一种爬壁式机器人及其工作方法与流程

本发明涉及机器人技术领域，尤其是一种磁吸式爬壁机器人的工作方法。

背景技术：

爬壁机器人可以在垂直壁上攀爬并完成作业的自动化机器人。爬壁机器人又称为导磁体表面移动机器人，因为垂直导磁体表面作业超出人的极限，因此在国外又称为极限作业机器人。现有的磁吸附爬壁机器人，由于其磁场固定，因此，当机器人装载作业工具或其他物品后，如果物品重量较大，则可能导致机器人在攀爬过程中造成脱落，造成严重后果，如果在空载状态时，由于磁铁和导磁体表面吸附力较大，机器人运动时需要克服吸附的阻力，从而造成能源浪费，同时影响机器人的工作时间。

同时，由于攀爬导磁体表面并不始终是光滑的，当攀爬表面是光滑时，则保持恒定电流使机器人吸附在导磁体上实现爬壁动作即可，当攀爬表面是凹凸不平时，可能由于吸附力不够造成机器人坠落，工作不稳定。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种爬壁式机器人及其工作方法，其不但能有效防止磁吸附爬壁机器人坠落，保障机器人稳定工作，同时可以有效防止能源浪费。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种爬壁机器人，包括：

本体，设置在本体底部的电磁铁，用于带动本体移动的滚轮；

控制器，控制器适于控制电磁铁吸附于导磁体表面，并通过滚轮驱动模块控制滚轮转动，以使所述爬壁机器人实现爬壁动作；

压力传感器，所述压力传感器与控制器相连，在爬壁机器人爬壁前，将爬壁机器人平放以通过压力传感器获得爬壁机器人的总负重；所述控制器适于根据总负重控制电磁铁的初始电流，以使爬壁机器人吸附于导磁体表面；

光照单元，所述光照单元设于本体底部的中间位置并与控制器连接，用于发出光照在攀爬表面，所述控制器用于控制所述光照单元的启闭；

光电探测器，所述光电探测器设于本体底部的端部位置与控制器连接，所述光电探测器由攀爬表面反射的光得到检测信号，并将检测信号反馈至所述控制器；

距离传感器，设于本体底部并与所述控制器相连，所述距离传感器适于用于探测本体底部与爬行导磁体表面之间距离，当在运动时若距离增大，所述控制器适于增大电磁铁的电流值，以提高爬壁机器人吸附力。

优选的，所述光照单元所发出的光轴与攀爬表面保持一定的预设角度，且反射的光轴射入所述光电探测器。

优选的，所述光电探测器是由多个探测单元组成的光电探测单元阵列。

优选的，所述控制器与一存储器相连，以适于预存有总负重与电磁铁电流匹配的第一数据库，和本体底部与爬行导磁体表面之间距离与电磁铁电流匹配的第二数据库；所述控制器适于根据总负重从第一数据库获得匹配的所述初始电流；以及所述控制器还适于根据本体底部与爬行导磁体表面之间距离从第二数据库获得匹配的电磁铁的电流值。

优选的，所述电磁铁距离导磁体表面的距离为5-8mm；以及所述爬壁机器人的总负重为g,则所述电磁铁的吸附力t=kg,其中k为吸附系数，且3<k<10。

本发明还提供一种爬壁机器人的工作方法，包括以下步骤：

步骤s01、机器人准备工作时，先将机器人设置在平地上，检测压力传感器的数据并传输至控制器，所述控制器依据压力传感器的数据计算机器人装载物品后的总重力并存储至存储器；

其中，所述存储器内预存有总负重与电磁铁电流匹配的第一数据库，和本体底部与爬行导磁体表面之间距离与电磁铁电流匹配的第二数据库；

步骤s02、将机器人吸附于垂直设置的导磁体上，控制器依据机器人的总重力确定通过电磁铁的初始电流，从而使机器人吸附于导磁体上；

步骤s03、所述控制器控制光照单元开启，以使光照单元发出光照在攀爬表面；其中，所述光照单元发出的光轴与攀爬表面保持一定的预设角度；

步骤s04、滚轮驱动模块控制滚轮转动，以使所述爬壁机器人实现爬壁动作；

步骤s05、所述光电探测器由攀爬表面反射的光生成检测信号，所述控制器对检测信号进行判断；其中，当所述光电探测器在预设时间内能恒定接收到反射的光，则控制器依据通过电磁铁的初始电流使机器人吸附在导磁体上；当所述光电探测器在预设时间内不能恒定接收到反射的光，则控制器控制距离探测开启；

