CN101516580A - 使用室内全球定位系统的用于在墙壁上移动的多功能机器人 - Google Patents

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Abstract

公开了一种使用设置在房间内的室内全球定位系统(IGPS)的爬壁机器人。该爬壁机器人包括被设置成接收从室内全球定位系统的一个或多个导航发射器发出的旋转扇束并且识别旋转扇束作为IGPS信号的导航接收器；安置有所述导航接收器的机器人机架；被安装到机器人机架上、并且利用IGPS信号来识别和确定其自身位置的运动控制器；以及设置成用于在运动控制器的控制下沿着房间表面行进的驱动机构。运动控制器包括中央处理单元、输入/输出单元、运动控制单元、驱动控制单元、导航控制单元、传感器信号处理器、紧急处理单元、以及警报发生器。

Description

使用室内全球定位系统的用于在墙壁上移动的多功能机器人
技术领域
本发明涉及一种使用室内全球定位系统的爬壁机器人。
背景技术
通常地，全球定位系统(GPS)是一种通过使用三颗或多颗GPS卫星来识别和确定与GPS接收器的位置相对应的三维坐标值(此后称为“坐标值”)的装置。
这个概念被应用于室内全球定位系统(IGPS)。美国专利No.6,501,543公开了使用这种概念的信息。
美国专利No.6,501,543公开了一种与上述GPS卫星相对应的发射器，以及与GPS接收器相对应的接收器。
每个发射器发出两个旋转扇束。旋转扇束可以是激光扇束或者其它光发射介质类型。
接收器接收从发射器发出的旋转扇束，并且确定相对于发射器的位置。这里，由于旋转扇束以预定角度彼此交叉，因此用于接收旋转扇束的接收器的坐标值(即，接收器的位置或者高度)能够被测量。
同时，已有的自主移动机器人的基本概念是：利用自生成信息或者通过通讯传递的实时定位信息从而在平坦表面上(即水平的平坦表面上)行进。
特别地，这种传统自主移动机器人的一个核心元件是驱动机构，并且该驱动机构包括链、轮以及多腿型驱动机构。
同时，蜘蛛机器人或者附着机器人是指克服平坦表面移动机器人的限制并且在天花板或者垂直表面上行进的机器人。
与通常的平坦表面移动机器人相比，传统的天花板表面/垂直表面移动机器人不能够自主地移动，而是必须置于固定导轨上或者被人远程控制的半自主移动机器人。
特别地，这种使用导轨的装置在行进范围或者操作区域上具有限制，并且在实际当中不能够用于不合适的安装空间中或者机架(例如导轨)不能够被轻易附着的空间中。
例如，如图1所示，传统的表面附着移动机器人1包括位于地面上从而形成真空空间以用于实现附着到墙壁表面的真空发生器2，用于控制真空发生器2的辅助控制器3，用于控制表面附着移动机器人1的主控制器4，以及能够与主控制器4、驱动电机和真空发生器2连接/脱离连接并且控制表面附着移动机器人1的无线控制器5。传统的表面附着移动机器人1是一种总是需要无线控制器5的半自主移动机器人。
此外，由于传统的表面附着移动机器人1具有双向轮结构，因此它具有不能够在货仓内部表面上自由行进的缺点。
此外，不存在能够识别自身位置以及到达目的地的天花板表面/垂直表面专用的自主移动机器人。
发明内容
因此，本发明致力于解决现有技术中存在的上述问题，并且本发明的目的是提供一种使用室内全球定位系统的爬壁机器人，该机器人能够利用室内全球定位系统的IGPS信号自主地沿着货仓或者容器内部的天花板表面或垂直表面行进。
为了实现上述目的，本发明提供了一种使用设置在房间内的室内全球定位系统(IGPS)的爬壁机器人，包括：导航接收器，其被设置成接收从室内全球定位系统的一个或多个导航发射器发出的旋转扇束、并且识别旋转扇束作为IGPS信号；机器人机架，导航接收器被安置到所述机器人机架上；被安装在所述机器人机架上的运动控制器，所述运动控制器利用IGPS信号识别并确定其自身位置；以及驱动机构，其被设置成用于在所述运动控制器的控制下沿着房间表面行进。
根据本发明，爬壁机器人还包括连接到运动单元并且被设置成执行标记操作的标记模块，运动控制器被安装在该运动单元中。
