攀壁机器人及机器人移动控制方法及机器人越障碍控制方法
【专利摘要】本发明提供一种攀壁机器人及机器人移动控制方法及机器人越障碍控制方法，属于攀壁装载装置领域，包括上机体和下机体，上机体和下机体通过连接件连接，上机体和下机体与连接件之间可以发生相对滑动，上机体与下机体上设有驱动上机体和下机体与连接件相对滑动的动力机构，上机体和下机体下表面设有升降腿或固定腿，升降腿和固定腿一端设有吸附脚，上机体和下机体上设有障碍探测装置，上机体或下机体内设有控制装置，控制装置接收障碍探测装置探测到的信号，控制装置控制动力机构、升降腿和吸附脚动作，可携带防腐处理设备登上罐闭进行防腐清理，可以三维立体移动，越过油罐壁上的障碍。
【专利说明】
攀壁机器人及机器人移动控制方法及机器人越障碍控制方法
技术领域
[0001]本发明提供一种攀壁机器人及机器人移动控制方法及机器人越障碍控制方法，属于攀壁装载装置领域。
【背景技术】
[0002]由于原油采出后在向下一级配送前，需要在储油罐中进行储存，油罐一般采用贴铁质壳体，长时间使用后会出现腐蚀的情况，且原油中，拥有腐蚀性成分，会加速油罐的内壁腐蚀，所以在油罐内壁需要定期做防腐处理，以保证油罐的长期正常使用，油罐内现有的防腐处理方式为，由人工进入油罐进行防腐处理，但油罐内作业，光线不好，非常不安全，同时，油罐内有很多有毒气体，会使工作人员在工作中中毒，现有的机器人仅可在平面上行走，因其行走装置的限制，使其无法在竖直方向上行走，同样也就无法携带防腐设备攀爬罐闭进行防腐处理，在攀爬罐闭的移动过程中，可以越过油罐壁上的障碍。
【发明内容】
[0003]本发明目的在于提供一种攀壁机器人及机器人移动控制方法及机器人越障碍控制方法，可携带防腐处理设备登上罐闭进行防腐清理，可以三维立体移动，越过油罐壁上的障碍。
[0004]本发明所述的攀壁机器人，包括上机体和下机体，上机体和下机体通过连接件连接，上机体和下机体与连接件之间可以发生相对滑动，上机体与下机体上设有驱动上机体和下机体与连接件相对滑动的动力机构，上机体和下机体下表面设有升降腿或固定腿，升降腿和固定腿一端设有吸附脚，上机体和下机体上设有障碍探测装置，上机体或下机体内设有控制装置，控制装置接收障碍探测装置探测到的信号，控制装置控制动力机构、升降腿和吸附脚动作。
[0005]本发明所述的攀壁机器人，升降腿和固定腿的个数分别为四根，且分布于上机体或下机体的四个角上，实现稳固支撑，连接件将上机体和下机体连接在一起，无法分离，上机体和下机体都可以沿轨道与连接件发生相对滑动，但上机体和下机体滑动的方向是相互垂直的，组成一个可以移动的二维坐标系，可以移动到二维坐标系中的任何位置，在移动中，利用升降腿上的吸附脚对行走面进行固定，而固定腿的吸附脚放开吸附面，升降腿将上机体、下机体和连接件一同抬起，实现z轴方向上的运动，然后上机体和下机体与连接件发生相对滑动，实现X轴和y轴共成平面坐标系上的移动，这样就实现了立体坐标系上的三维立体移动，使本发明可以进行移动，并在遇到障碍时，在空间的任何一个方向上进行跨越，在移动过程中，始终保持有四个吸附脚稳固的吸附住行走面，可实现稳固的行走，同时也可以使本发明进行攀壁，动力机构、升降腿和吸附脚均通过控制装置来控制，可下达任务使控制装置自动控制本结构移动到目标位置，也可与控制装置连通，直接手动控制本结构移动，当障碍探测装置探测到障碍时，控制装置通过控制升降腿伸出，提高本结构的高度，来越过障碍。
[0006]所述的攀壁机器人，上机体下表面设有升降腿，下机体下表面设有固定腿。仅仅上机体上安装升降腿，可以使本结构移动消耗的能量减小。
[0007]所述的攀壁机器人，上机体和下机体表面设有滑轨，连接件上、下方均设有与上机体和下机体上的滑轨配合的滑块，上机体和下机体的运动轨迹相互垂直。使上机体和下机体可以在X轴和Y轴组成的平面坐标系中，朝任意方向和任意位置移动。
[0008]所述的攀壁机器人，升降腿为滚珠丝杠或伺服油缸，滚珠丝杠或伺服油缸的控制器连接到控制装置的通信端。使控制器可以对升降腿深处的长度进行精确的控制。
