CN114750143A - 能量回收的绳索机器人及其控制方法、装置、存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供能量回收的绳索机器人及其控制方法、装置、存储介质，涉及并联机器人技术领域。其中，这种绳索机器人包含控制组件、搬运组件和至少两个动力组件。动力组件包括T型槽平台和卷扬机、接合于T型槽平台的支撑柱、接合于支撑柱的导向滑轮、两端分别接合于卷扬机和搬运组件的吊索、接合于卷扬机的电机和离合器、电连接于电机的驱动器、接合于离合器的泵马达、分别接合于泵马达进出口的油箱和电控阀、接合于电控阀的液压蓄能器，接合于泵马达和液压蓄能器之间的压力传感器。控制组件电连接于驱动器、压力传感器和电磁阀。绳索机器人对重物下降过程中的势能进行回收，降低了电机电能消耗，提高了能量利用率和整个装置的工作效率。

Description

能量回收的绳索机器人及其控制方法、装置、存储介质

技术领域

本发明涉及并联机器人技术领域，具体而言，涉及一种能量回收的绳索机器人及其控制方法、装置、存储介质。

背景技术

货物搬运在加工生产线、包装码垛、机械制造等行业中至关重要，起重机械目前承担着重载货物搬运的主要角色，如门式起重机、轮式起重机等，但其搬运精度依赖操作工人的熟练程度。

随着经济的高速发展，各种新兴产业快速崛起，在经济增长的同时，社会的劳动力结构也在发生变化。近年来，机器人技术也被运用到搬运行业，串联机器人凭借其工作空间大，柔性好等特点被广泛应用到各种工业搬运行业，但其负重比低、刚性低、累积误差大等缺点并不适用于各种重载场合。

有鉴于此，申请人在研究了现有的技术后特提出本申请。

发明内容

本发明提供了一种能量回收的绳索机器人及其控制方法、装置、存储介质，以改善上述技术问题。

第一方面、

本发明实施例提供了一种能量回收的绳索机器人，其包含控制组件、搬运组件和至少两个动力组件。搬运组件用以和负载接合从而带动负载移动。

动力组件包括T型槽平台和卷扬机、接合于T型槽平台的支撑柱、接合于支撑柱的导向滑轮、通过导向滑轮且两端分别接合于卷扬机和搬运组件的吊索、接合于卷扬机的电机、电连接于电机的驱动器、接合于卷扬机的离合器、接合于离合器的泵马达、分别接合于泵马达进出口的油箱和电控阀、接合于电控阀的液压蓄能器，接合于泵马达和液压蓄能器之间的压力传感器。

控制组件包括上位机，以及电连接于上位机的运动控制器。运动控制器电连接于驱动器、压力传感器和电磁阀。

第二方面、

本发明实施例提供了一种能量回收的绳索机器人的控制方法，其包含步骤S1至步骤S4。

S1、获取绳索机器人的轨迹规划。

S2、根据轨迹规划控制电机运行，并判断负载的工况。

S3、当判断到负载的工况为下降时，打开电磁阀且连接离合器，以使卷扬机构通过泵马达将油箱中的液压油压缩进液压蓄能器中进行能量回收，同时判断液压蓄能器的压力是否超过预定值。当判断到液压蓄能器的压力超过预设值时，关闭电磁阀并断开离合器。

S4、当判断到负载的工况为上升时，判断液压蓄能器的压力是否大于预设值。当判断到液压蓄能器的压力大于预设值时，打开电磁阀且连接离合器，以使液压蓄能器驱动泵马达运行，从而辅助驱动卷扬机。

第三方面、

本发明实施例提供了一种能量回收的绳索机器人的控制装置，其包含：

轨迹获取模块，用于获取绳索机器人的轨迹规划。

工况判断模块，用于根据轨迹规划控制电机运行，并判断负载的工况。

第一执行模块，用于当判断到负载的工况为下降时，打开电磁阀且连接离合器，以使卷扬机构通过泵马达将油箱中的液压油压缩进液压蓄能器中进行能量回收，同时判断液压蓄能器的压力是否超过预定值。当判断到液压蓄能器的压力超过预设值时，关闭电磁阀并断开离合器。

