой диагностики поверхности перемещения.The task to be solved by the claimed utility model is the creation of a vertical movement pedipulator robot with a moving surface diagnostic system.

Техническим результатом является увеличение надежности функционирования устройства.The technical result is to increase the reliability of the device.

Технический результат достигается тем, что педипуляторный робот вертикального перемещения содержит платформу, два связанных с ней педипулятора, включающих вакуумные захваты с узлами перемещения, где каждый педипулятор выполнен с блоком оценки поверхности, связанным с узлом перемещения для подачи корректирующего сигнала.The technical result is achieved by the fact that a pedipulator robot for vertical movement contains a platform, two pedipulators connected to it, including vacuum grippers with movement units, where each pedipulator is made with a surface evaluation unit connected to a movement unit for supplying a corrective signal.

Кроме того, блок оценки поверхности включает датчик определения качества поверхности фиксации, установленный внутри каждого захвата и камеру, установленную на каждом педипуляторе с углом охвата всей поверхности фиксации под захватом.In addition, the surface evaluation unit includes a sensor for determining the quality of the fixation surface installed inside each gripper and a camera installed on each pedipulator with an angle of coverage of the entire fixation surface under the gripper.

Кроме того, датчик определения качества поверхности фиксации включает привод вращения, на котором установлен лазерный модуль с объективом с возможностью сканирования поверхности перемещения под ним через плоскопараллельную линзу.In addition, the sensor for determining the quality of the fixation surface includes a rotation drive on which a laser module with a lens is installed with the ability to scan the moving surface underneath it through a plane-parallel lens.

Кроме того, узел перемещения включает шаговый двигатель, поворотный блок и линейный датчик перемещения.In addition, the movement unit includes a stepper motor, a rotary block and a linear displacement sensor.

Кроме того, шаговый двигатель, соединен с трапецеидальным винтом передачи винт-гайка через муфту, а гайка связана с платформой.In addition, the stepper motor is connected to the trapezoidal screw of the screw-nut transmission through a coupling, and the nut is connected to the platform.

Кроме того, поворотный блок состоит из сервопривода постоянного вращения, закрепленного на платформе, радиального подшипника, у которого внешняя часть закреплена на платформе, а внутренняя соединена с узлом перемещения, и ременного редуктора.In addition, the rotary unit consists of a constant rotation servo drive mounted on the platform, a radial bearing, the outer part of which is fixed on the platform and the inner part is connected to the movement unit, and a belt reducer.

Краткое описание чертежейBrief description of drawings

Фиг. 1 - изображена общая схема устройства.Fig. 1 - shows a general diagram of the device.

Фиг. 2 - изображен пример пошагового перемещения устройства по наклонным и вертикальным поверхностям. Fig. 2 - shows an example of step-by-step movement of the device along inclined and vertical surfaces.

Осуществление полезной моделиImplementation of a utility model

Конструкция устройства с системой диагностики в статическом состоянии состоит из двух педипуляторов 1, 2 (см. фиг. 1), которые соединены между собой платформой 3, и управляются с помощью контроллера 4 со встроенным беспроводным модулем связи Wi-Fi, с помощью которого происходит прием команд от оператора роботу и передача диагностических данных робота через модуль связи 5 оператору на наземный пульт управления 6, при этом источник питания 7 установлен на платформе робота и обеспечивает стабильное напряжение для всех компонентов, расположенных на борту робота и силовых ключей, которые необходимы для управления работой двигателей от контроллера.The design of the device with a diagnostic system in a static state consists of two pedipulators 1, 2 (see Fig. 1), which are interconnected by a platform 3, and controlled by a controller 4 with a built-in Wi-Fi wireless communication module, with the help of which the reception occurs commands from the operator to the robot and transmission of diagnostic data of the robot through the communication module 5 to the operator on the ground control panel 6, while the power supply 7 is installed on the robot platform and provides stable voltage for all components located on board the robot and power switches that are necessary to control the work motors from the controller.