[0009]所述的攀壁机器人，动力机构包括齿条和电机，电机的转轴上设有齿轮，齿条安装在上机体或下机体上，电机安装在连接件上，并通过齿轮与齿条的啮合拖动上机体或下机体，电机的控制器连接到控制装置。由控制装置控制电机工作，电机通过齿轮带动齿条移动，从而实现上机体或下机体与连接件之间发生相对运动，同时此处电机选用步进电机或伺服电机，使控制装置可以精确地控制上机体或下机体与连接件之间的相对移动距离。
[0010]所述的攀壁机器人，动力机构包括直线电机动子和直线电机定子，直线电机定子固定在上机体和下机体上，直线电机动子安装在连接件上，直线电机设有电机控制器，控制装置通过电机控制器控制直线电机动作。此过程将动子固定，将作为轨道的直线电机定子安装在上机体和下机体上，使其之间发生相对移动，从而使直线电机定子带动上机体和下机体运动。
[0011]所述的攀壁机器人，吸附脚包括永磁吸盘和驱动电机，永磁吸盘的转轴上设有驱动齿轮，驱动齿轮通过链条与驱动电机转轴上的主动齿轮配合，驱动电机的控制器连接到控制装置。驱动电机通过主动齿轮带动驱动齿轮转动，驱动齿轮转动永磁吸盘的转轴，使永磁吸盘在吸附状态和释放状态之间的切换，使吸附脚可以吸附住攀爬面以及放开攀爬面，使吸附脚配合升降腿和固定腿行走。
[0012]所述的攀壁机器人，上机体或下机体内设通信装置，控制装置通过通信装置与控制后台通信。使控制装置可以与后台服务器进行数据交换，控制装置可以将运行状态信息通过通信装置反馈给后台服务器，后台工作人员可以通过后台服务器将运行状态由自动变为手动，手动控制本结构移动。
[0013]所述的攀壁机器人，障碍探测装置包括光学摄像头、声波探测装置和接触传感器。且障碍探测装置安装于上机体和下机体的四侧，从而探测各个方向上的障碍。
[0014]所述的攀壁机器人，当升降腿伸出到最长状态时，障碍探测信息依然探测到障碍信号时，控制装置发出报警信号。在遇到特殊情况时，即难以跨越的障碍时，会主动向后台服务器推送报警信号，使工作人员及时处理。
[0015]所述的机器人移动控制方法，控制装置控制动力装置运动，控制吸附脚的吸、放，还控制升降腿的伸缩，具体控制方法为:
[0016](I)固定腿的吸附脚释放，升降腿的吸附脚吸附，与固定腿连接的上机体或下机体与攀爬的壁相对位置固定；
[0017](2)升降腿伸出，将上机体、下机体和连接件顶起；
[0018](3)上机体和下机体与连接件发生相对移动，使上机体和下机体与连接件的相对位置关系发生变化；
[0019](4)上机体和下机体移动到位后，升降腿缩回，使固定腿的吸附脚与攀爬壁结合并吸附，此时升降腿上的吸附脚释放，升降腿继续回缩；
[0020](5)上机体和下机体与连接件发生相对移动，使上机体和下机体与连接件的相对位置关系发生变化，再次移动；
[0021](6)移动完成后，升降腿伸出，使升降腿上的吸附脚吸附攀爬壁，同时，固定腿上的吸附脚释放攀爬壁，升降腿继续伸出，并以此往复循环。
[0022]所述的机器人移动控制方法，可以使攀壁机器人在能耗最小的前提下，实现在油罐内壁上移动，同样在其上携带防腐设备，即可由攀壁机器人代替人完成油罐壁防腐工作。
[0023]本发明所述的机器人越障碍控制方法，升降腿的行程大于障碍高度的两倍，同时固定腿高度高于障碍，其具体方法为:
[0024](I)升降腿上升至升降腿的吸附脚高于障碍，上机体与连接件发生相对滑动，使其中两个升降腿越过障碍；
[0025](2)升降腿下降至攀爬壁，并使其上的吸附脚吸附住攀爬壁，同时固定腿上的吸附脚放开攀爬壁，然后升降腿继续升高，将上机体、连接件和下机体以及下机体上的固定腿都抬起，直至固定腿上的吸附脚高于障碍；
[0026](3)下机体与连接件发生相对滑动，使四根固定腿越过障碍；
[0027](4)升降腿收缩，使固定腿的吸附脚接触攀爬壁，固定腿的吸附脚吸住攀爬壁，同时升降腿的吸附脚放开攀爬壁，升降腿继续收缩使升降腿的吸附脚高于障碍；
[0028](5)上机体与连接件发生相对滑动，使剩余两根固定腿越过障碍；
[0029](6)完成越障碍。
[0030]本发明与现有技术相比有益效果为:
[0031]攀壁机器人及机器人移动控制方法及机器人越障碍控制方法，升降腿和固定腿的个数分别为四根，且分布于上机体或下机体的四个角上，实现稳固支撑，连接件将上机体和下机体连接在一起，无法分离，上机体和下机体都可以沿轨道与连接件发生相对滑动，但上机体和下机体滑动的方向是相互垂直的，组成一个可以移动的二维坐标系，可以移动到二维坐标系中的任何位置，在移动中，利用升降腿上的吸附脚对行走面进行固定，而固定腿的吸附脚放开吸附面，升降腿将上机体、下机体和连接件一同抬起，实现z轴方向上的运动，然后上机体和下机体与连接件发生相对滑动，实现X轴和y轴共成平面坐标系上的移动，这样就实现了立体坐标系上的三维立体移动，使本发明可以进行移动，并在遇到障碍时，在空间的任何一个方向上进行跨越，在移动过程中，始终保持有四个吸附脚稳固的吸附住行走面，可实现稳固的行走，同时也可以使本发明进行攀壁，动力机构、升降腿和吸附脚均通过控制装置来控制，可下达任务使控制装置自动控制本结构移动到目标位置，也可与控制装置连通，直接手动控制本结构移动，当障碍探测装置探测到障碍时，控制装置通过控制升降腿伸出，提高本结构的高度，来越过障碍。
【附图说明】
[0032]图1为本发明结构不意图；
[0033]图2为吸附脚结构示意图。
[0034]图中:1、上机体;2、齿条;3、轨道;4、滑块A;5、电机;6、齿轮;7、控制装置;8、通信装置;9、障碍探测装置;10、滑块B; 11、下机体;12、固定腿;13、连接件；14、吸附脚；15、升降腿；16、永磁吸盘的转轴；17、驱动齿轮;18、永磁吸盘;19、链条;20、主动齿轮;21、驱动电机。
【具体实施方式】
[0035]下面结合本发明对攀壁机器人实施例做进一步说明:
[0036]实施例1:如图1和图2所示，本发明所述的攀壁机器人，包括上机体I和下机体11，上机体I和下机体11通过连接件13连接，上机体I和下机体11与连接件13之间可以发生相对滑动，上机体I与下机体11上设有驱动上机体I和下机体11与连接件13相对滑动的动力机构，上机体I和下机体11下表面设有升降腿15或固定腿12，升降腿15和固定腿12—端设有吸附脚14，上机体I和下机体11上设有障碍探测装置9，上机体I或下机体11内设有控制装置7，控制装置7接收障碍探测装置9探测到的信号，控制装置7控制动力机构、升降腿15和吸附脚14动作，升降腿15和固定腿12的个数分别为四根，且分布于上机体I或下机体11的四个角上，实现稳固支撑，连接件13将上机体I和下机体11连接在一起，无法分离，上机体I和下机体11都可以沿轨道3与连接件13发生相对滑动，但上机体I和下机体11滑动的方向是相互垂直的，组成一个可以移动的二维坐标系，可以移动到二维坐标系中的任何位置，在移动中，利用升降腿15上的吸附脚14对行走面进行固定，而固定腿12的吸附脚14放开吸附面，升降腿15将上机体1、下机体11和连接件13—同抬起，实现z轴方向上的运动，然后上机体I和下机体11与连接件13发生相对滑动，实现X轴和y轴共成平面坐标系上的移动，这样就实现了立体坐标系上的三维立体移动，使本发明可以进行移动。
[0037]所述的三维立体全方位移动结构，连接件13为矩形结构，连接件13顶面和底面分别设有滑块A4和滑块BlO，滑块A4和滑块BlO相互垂直，滑块A4和滑块BlO分别与上机体的轨道和下机体11的轨道配合，使上机体和下机体11的移动轨迹相互垂直。
[0038]所述的攀壁机器人，上机体I下表面设有升降腿15，下机体11下表面设有固定腿
12ο
[0039]所述的攀壁机器人，上机体I和下机体11表面设有滑轨，连接件13上、下方均设有与上机体I和下机体11上的滑轨配合的滑块，上机体I和下机体11的运动轨迹相互垂直。
[0040]所述的攀壁机器人，升降腿15为滚珠丝杠或伺服油缸，滚珠丝杠或伺服油缸的控制器连接到控制装置7的通信端。
[0041]所述的攀壁机器人，动力机构包括齿条2和电机5，电机5的转轴上设有齿轮6，齿条2安装在上机体I或下机体11上，电机5安装在连接件13上，并通过齿轮6与齿条2的啮合拖动上机体I或下机体11，电机5的控制器连接到控制装置7。
