[发明专利]一种爬壁机器人远程定位及地图构建装置及方法

权利要求书

1.一种爬壁机器人远程定位及地图构建装置，包括组合框架、驱动模块、识别模块、激光器阵列、差分RTK定位模块（4）、水平气泡（5）、PC机和上位机软件；其特征在于，所述组合框架包括大电机安装板（3）；所述差分RTK定位模块（4）和水平气泡（5）固定在大电机安装板（3）上，其中差分RTK定位模块（4）通过RS485总线与PC机连接；所述驱动模块、识别模块和激光器阵列设置在组合框架上；所述上位机软件采用MVC架构，包括视图层、控制层、模型层；所述视图层为操作界面，用于显示识别模块、差分RTK定位模块（4）和驱动模块的数据、接收用户输入；所述控制层建立识别模块、差分RTK定位模块（4）和驱动模块的行为模式，包括硬件连接、断开、掉线、数据采集、指令执行；所述模型层用于建立PC机和识别模块、差分RTK定位模块（4）和驱动模块的通信机制；

所述组合框架还包括可调垫脚（1）、亚克力底板（2）、旋转底板（7）、小电机安装板（8）、盘式电机安装板（12）、被动轴基座（18）、配重块（19）和仪器安装基板（20），所述大电机安装板（3）和亚克力底板（2）通过可调垫脚（1）连接，可调垫脚（1）使用螺母锁紧大电机安装板（3），所述小电机安装板（8）固定于旋转底板（7）一侧，被动轴基座（18）固定于旋转底板（7）另一侧；配重块（19）设置在所述旋转底板（7）另一侧；所述盘式电机安装板（12）以90°划分圆周阵列分布于仪器安装基板（20）的边缘。

2.如权利要求1所述的一种爬壁机器人远程定位及地图构建装置，其特征在于，所述驱动模块包括：第一直驱伺服电机（6）、第二直驱伺服电机（9）、盘式直驱电机（13）和电磁抱闸（17）；所述第一直驱伺服电机（6）安装于大电机安装板（3）中央，第二直驱伺服电机（9）安装在小电机安装板（8）上，所述第一直驱伺服电机（6）和第二直驱伺服电机（9）通过运动控制卡和伺服电机驱动器与PC机通信连接，运动控制卡固定于PC机PCIE插槽中，所述盘式直驱电机（13）安装在盘式电机安装板（12）上并通过RS232转Can总线和PC机进行通信连接；所述电磁抱闸（17）安装在被动轴基座（18）上。

3.如权利要求2所述的一种爬壁机器人远程定位及地图构建装置，其特征在于，所述仪器安装基板（20）安装在第二直驱伺服电机（9）和电磁抱闸（17）之间且三者位于同一水平轴线上。

4.如权利要求1所述的一种爬壁机器人远程定位及地图构建装置，其特征在于，所述识别模块包括：长焦相机（10）、短焦相机（11）；所述长焦相机（10）和短焦相机（11）固定于仪器安装基板（20）的中央部位，呈左右对称分布，所述长焦相机（10）和短焦相机（11）通过路由器千兆网口与PC机处于同一网段。

5.如权利要求2所述的一种爬壁机器人远程定位及地图构建装置，其特征在于，所述激光器阵列包括：激光器安装底板（14）、激光器（15）和激光器安装盖板（16）；所述激光器安装底板（14）和激光器安装盖板（16）安装在激光器（15）外端，激光器（15）安装在盘式直驱电机（13）上。

6.一种使用如权利要求1-5之一所述爬壁机器人远程定位及地图构建装置进行远程定位及地图构建的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1.打开上位机软件，手动连接并确认组合框架、驱动模块、识别模块、激光器阵列、差分RTK定位模块（4）、水平气泡（5）和PC机工作正常，准备启动装置；

步骤2.根据水平气泡（5），对四个可调垫脚（1）进行高度调节，调整好后装置不再移动；

步骤3.通过短焦相机（11）识别图像中的机器人方向，并使用长焦相机（10）将机器人调整至视野中央；

步骤4.记录此时差分RTK定位模块（4）的输出结果，求解出机器人相对于此装置的空间坐标；

步骤5.记录第一直驱伺服电机（6）和第二直驱伺服电机（9）返回的编码器数据，即云台角度，将云台方向与机器人坐标进行匹配，并将该方向定为云台初始方向；

步骤6.使用短焦相机（11）获取机器人及周边壁面的图像，根据机器视觉算法，识别机器人周边壁面上感兴趣的环境特征；

步骤7.开启激光器（15），使用短焦相机（11）识别壁面上的激光光斑，并转动装置云台，将光斑对准感兴趣的壁面环境特征；

步骤8.记录此时的第一直驱伺服电机（6）和第二直驱伺服电机（9）编码器输出，计算该壁面环境特征相对于机器人的位置；

步骤9.重复步骤8，直至获得所有感兴趣环境特征的位置，完成机器人周边环境地图的绘制。