步骤s06、所述距离探测器检测本体底部距离导磁体的距离，并将距离信息传输至控制器；

步骤s07、当所述的距离发生改变时，所述控制器依据存储器中的第二数据库调节通过电磁铁的电流。

优选的，所述步骤s05中的预设时间为3-10s。

优选的，所述电磁铁距离导磁体表面的距离为5-8mm；以及所述爬壁机器人的总负重为g,则所述电磁铁的吸附力t=kg,其中k为吸附系数，且3<k<10。

本发明的有益效果如下：

1、本爬壁机器人及其工作方法先计算装载物品后的总负重，然后依据总负重确定电磁铁的工作电流，从而使得产品更加稳定工作；接着对攀爬表面进行粗糙度检测，光照单元发出光照在攀爬表面，光电探测器由攀爬表面反射的光生成检测信号，如能恒定接收到反射的光，则无需开启距离探测器，如不能恒定接收到反射的光，则开启距离探测器，从而改变吸附力，有效防止导磁体表面裂痕造成的爬壁机器人坠落；

2、在相对平坦的攀爬表面进行攀爬动作，无需开启距离探测器，也无需改变吸附力，可以有效防止能源浪费，在凹凸不平的攀爬表面进行攀爬动作，则开启距离探测器，当所述的距离发生改变时，控制器依据存储器中的第二数据库调节通过电磁铁的电流，从而改变吸附力，有效防止导磁体表面裂痕造成的爬壁机器人坠落；并且电流是动态调节的，使得吸附力不会过大，爬壁机器人的运动不会造成能源浪费。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本实施例一爬壁机器人的结构示意图。

图2是本实施例一爬壁机器人爬行过程的工作流程图。

图中：本体1、电磁铁2、滚轮3，压力传感器4，距离探测器5，控制器6、存储器7、光照单元8、光电探测器9。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

实施例1

如图1和图2所示，本实施例提供了一种爬壁机器人，包括：

本体1，设置在本体底部的电磁铁2，用于带动本体移动的滚轮3，以及控制器6；所述控制器适于控制电磁铁2吸附于导磁体表面，并通过滚轮驱动模块控制滚轮转动，以使所述爬壁机器人实现爬壁动作。

其中控制器可以采用单片机，所述控制器适于控制一电流调节模块，以改变电磁铁的工作电流，例如电流调节模块可以采用开关管，所述单片机输出pwm信号，以控制开关管的关断周期进而实现工作电流调节；所述本体上还携带有锂电池以提供电能；并且所述电磁铁可以采用直流电磁铁，或者本体上还设有dc-ac模块，所述电磁铁采用交流电磁铁；所述滚轮驱动模块可以采用四轮驱动模块，其内设有直流电机，通过控制器进行控制。

所述爬壁机器人还包括：设置在本体上部的压力传感器4，所述压力传感器4与控制器相连；在爬壁机器人爬壁前，将爬壁机器人平放以通过压力传感器获得爬壁机器人的总负重；所述控制器适于根据总负重控制电磁铁的初始电流，以使爬壁机器人吸附于导磁体表面。

所述压力传感器4可以采用应变电阻传感器。

本体底部的中间位置设有光照单元8并与控制器6连接，光照单元8发出光照在攀爬表面，控制器6用于控制光照单元8的启闭。本体底部的端部位置设有光电探测器9，光电探测器9与控制器6连接，光电探测器9由攀爬表面反射的光得到检测信号，并将检测信号反馈至控制器6；本实施例中的光照单元8所发出的光轴与攀爬表面保持一定的预设角度，且反射的光轴射入所述光电探测器9；其中，光电探测器9是由多个探测单元组成的光电探测单元阵列。

所述本体底部还设有与控制器相连的距离传感器5，所述距离传感器5适于用于探测本体底部与爬行导磁体表面之间距离；当在运动时若距离增大，所述控制器适于增大电磁铁的电流值，以提高爬壁机器人吸附力。

所述距离传感器可以但不限于采用高精度红外测距传感器或者超声波传感器。

控制器与一存储器7相连，以适于预存有总负重与电磁铁电流匹配的第一数据库，和本体底部与爬行导磁体表面之间距离与电磁铁电流匹配的第二数据库；

控制器适于根据总负重从第一数据库获得匹配的所述初始电流；以及

控制器还适于根据本体底部与爬行导磁体表面之间距离从第二数据库获得匹配的电磁铁的电流值。

本爬壁机器人先计算装载物品后的总负重，然后依据总负重确定电磁铁的工作电流，从而使得产品更加稳定工作；磁吸式爬壁机器人运动时，距离探测器检测本体底部距离导磁体的距离，并将距离信息传输至控制器，当所述的距离发生改变时，所述控制器依据存储器中的第二数据库调节通过电磁铁的电流，从而改变吸附力，有效防止导磁体表面裂痕造成的爬壁机器人坠落；并且电流是动态调节的，使得吸附力不会过大，爬壁机器人的运动不会造成能源浪费。