[0042]所述的攀壁机器人，吸附脚14包括永磁吸盘18和驱动电机21，永磁吸盘的转轴16上设有驱动齿轮17，驱动齿轮17通过链条19与主动齿轮20配合，主动齿轮20安装在减速箱动力输出轴上，减速箱的动力输入轴与驱动电机21的转轴通过联轴器连接，驱动电机21的控制器连接到控制装置7。
[0043]所述的攀壁机器人，上机体I或下机体11内设通信装置8，控制装置7通过通信装置8与控制后台通信。
[0044]所述的攀壁机器人，障碍探测装置9包括光学摄像头、声波探测装置和接触传感器。
[0045]所述的攀壁机器人，当升降腿15伸出到最长状态时，障碍探测信息依然探测到障碍信号时，控制装置7发出报警信号。
[0046]所述的攀壁机器人，使用防爆材质，以保证本发明的强度。
[0047]下面结合本发明对机器人移动控制方法实施例做进一步说明:
[0048]所述的机器人移动控制方法，控制装置7控制动力装置运动，控制吸附脚14的吸、放，还控制升降腿15的伸缩，具体控制方法为:
[0049](I)固定腿12的吸附脚14释放，升降腿15的吸附脚14吸附，与固定腿12连接的下机体11与攀爬的壁相对位置固定；
[0050](2)升降腿15伸出，将上机体1、下机体11和连接件13顶起；
[0051 ] (3)上机体I和下机体11与连接件13发生相对移动，使上机体I和下机体11与连接件13的相对位置关系发生变化；
[0052](4)上机体I和下机体11移动到位后，升降腿15缩回，使固定腿12的吸附脚14与攀爬壁结合并吸附，此时升降腿15上的吸附脚14释放，升降腿15继续回缩；
[0053](5)上机体I和下机体11与连接件13发生相对移动，使上机体I和下机体11与连接件13的相对位置关系发生变化，再次移动；
[0054](6)移动完成后，升降腿15伸出，使升降腿15上的吸附脚14吸附攀爬壁，同时，固定腿12上的吸附脚14释放攀爬壁，升降腿15继续伸出，并以此往复循环。
[0055]下面结合本发明对机器人移动控制方法实施例做进一步说明:
[0056]所述的机器人越障碍控制方法，升降腿15的行程大于障碍高度的两倍，同时固定腿12高度高于障碍，其具体方法为:
[0057](I)升降腿15上升至升降腿15的吸附脚14高于障碍，上机体I与连接件13发生相对滑动，使其中两个升降腿15越过障碍；
[0058](2)升降腿15下降至攀爬壁，并使其上的吸附脚14吸附住攀爬壁，同时固定腿12上的吸附脚14放开攀爬壁，然后升降腿15继续升高，将上机体1、连接件13和下机体11以及下机体11上的固定腿12都抬起，直至固定腿12上的吸附脚14高于障碍；
[0059](3)下机体11与连接件13发生相对滑动，使四根固定腿12越过障碍；
[0060](4)升降腿15收缩，使固定腿12的吸附脚14接触攀爬壁，固定腿12的吸附脚14吸住攀爬壁，同时升降腿15的吸附脚14放开攀爬壁，升降腿15继续收缩使升降腿15的吸附脚14高于障碍；
[0061](5)上机体I与连接件13发生相对滑动，使剩余两根固定腿12越过障碍；
[0062](6)完成越障碍。
【主权项】
1.一种攀壁机器人，其特征在于，包括上机体(I)和下机体(11)，上机体(I)和下机体(11)通过连接件(13)连接，上机体(I)和下机体(11)与连接件(13)之间可以发生相对滑动，上机体(I)与下机体(11)上设有驱动上机体(I)和下机体(11)与连接件(13)相对滑动的动力机构，上机体(I)和下机体(11)下表面设有升降腿(15)或固定腿(12)，升降腿(15)和固定腿(12) —端设有吸附脚(14)，上机体(I)和下机体(11)上设有障碍探测装置(9)，上机体(I)或下机体(11)内设有控制装置(7)，控制装置(7)接收障碍探测装置(9)探测到的信号，控制装置(7)控制动力机构、升降腿(15)和吸附脚(14)动作。2.根据权利要求1所述的攀壁机器人，其特征在于，上机体(I)下表面设有升降腿(15)，下机体(11)下表面设有固定腿(12)。3.