Каждый педипулятор 1, 2 включает в себя узел перемещения, который образован из шагового двигателя 8, 9, соединенного с трапецеидальным винтом 10, 11 передачи винт-гайка через муфту 12, 13, а гайка 14, 15 связана с платформой 3; линейного датчика перемещения 16, 17 для отслеживания положения педипуляторов 1 и 2 и концевых переключателей 18, 19 для определения точки отсчета положения; и поворотного блока, который состоит из сервопривода постоянного вращения 20, 21, закрепленного на платформе 3, радиального подшипника 43, 44, у которого внешняя часть закреплена на платформе 3, а внутренняя соединена с узлом перемещения, и ременного редуктора 22, 23. Для отслеживания положения платформы 3 используется кольцевые энкодеры 24, 25 и концевые переключатели 26, 27 для определения точки отсчета положения.Each pedipulator 1, 2 includes a movement unit, which is formed from a stepper motor 8, 9 connected to a trapezoidal screw 10, 11 of the screw-nut transmission through a coupling 12, 13, and the nut 14, 15 is connected to the platform 3; linear displacement sensor 16, 17 for monitoring the position of pedipulators 1 and 2 and limit switches 18, 19 for determining the position reference point; and a rotary block, which consists of a constant rotation servo drive 20, 21, mounted on the platform 3, a radial bearing 43, 44, the outer part of which is fixed on the platform 3, and the inner part is connected to the movement unit, and a belt reducer 22, 23. For tracking position of the platform 3, ring encoders 24, 25 and limit switches 26, 27 are used to determine the position reference point.

Фиксация робота на поверхности происходит с помощью вакуума. Вакуумный насос 28 откачивает воздух из вакуумного ресивера 29, который соединен с вакуумными 30, 31 захватами через вакуумные клапаны 32, 33 и обеспечивает повышение надежности работы за счет создания страховочного объема вакуума. Для контроля достаточного уровня вакуума используются вакуумметр ресивера 34 и вакуумметры (не показаны) на каждом захвате 35, 36.The robot is fixed to the surface using a vacuum. The vacuum pump 28 pumps out air from the vacuum receiver 29, which is connected to the vacuum grips 30, 31 through vacuum valves 32, 33 and improves operational reliability by creating a vacuum safety volume. To control a sufficient vacuum level, a vacuum gauge of the receiver 34 and vacuum gauges (not shown) are used on each gripper 35, 36.

Для предварительной оценки качества поверхности фиксации на каждом педипуляторе 1, 2 установлен блок оценки поверхности, состоящий из датчика определения качества поверхности фиксации, установленный внутри каждого вакуумного 30, 31 захвата, включающий приводы вращения 39, 40, на которых находятся лазерные модули 41, 42 с объективом, который обеспечивает развертку лазерного луча в прямую линию и камеры 37, 38. Инклинометр 45 жестко связан с платформой. В центрах вакуумных 30, 31 захватов расположено отверстие, которое с внутренней нижней части захватов 30, 31 закрыто плоскопараллельной линзой (не показано) для пропускания лазерного луча сквозь себя без искажений и загерметизировано для устранения протечки воздуха. Лазерные модули 41, 42 расположены внутри приводов вращения 39, 40 таким образом, что при вращении центральной части приводов вращения 39, 40 лазерный луч, проходя через линзу, попадает на поверхность непосредственно под педипулятором. В свою очередь камеры 37, 38 расположены в верхней части вакуумных 30, 31 захватов, объективы которых зафиксированы в отверстиях, направлены в центр места фиксации и герметизированы, что позволяет использовать триангуляционный метод измерения и избежать утечек воздуха.For a preliminary assessment of the quality of the fixation surface, a surface assessment unit is installed on each pedipulator 1, 2, consisting of a sensor for determining the quality of the fixation surface, installed inside each vacuum 30, 31 gripper, including rotation drives 39, 40, on which laser modules 41, 42 are located. a lens that ensures the scanning of the laser beam into a straight line and cameras 37, 38. The inclinometer 45 is rigidly connected to the platform. In the centers of the vacuum grips 30, 31 there is a hole, which is closed from the inner lower part of the grips 30, 31 with a plane-parallel lens (not shown) to allow the laser beam to pass through without distortion and is sealed to eliminate air leakage. Laser modules 41, 42 are located inside the rotation drives 39, 40 in such a way that when the central part of the rotation drives 39, 40 rotates, the laser beam, passing through the lens, hits the surface directly under the pedipulator. In turn, cameras 37, 38 are located in the upper part of vacuum grips 30, 31, the lenses of which are fixed in the holes, directed to the center of the fixation point and sealed, which allows the use of the triangulation method of measurement and avoiding air leaks.