第二执行模块，用于当判断到负载的工况为上升时，判断液压蓄能器的压力是否大于预设值。当判断到液压蓄能器的压力大于预设值时，打开电磁阀且连接离合器，以使液压蓄能器驱动泵马达运行，从而辅助驱动卷扬机。

第四方面、

本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质。计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在计算机程序运行时控制计算机可读存储介质所在设备执行如第二方面任意一段所说的绳索机器人的控制方法。

通过采用上述技术方案，本发明可以取得以下技术效果：

本发明实施例的能量回收的绳索机器人可用于重物运输，吊装等作业，工作范围大，结构简单，可高精度自动完成重物运输作业，对重物下降过程中的势能进行回收，并可将回收的能量辅助电机驱动作业，降低了电机电能消耗，提高了能量利用率和整个装置的工作效率。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明第一实施例提供的绳索机器人的轴测图；

图2是本发明第一实施例提供的绳索机器人的俯视图；

图3是本发明第一实施例提供的绳索机器人的控制原理图；

图4是本发明第二实施例提供的控制方法的流程示意图。

图中标记：1-支撑柱、2-T型槽平台、3-横梁、4-导向滑轮、5-卷扬机、6-搬运平台、7-吊装部、8-吊索、9-电控柜、10-电机、11-驱动器、12-上位机、13-运动控制器、14-离合器、15-泵马达、16-油箱、17-第一压力传感器、18-第二压力传感器、19-液压蓄能器、20-电控阀、21-溢流阀。

具体实施方式

下面将接合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了更好的理解本发明的技术方案，下面接合附图对本发明实施例进行详细描述。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。

实施例中提及的“第一\第二”仅仅是是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。应该理解“第一\第二”区分的对象在适当情况下可以互换，以使这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些内容以外的顺序实施。

下面接合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

实施例一：

请参阅图1至图3，本发明第一实施例提供一种能量回收的绳索机器人，其包含控制组件、搬运组件和至少两个动力组件。搬运组件用以和负载接合从而带动负载移动。

动力组件包括T型槽平台2和卷扬机5、接合于T型槽平台2的支撑柱1、接合于支撑柱1的导向滑轮4、通过导向滑轮4且两端分别接合于卷扬机5和搬运组件的吊索8、接合于卷扬机5的电机10、电连接于电机10的驱动器11、接合于卷扬机5的离合器14、接合于离合器14的泵马达15、分别接合于泵马达15进出口的油箱16和电控阀20、接合于电控阀20的液压蓄能器19，接合于泵马达15和液压蓄能器19之间的压力传感器。优选地，所述电机10和所述离合器14分别接合于所述卷扬机5的转轴上。

控制组件包括上位机12，以及电连接于上位机12的运动控制器13。运动控制器13电连接于驱动器11、压力传感器和电磁阀。优选地，绳索机器人还包括电控柜9。电控柜9电连接于电机10、驱动器11和运动控制器13，用以为电机10、驱动器11和运动控制器13供电。

优选地，绳索机器人还包括加固组件，加固组件包括配置于支撑柱1之间的横梁3。

具体的，T型槽平台2与支撑柱1底部通过螺栓固定，相连的支撑柱1之间添加横梁3进行加固，整体结构易于拆卸，可根据不同需求进行重新组装。滑轮组固定在支撑柱1顶部；三台伺服电机10及驱动器11设置在支撑柱1下方，与卷扬机5相连，电机10的旋转带动卷扬机5的旋转，钢丝绳缠绕在卷扬机5上面，通过导向滑轮4组与搬运平台6吊环相连；卷扬机5旋转带动绳索的收放，从而实现搬运平台6按预期规划轨迹的运动；运动控制器13与电机驱动器11、上位机12相连，根据实际的搬运需求，通过上位机12进行轨迹规划，发送轨迹控制指令给运动控制器13；电机10编码器与上位机12形成实时通讯，通过实时反馈电机10实际转速，不断优化末端轨迹；卷扬机5转轴与离合器14相连，离合器14与泵马达15相连，泵马达15与油箱16相连，泵马达15出口与第一压力传感器17相连，电磁阀与液压蓄能器19相连，液压蓄能器19与溢流阀21、第二传感器相连，溢流阀21与油缸相连，第一传感器、第二传感器、比例电磁阀均连接运动控制器13形成通讯。