根据权利要求1或2所述的攀壁机器人，其特征在于，上机体(I)和下机体(11)表面设有滑轨，连接件(13)上、下方均设有与上机体(I)和下机体(11)上的滑轨配合的滑块，上机体(I)和下机体(11)的运动轨迹相互垂直。4.根据权利要求3所述的攀壁机器人，其特征在于，升降腿(15)为滚珠丝杠或伺服油缸，滚珠丝杠或伺服油缸的控制器连接到控制装置(7)的通信端。5.根据权利要求4所述的攀壁机器人，其特征在于，动力机构包括齿条(2)和电机(5)，电机(5)的转轴上设有齿轮(6)，齿条(2)安装在上机体(I)或下机体(11)上，电机(5)安装在连接件(13)上，并通过齿轮(6)与齿条(2)的啮合拖动上机体(I)或下机体(11)，电机(5)的控制器连接到控制装置(7)。6.根据权利要求5所述的攀壁机器人，其特征在于，吸附脚(14)包括永磁吸盘(18)和驱动电机(21)，永磁吸盘的转轴(I6)上设有驱动齿轮(17)，驱动齿轮(I7)通过链条(I9)与驱动电机(21)转轴上的主动齿轮(20)配合，驱动电机(21)的控制器连接到控制装置(7)。7.根据权利要求6所述的攀壁机器人，其特征在于，上机体(I)或下机体(11)内设通信装置(8)，控制装置(7)通过通信装置(8)与控制后台通信。8.根据权利要求7所述的攀壁机器人，其特征在于，障碍探测装置(9)包括光学摄像头、声波探测装置和接触传感器。9.一种应用于权利要求1-8所述的攀壁机器人的机器人移动控制方法，其特征在于，控制装置(7)控制动力装置运动，控制吸附脚(14)的吸、放，还控制升降腿(15)的伸缩，具体控制方法为: (1)固定腿(12)的吸附脚(14)释放，升降腿(15)的吸附脚(14)吸附，与固定腿(12)连接的上机体(I)或下机体(11)与攀爬的壁相对位置固定； (2)升降腿(15)伸出，将上机体(1)、下机体(11)和连接件(13)顶起； (3)上机体(I)和下机体(11)与连接件(13)发生相对移动，使上机体(I)和下机体(11)与连接件(13)的相对位置关系发生变化； (4)上机体(I)和下机体(11)移动到位后，升降腿(15)缩回，使固定腿(12)的吸附脚(14)与攀爬壁结合并吸附，此时升降腿(15)上的吸附脚(14)释放，升降腿(15)继续回缩； (5)上机体(I)和下机体(11)与连接件(13)发生相对移动，使上机体(I)和下机体(11)与连接件(13)的相对位置关系发生变化，再次移动； (6)移动完成后，升降腿(15)伸出，使升降腿(15)上的吸附脚(14)吸附攀爬壁，同时，固定腿(12)上的吸附脚(14)释放攀爬壁，升降腿(15)继续伸出，并以此往复循环。10.—种应用于权利要求1-8所述的攀壁机器人的机器人越障碍控制方法，其特征在于，升降腿(15)的行程大于障碍高度的两倍，同时固定腿(12)高度高于障碍，其具体方法为: (1)升降腿(15)上升至升降腿(15)的吸附脚(14)高于障碍，上机体(I)与连接件(13)发生相对滑动，使其中两个升降腿(15)越过障碍； (2)升降腿(15)下降至攀爬壁，并使其上的吸附脚(14)吸附住攀爬壁，同时固定腿(12)上的吸附脚(14)放开攀爬壁，然后升降腿(15)继续升高，将上机体(I)、连接件(13)和下机体(11)以及下机体(11)上的固定腿(12)都抬起，直至固定腿(12)上的吸附脚(14)高于障碍； (3)下机体(11)与连接件(13)发生相对滑动，使四根固定腿(12)越过障碍； (4)升降腿(15)收缩，使固定腿(12)的吸附脚(14)接触攀爬壁，固定腿(12)的吸附脚(14)吸住攀爬壁，同时升降腿(15)的吸附脚(14)放开攀爬壁，升降腿(15)继续收缩使升降腿(15)的吸附脚(14)高于障碍； (5)上机体(I)与连接件(13)发生相对滑动，使剩余两根固定腿(12)越过障碍； (6)完成越障碍。
【文档编号】B62D57/024GK106080824SQ201610506542
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月30日
【发明人】张世权
【申请人】山东聚天工工业自动化有限公司, 山东聚一天工工业自动化有限公司