Вращение лазерного модуля 41, 42 позволяет исследовать линию на поверхности по всему участку под вакуумными 30,31 захватами. В случае дефектов, таких как трещины или существенные неровности на поверхности в кадре камер 37, 38, линия будет неровной или прерывистой, что говорит о необходимости изменить место фиксации захвата. Блок оценки поверхности связан с поворотным блоком для подачи корректирующего сигнала через контроллер 4 для изменения места фиксации.Rotation of the laser module 41, 42 allows you to examine the line on the surface over the entire area under vacuum grips 30,31. In case of defects, such as cracks or significant unevenness on the surface in the frame of cameras 37, 38, the line will be uneven or intermittent, which indicates the need to change the location of the gripper fixation. The surface evaluation unit is connected to the rotary unit to provide a correction signal through the controller 4 to change the fixation location.

Все блоки устройства стандартные, например, контроллер 4 может быть выполнен на базе микроконтроллера ESP32-S3R8, источник питания 7 - на базе сборки литий-ионных аккумуляторов типоразмера 18650, лазерный модуль - на базе модуля DSL6505-0921, а камера - на базе модуля OV2640. В качестве инклинометра 45 может быть использован цифровой двухосевой инклинометр MPU6050.All units of the device are standard, for example, controller 4 can be based on the ESP32-S3R8 microcontroller, power supply 7 can be based on an assembly of lithium-ion batteries of size 18650, the laser module can be based on the DSL6505-0921 module, and the camera can be based on the OV2640 module . As an inclinometer 45, a digital two-axis inclinometer MPU6050 can be used.

Действие устройства основано на том, что в начальной позиции после установки устройства на вертикальную поверхность, оно удерживается двумя педипуляторами 1 и 2 (см. фиг. 2), а инклинометр 45 фиксирует реальное положение оси платформы 3 относительно горизонтали для программного задания траектории движения в рабочую зону. Далее устройство удерживается на вертикальной поверхности с помощью одного вакуумного захвата, при этом второй вакуумный захват имеет возможность перемещения на заданный угол путем поворота платформы 3 относительно оси вращения поворотного блока первого вакуумного захвата по траектории 46. Затем второй вакуумный захват фиксируется на поверхности перемещения, после чего первый вакуумный захват освобождается от вакуума и получает способность перемещения относительно оси вращения поворотного блока второго вакуумного захвата по траектории 47.The operation of the device is based on the fact that in the initial position after installing the device on a vertical surface, it is held by two pedipulators 1 and 2 (see Fig. 2), and the inclinometer 45 records the real position of the axis of the platform 3 relative to the horizontal for programmatically setting the trajectory of movement into the working zone. Next, the device is held on a vertical surface using one vacuum gripper, while the second vacuum gripper has the ability to move to a given angle by rotating the platform 3 relative to the axis of rotation of the rotary block of the first vacuum gripper along trajectory 46. Then the second vacuum gripper is fixed on the moving surface, after which the first vacuum gripper is released from the vacuum and gains the ability to move relative to the axis of rotation of the rotary block of the second vacuum gripper along trajectory 47.

Благодаря выбору соответствующих углов поворота платформы 3, контролируемых энкодерами 24 и 25, она может быть установлена в необходимом для проведения технологической операции положении с помощью бортового оборудования, например, инспекционного (на схеме не показано). Во время проведения технологической операции оба вакуумных 30, 31 захвата фиксируются на поверхности для обеспечения повышенной надежности удержания на ней.Thanks to the selection of the appropriate rotation angles of the platform 3, controlled by encoders 24 and 25, it can be installed in the position required for the technological operation using on-board equipment, for example, inspection equipment (not shown in the diagram). During the technological operation, both vacuum grips 30, 31 are fixed on the surface to ensure increased reliability of retention on it.