所述电磁铁距离导磁体表面的距离为5-8mm。如果大于8mm，则磁场不够集中，造成能源浪费，如果小于5mm，则可能由于导磁体表面的不平整造成干涉。

所述爬壁机器人的总负重为g,则所述电磁铁的吸附力t=kg,其中k为吸附系数，且3<k<10。若k<3,爬壁机器人工作不稳定，可能由于某些意外原因导致爬壁机器人坠落，如果k>10，则爬壁机器人沿导磁体表面运动的阻力较大，造成能源浪费。

优选的，为了增加摩擦力，所述滚轮3的边缘采用防滑材料制成，以增加滚轮和导磁体表面的摩擦系数，从而可以降低吸附系数k的值，实现节能。

实施例2

在实施例1基础上，本实施例2提供了一种如实施例1所述的爬壁机器人的工作方法。

本实施例中磁吸式焊接机器人的各部分的工作原理、过程在实施例1均有详细论述。

本发明提供一种爬壁机器人的工作方法，包括以下步骤：

步骤s01、机器人准备工作时，先将机器人设置在平地上，检测压力传感器的数据并传输至控制器，所述控制器依据压力传感器的数据计算机器人装载物品后的总重力并存储至存储器；

其中，所述存储器内预存有总负重与电磁铁电流匹配的第一数据库，和本体底部与爬行导磁体表面之间距离与电磁铁电流匹配的第二数据库；

步骤s02、将机器人吸附于垂直设置的导磁体上，控制器依据机器人的总重力确定通过电磁铁的初始电流，从而使机器人吸附于导磁体上；

步骤s03、所述控制器控制光照单元开启，以使光照单元发出光照在攀爬表面；其中，所述光照单元发出的光轴与攀爬表面保持一定的预设角度；

步骤s04、滚轮驱动模块控制滚轮转动，以使所述爬壁机器人实现爬壁动作；

步骤s05、所述光电探测器由攀爬表面反射的光生成检测信号，所述控制器对检测信号进行判断；其中，当所述光电探测器在预设时间内能恒定接收到反射的光，则控制器依据通过电磁铁的初始电流使机器人吸附在导磁体上；当所述光电探测器在预设时间内不能恒定接收到反射的光，则控制器控制距离探测开启；其中，预设时间为3-10s；

步骤s06、所述距离探测器检测本体底部距离导磁体的距离，并将距离信息传输至控制器；

步骤s07、当所述的距离发生改变时，所述控制器依据存储器中的第二数据库调节通过电磁铁的电流。

本实施例中在设定初始电流后，对攀爬表面进行粗糙度检测，光照单元发出光照在攀爬表面，光电探测器由攀爬表面反射的光生成检测信号，如能恒定接收到反射的光，则无需开启距离探测器，避免能源浪费，如不能恒定接收到反射的光，则开启距离探测器，从而改变吸附力，有效防止导磁体表面裂痕造成的爬壁机器人坠落。

控制器与一存储器相连，以适于预存有总负重与电磁铁电流匹配的第一数据库，和本体底部与爬行导磁体表面之间距离与电磁铁电流匹配的第二数据库；所述控制器适于根据总负重从第一数据库获得匹配的所述初始电流；以及控制器还适于根据本体底部与爬行导磁体表面之间距离从第二数据库获得匹配的电磁铁的电流值。

所述电磁铁距离导磁体表面的距离为5-8mm。如果大于8mm，则磁场不够集中，造成能源浪费，如果小于5mm，则可能由于导磁体表面的不平整造成干涉。

所述爬壁机器人的总负重为g,则所述电磁铁的吸附力t=kg,其中k为吸附系数，且3<k<10。若k<3,爬壁机器人工作不稳定，可能由于某些意外原因导致爬壁机器人坠落，如果k>10，则爬壁机器人沿导磁体表面运动的阻力较大，造成能源浪费。

优选的，为了增加摩擦力，所述滚轮3的边缘采用防滑材料制成，以增加滚轮和导磁体表面的摩擦系数，从而可以降低吸附系数k的值，实现节能。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。