[发明专利]一种可重构的爬壁机器人及其检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可重构的爬壁机器人及其检测技术，属于机器人及检测技术领域。

背景技术

爬壁机器人可以在垂直墙壁上攀爬并完成作业的自动化机器人。该类机器人是移动机器人领域的一个重要分支,它把地面移动机器人技术与吸附技术有机结合起来,可在垂直壁面上附着爬行,并能携带工具完成一定的作业任务,大大扩展了机器人的应用范围。目前,爬壁机器人主要应用于核工业、石化工业、造船业、消防部门及侦查活动等,如对高楼外壁面进行清洗,对石化企业中的储料罐外壁进行检测和维护,对大面积钢板进行喷漆,以及在高楼事故中进行抢险救灾等。

爬壁机器人具备吸附和移动两个基本功能，而常见吸附方式有真空负压吸附、永磁吸附、推力吸附几种方式。其中，真空负压方式可以通过吸盘内产生负压而吸附于壁面上，不受壁面材料的限制；磁吸附方式则有永磁体和电磁铁两种方式，只适用于吸附导磁性壁面；推力吸附是利用螺旋桨或者涵道风扇产生合适的推力，是机器人稳定的吸附在壁面上，该型机器人由于推力始终指向壁面，一般难以实现直角越障。

爬壁机器人按移动功能分主要是吸盘式、车轮式和履带式。吸盘式能跨越很小的障碍，但移动速度慢。车轮式移动速度快、控制灵活，但维持一定的吸附力较困难。履带式对壁面适应性强，着地面积大，但不易转弯。而这三种移动方式的跨越障碍能力都很弱，不能适应集装箱内外壁面和顶部的爬行作业。

目前，随着集装箱在进出口货物运输过程中起着越来越重要的作用，现有的集装箱内检测方法主要是人员到现场，将物品搬运处理，并搬出进行检测，由于技术人员数量有限，而集装箱数量众多，仅凭维修人员经验判断，效率低，效果差，许多情况下需要设备制造企业或专家提供技术支持。因此，适用于集装箱的爬壁机器人及其检测技术对于提高自身的安全性，可靠性及有效性，减少经济损失都具有重要意义。

本发明的目的在于，提供一种可重构的爬壁机器人及其检测技术，能够有效提高提升对于集装箱物品的检测效率及有效性。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：一种可重构的爬壁机器人，包括机器人本体、控制系统及远程操作系统三部分组成。控制系统包括无线信号收发装置，通过无线信号收发装置来接收远程操作系统的控制指令，并根据控制指令通过电机驱动器驱动动力电机运动，从而实现爬壁机器人运动；远程操作系统同样具有无线信号收发装置，用于接收机器人本体的检测设备反馈的各类信号，并进行信号处理。远程操作系统还可以远程控制机器人运动或命令机器人进行自主运动。

机器人本体包括首端关节、多个中间关节和末尾关节，首端关节与中间关节连接，中间关节与末尾关节连接，首端关节、中间关节和末尾关节的背面上均设置有吸附单元，首端关节、中间关节和/或末尾关节上安装有驱动机构，可根据不同设计要求来决定首端关节、中间关节和末尾关节上是否安装驱动机构。每个首端关节、中间关节与末尾关节上均设置有两个移动轮，首端关节、和末尾关节和/或中间关节上还设置有万向轮，万向轮通过安装孔安装在中间关节上，万向轮为球轮或牛角轮或万向脚轮。在首端关节和末尾关节可安装万向轮，用于保证机器人在启动、停止过程中的运动的稳定性，中间关节留有万向节安装孔，可根据需要在中间关节上安装万向轮。万向轮指具备360°旋转能力的轮子，包括但不限于球轮、牛角轮、万向脚轮等。

前述的一种可重构的爬壁机器人中，所述吸附单元包括轭铁和磁铁，轭铁和磁铁设置在各个移动轮的两侧，且相邻的磁铁之间极性相反。其中，磁铁设置在轭铁下方，且位于轭铁与壁面之间，该种方法较传统的磁轮等吸附方式而言，使用磁铁较少，且大大提高了磁铁的利用效率。该吸附单元在使用较少磁铁的基础上降低了本发明的加工重量以及加工难度，既保证了本发明的吸壁效果、又可提高爬壁的灵活性。

前述的一种可重构的爬壁机器人中，所述首端关节与中间关节之间，相邻两个中间关节之间，及中间关节与末尾关节之间均通过铰接结构连接，各个关节之间采用铰接结构连接的方式，保证了机器人在跨越集装箱瓦楞时的连续性。铰接结构包括套筒、套筒叉和滑动轴承，每个首端关节、中间关节和末尾关节上均设置有至少1个套筒，套筒与套筒叉连接，套筒叉与滑动轴承连接。每个首端关节、中间关节和末尾关节的两侧均设置有套筒，相邻两个关节上的套筒叉通过滑动轴承连接。

前述的一种可重构的爬壁机器人中，所述首端关节或中间关节或末尾关节上设置有云台，云台上安装有图像采集装置，云台和图像采集装置均和控制系统电连接。图像采集装置可以为单目红外成像仪或双目红外成像仪。