Узел перемещения позволяет обеспечить возможность перемещения устройства по поверхностям, имеющим изгибы за счет прижима перемещаемого вакуумного захвата к поверхности перед фиксацией. Опорной базой при этом служит уже зафиксированный на поверхности перемещения вакуумный захват. Благодаря установке всех источников питания на борту и использованию беспроводного модуля связи исключаются кабельные соединения с наземным блоком оператора.The movement unit makes it possible to move the device along surfaces that have curves by pressing the moving vacuum gripper to the surface before fixing. The support base in this case is the vacuum gripper already fixed on the moving surface. By installing all power supplies on board and using a wireless communication module, cable connections to the operator's ground unit are eliminated.

Управление может производиться с пульта оператора в полуавтоматическом режиме, а именно, программа выполнения шага осуществляется контроллером, а оператор выбирает только направление и подает команду на выполнение шага.Control can be carried out from the operator's console in a semi-automatic mode, namely, the step execution program is carried out by the controller, and the operator selects only the direction and issues a command to execute the step.

В результате использования приведенных технических решений достигается увеличение надежности функционирования устройства за счет введения системы диагностики работы его различных блоков при отсутствии электрического и пневматического кабельных соединений с наземным блоком оператора.As a result of the use of the above technical solutions, an increase in the reliability of the operation of the device is achieved through the introduction of a system for diagnosing the operation of its various units in the absence of electrical and pneumatic cable connections with the operator’s ground unit.

Claims (4)

1. Педипуляторный робот вертикального перемещения, содержащий платформу, два связанных с ней педипулятора, включающих вакуумные захваты с узлами перемещения, отличающийся тем, что каждый педипулятор выполнен с блоком оценки поверхности, связанным с узлом перемещения для подачи корректирующего сигнала, блок оценки поверхности включает камеру, установленную на каждом педипуляторе с углом охвата всей поверхности фиксации под захватом, и датчик определения качества поверхности фиксации, установленный внутри каждого захвата, при этом датчик определения качества поверхности фиксации включает привод вращения, на котором установлен лазерный модуль с объективом с возможностью сканирования поверхности перемещения под ним через плоскопараллельную линзу.1. A pedipulator robot of vertical movement, containing a platform, two pedipulators connected to it, including vacuum grippers with movement units, characterized in that each pedipulator is made with a surface assessment unit connected to the movement unit for supplying a correction signal, the surface assessment unit includes a camera, installed on each pedipulator with an angle of coverage of the entire fixation surface under the grip, and a sensor for determining the quality of the fixation surface installed inside each grip, wherein the sensor for determining the quality of the fixation surface includes a rotation drive on which a laser module with a lens is installed with the ability to scan the moving surface underneath it through a plane-parallel lens. 2. Педипуляторный робот по п. 1, отличающийся тем, что узел перемещения включает шаговый двигатель, поворотный блок и линейный датчик перемещения.2. Pedipulator robot according to claim 1, characterized in that the movement unit includes a stepper motor, a rotary unit and a linear displacement sensor. 3. Педипуляторный робот по п. 2, отличающийся тем, что шаговый двигатель соединен с трапецеидальным винтом передачи винт-гайка через муфту, а гайка связана с платформой.3. The pedipulator robot according to claim 2, characterized in that the stepper motor is connected to the trapezoidal screw of the screw-nut transmission through a coupling, and the nut is connected to the platform. 4. Педипуляторный робот по п. 2, отличающийся тем, что поворотный блок состоит из сервопривода постоянного вращения, закрепленного на платформе, радиального подшипника, у которого внешняя часть закреплена на платформе, а внутренняя соединена с узлом перемещения, и ременного редуктора.4. The pedipulator robot according to claim 2, characterized in that the rotary unit consists of a constant rotation servo drive mounted on the platform, a radial bearing, the outer part of which is fixed on the platform and the inner part is connected to the movement unit, and a belt reducer.