本发明实施例的，可能量回收的绳索机器人，用吊索8替代传统并联机器人刚性连杆，降低了制造成本，增大了机器人工作空间，并保留了其负载能力强和高精度的优点，平台方便拆卸重组，可根据不同的作业环境，改变机构结构。可根据轨迹规划自动完成重物运输作业。通过上位机12、控制器、电机驱动器11、电机10、卷筒以及末端搬运平台6连接，形成实时通讯，可根据不同的工况，规划不同的轨迹，高精度自动完成货物搬运作业。

驱动单元增加液压系统(泵马达15和液压蓄能器19)可对重物下降过程中的势能进行回收，并可将回收的能量辅助电机10驱动作业，降低了电机10电能消耗，提高了能量利用率和整个装置的工作效率。

如图1和图2所示，在上述实施例的基础上，本发明的一个可选地实施例中，绳索机器人包括三个动力组件。具体的，横梁3为钢架横梁3。三个动力组件围成一个三角形，绳索机器人用于在三角形范围内移动搬运组件。

需要说明的是，在其它实施例中，动力组件的数量可以为四个或者五个等其它数量，本发明对此不做具体限定。

优选地，搬运组件包括搬运平台6，以及配置于搬运平台6的吊装部7。吊装部7用以接合吊索8。吊索8为钢丝绳。在本实施例中，搬运组件采用平台的方式，用于放置负载，在其它实施例中，搬运组件可以采用吊钩的形式，用以吊装负载，本发明对搬运组件的具体结构不做限定。

如图3所示，在上述实施例的基础上，本发明的一个可选地实施例中，动力组件还包括接合于电磁阀和油箱16之间的溢流阀21。动力组件包含第一压力传感器17和第二压力传感器18。第一压力传感器17接合于泵马达15和电磁阀之间。第二压力传感器18接合于电磁阀和液压蓄能器19之间。具体的，电磁阀为两位两通的比例电磁阀。

实施例二、

本发明实施例提供了一种能量回收的绳索机器人的控制方法，其可由可能量回收的绳索机器人来执行，特别地，由绳索机器人中的一个或多个处理器来执行，以实现步骤S1至步骤S4。

S1、获取绳索机器人的轨迹规划。

具体的，根据遥控器的控制指令或者自动化系统的控制指令得到对负载移动的实际需求，上位机12根据实际工况需求规划出搬运轨迹，将轨迹规划发送给运动控制器13，运动控制器13将轨迹指令发送给电机驱动器11，驱动电机10旋转，并可由电机10自带编码器得到实际转速信息，通过电机驱动器11将实际转速信息反馈到运动控制器13，运动控制器13将误差信息反馈回上位机12，上位机12根据误差信息不断修正轨迹形成闭环控制。

可以理解的是，根据工况需求规划处搬运轨迹，属于现有技术，本发明对此不再赘述。

在步骤S1之前还包括打开电控柜9，启动运动控制器13，通电检测运动控制器13、驱动器11、电机10、第一压力传感器17、第二压力传感器18、电磁阀是否正常工作，如出现故障则应断电排除故障后重启各单元。

S2、根据轨迹规划控制电机10运行，并判断负载的工况。

具体的，卷扬机5转轴与离合器14相连，离合器14与泵马达15相连，泵马达15与油箱16相连，第一压力传感器17与泵马达15出口相连，第二传感器与液压蓄能器19进出口相连，电磁阀与液压蓄能器19、溢流阀21相连；溢流阀21出口与油箱16相连，其中电磁阀、第一压力传感器17、第二传感器均与运动控制器13形成通讯。

运动控制器13将收到的轨迹信息发送到驱动器11，由电机驱动器11来驱动电机10旋转，从而带动卷筒旋转，实现绳索的收缩，从而控制末端平台运动。上位机12可通过电机驱动器11反馈回来的电机10转速信息，判断电机10旋转的方向，

在上述实施例的基础上，本发明的一个可选地实施例中，步骤S2具体包括S21至步骤S23。

S21、根据轨迹规划控制电机10运行，并判断电机10的转向。

S22、当判断到电机10的转向为正时，标识负载的工况为上升。

S23、当判断到电机10的转向为负时，标识负载的工况为下降。

具体的，通过电机10的转向能够直接判断负载的工况，具有很好的实际意义。

S3、当判断到负载的工况为下降时，打开电磁阀且连接离合器14，以使卷扬机5构通过泵马达15将油箱16中的液压油压缩进液压蓄能器19中进行能量回收，同时判断液压蓄能器19的压力是否超过预定值。当判断到液压蓄能器19的压力超过预设值时，关闭电磁阀并断开离合器14。

具体的，电机10编码器反馈电机10转速信息到运动控制器13，若转速为负，则电机10反转，此时工况为重物下降过程，则运动控制器13打开电磁阀，进行能量回收，若压力传感器达到液压蓄能器19峰值，防止损坏液压蓄能器19，运动控制器13关闭电磁阀，断开离合器14。

S4、当判断到负载的工况为上升时，判断液压蓄能器19的压力是否大于预设值。当判断到液压蓄能器19的压力大于预设值时，打开电磁阀且连接离合器14，以使液压蓄能器19驱动泵马达15运行，从而辅助驱动卷扬机5。

具体的，若需将液压蓄能器19中的能量释放出来辅助电机10工作，则运动控制器13打开电磁阀，连接离合器14，此时泵马达15旋转辅助电机10工作，并通过运动控制器13来控制电机10转速，直至压力传感器反映液压蓄能器19中能量不足，按下离合器14，等待下一次重物下降工况时，重新回收能量。

实施例三、

本发明实施例提供了一种能量回收的绳索机器人的控制装置，其包含：

轨迹获取模块，用于获取绳索机器人的轨迹规划。

工况判断模块，用于根据轨迹规划控制电机运行，并判断负载的工况。

第一执行模块，用于当判断到负载的工况为下降时，打开电磁阀且连接离合器，以使卷扬机构通过泵马达将油箱中的液压油压缩进液压蓄能器中进行能量回收，同时判断液压蓄能器的压力是否超过预定值。当判断到液压蓄能器的压力超过预设值时，关闭电磁阀并断开离合器。

第二执行模块，用于当判断到负载的工况为上升时，判断液压蓄能器的压力是否大于预设值。当判断到液压蓄能器的压力大于预设值时，打开电磁阀且连接离合器，以使液压蓄能器驱动泵马达运行，从而辅助驱动卷扬机。

在上述实施例的基础上，本发明的一个可选地实施例中，工况判断模块具体包括：

转向判断单元，用于根据轨迹规划控制电机运行，并判断电机的转向。

第一工况标识单元，用于当判断到电机的转向为正时，标识负载的工况为上升。

第二工况标识单元，用于当判断到电机的转向为负时，标识负载的工况为下降。

实施例四、

本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质。计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在计算机程序运行时控制计算机可读存储介质所在设备执行如第二方面任意一段所说的绳索机器人的控制方法。

在本发明实施例所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置和方法实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，电子设备，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种能量回收的绳索机器人，其特征在于，包含控制组件、搬运组件和至少两个动力组件；所述搬运组件用以和负载接合从而带动负载移动；

所述动力组件包括T型槽平台(2)和卷扬机(5)、接合于所述T型槽平台(2)的支撑柱(1)、接合于所述支撑柱(1)的导向滑轮(4)、通过所述导向滑轮(4)且两端分别接合于所述卷扬机(5)和所述搬运组件的吊索(8)、接合于所述卷扬机(5)的电机(10)、电连接于所述电机(10)的驱动器(11)、接合于所述卷扬机(5)的离合器(14)、接合于所述离合器(14)的泵马达(15)、分别接合于所述泵马达(15)进出口的油箱(16)和电控阀(20)、接合于所述电控阀(20)的液压蓄能器(19)，接合于所述泵马达(15)和所述液压蓄能器(19)之间的压力传感器；

所述控制组件包括上位机(12)，以及电连接于所述上位机(12)的运动控制器(13)；所述运动控制器(13)电连接于所述驱动器(11)、所述压力传感器和所述电磁阀。

2.根据权利要求1所述的绳索机器人，其特征在于，所述绳索机器人包括三个所述动力组件；

所述搬运组件包括搬运平台(6)，以及配置于所述搬运平台(6)的吊装部(7)；所述吊装部(7)用以接合所述吊索(8)；所述吊索(8)为钢丝绳。

3.根据权利要求1所述的绳索机器人，其特征在于，所述绳索机器人还包括加固组件，所述加固组件包括配置于所述支撑柱(1)之间的横梁(3)。

4.根据权利要求1所述的绳索机器人，其特征在于，所述动力组件还包括接合于所述电磁阀和所述油箱(16)之间的溢流阀(21)。

5.根据权利要求1所述的绳索机器人，其特征在于，所述动力组件包含第一压力传感器(17)和第二压力传感器(18)；所述第一压力传感器(17)接合于所述泵马达(15)和所述电磁阀之间；所述第二压力传感器(18)接合于所述电磁阀和所述液压蓄能器(19)之间。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的绳索机器人，其特征在于，所述绳索机器人还包括电控柜(9)；所述电控柜(9)电连接于所述电机(10)、所述驱动器(11)和所述运动控制器(13)；

所述电磁阀为两位两通的比例电磁阀。

7.一种能量回收的绳索机器人的控制方法，其特征在于，包含：

获取绳索机器人的轨迹规划；

根据所述轨迹规划控制电机运行，并判断负载的工况；

当判断到负载的工况为下降时，打开电磁阀且连接离合器，以使卷扬机构通过泵马达将油箱中的液压油压缩进液压蓄能器中进行能量回收，同时判断液压蓄能器的压力是否超过预定值；当判断到所述液压蓄能器的压力超过预设值时，关闭电磁阀并断开离合器；

当判断到负载的工况为上升时，判断液压蓄能器的压力是否大于预设值；当判断到液压蓄能器的压力大于预设值时，打开电磁阀且连接离合器，以使液压蓄能器驱动泵马达运行，从而辅助驱动卷扬机。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，根据所述轨迹规划控制电机运行，并判断负载的工况，包括：

根据所述轨迹规划控制电机运行，并判断电机的转向；

当判断到电机的转向为正时，负载的工况为上升；

当判断到电机的转向为负时，负载的工况为下降。

9.一种能量回收的绳索机器人的控制装置，其特征在于，包含：

轨迹获取模块，用于获取绳索机器人的轨迹规划；

工况判断模块，用于根据所述轨迹规划控制电机运行，并判断负载的工况；

第一执行模块，用于当判断到负载的工况为下降时，打开电磁阀且连接离合器，以使卷扬机构通过泵马达将油箱中的液压油压缩进液压蓄能器中进行能量回收，同时判断液压蓄能器的压力是否超过预定值；当判断到所述液压蓄能器的压力超过预设值时，关闭电磁阀并断开离合器；

第二执行模块，用于当判断到负载的工况为上升时，判断液压蓄能器的压力是否大于预设值；当判断到液压蓄能器的压力大于预设值时，打开电磁阀且连接离合器，以使液压蓄能器驱动泵马达运行，从而辅助驱动卷扬机。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如权利要求7或8所说的绳索机器人的控制方法。

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