根据本发明，爬壁机器人还包括连接到运动单元并且被设置成执行焊接螺柱操作的螺柱焊接模块，运动控制器被安装在该运动单元中。
根据本发明，研磨模块还在相对于螺柱焊接模块执行初始研磨操作的安装位置被连接到移动单元。
根据本发明，爬壁机器人还包括连接到运动单元并且被设置成执行深度测量操作的深度测量模块，运动控制器被安装在该运动单元中。
根据本发明，多个第一及第二夹持单元以及多个紧固元件被设置到驱动机构的底部，以便更换或同时地安置任务模块。
根据本发明的使用室内全球定位系统的爬壁机器人包括识别旋转扇束的导航接收器作为IGPS信号，该旋转扇束从室内全球定位系统的导航发射器发出来，它具有能够使机器人识别并且确定其当前位置、并且自主地行进或者移动到目标位置的优点。
此外，根据本发明的使用室内全球定位系统的爬壁机器人具有与仅依赖于编码器信号的现有机器人相比能够更加准确及精确地执行行进运动的优点。
此外，由于根据本发明的使用室内全球定位系统的爬壁机器人包括标记模块、螺柱焊接模块、研磨模块以及深度测量模块，或者还包括集成有各个模块的集成模块，因此它具有能够执行标记操作、焊接操作、初始研磨操作以及深度测量操作的所有操作的优点。
附图说明
图1显示了现有表面附着移动机器人的工作状态；
图2是显示用于根据本发明实施例的使用室内全球定位系统的爬壁机器人的系统配置的示图；
图3是显示图2所示机器人的工作状态的视图；
图4是显示图3所示的机器人的配置的框图；
图5是显示了图4所示的运动控制器的框图；
图6是具有放大截面视图、用于显示图4所示驱动机构的框图；
图7是显示连接到根据本发明的使用室内全球定位系统的爬壁机器人的标记模块的框图；
图8是显示连接到根据本发明的使用室内全球定位系统的爬壁机器人的螺柱焊接模块和研磨模块的框图；
图9是显示连接到根据本发明的使用室内全球定位系统的爬壁机器人的深度测量模块的框图；
图10是显示根据本发明的使用室内全球定位系统的爬壁机器人的应用示例的视图；以及
图11是显示根据本发明的使用室内全球定位系统的爬壁机器人的另一应用示例的视图。
具体实施方式
通过优选实施例的描述，本发明下面将参考附图被详细描述。不同附图中使用的相同附图标记代表相同的部件。
图2是显示用于根据本发明实施例的使用室内全球定位系统的爬壁机器人的系统配置的示图。
如图2所示，对于用于根据本发明的机器人的系统的输入/输出，室内全球定位系统5向主机系统200提供有关用于船体尺寸的IGPS坐标系统的信息。此外，室内全球定位系统5可将关于当前位置的信息发送到移动单元100或者任务模块300、400、500以及600。
任务模块300、400、500以及600是标记模块300、螺柱焊接模块400、研磨模块500以及深度测量模块600，所述模块随后详细描述。
主机系统200接收单独从外部输入的船体的计算机辅助设计(CAD)的设计数据、货仓设计数据、或者特定空间的CAD设计数据，根据数据确定机器人的目标位置，以及将有关机器人确定的目标位置的信息发送到移动单元100。
根据本发明的使用室内全球定位系统的爬壁机器人将从室内全球定位系统5实时发送的当前位置的坐标值应用到有关机器人目标位置的信息，从而使得爬壁机器人能够行进到目标位置，所述有关机器人目标位置的信息是从主机系统200发送的数字地图信息。
参考如图3所示的显示机器人工作状态的示意图，房间10的尺寸能够通过在房间10的角落部分安置公知的激光测量装置以及激光接收器，并且根据角落部分重复地测量各个表面的对角线或边缘的长度而获得。
此后，各个角落部分或参考位置的坐标值被转换成全球坐标值或者用于船体尺寸的IGPS坐标系统的坐标值，从而根据对应的房间10的实际测量值来完成数字地图信息。
如上所述完成的数字地图信息或者单独从外部输入的关于房间10的CAD设计数据被中央主机计算机210记录、存储以及管理，经由有线或无线通讯方式发送到根据本发明的使用室内全球定位系统的爬壁机器人(随后描述)，以及被用于机器人的导航。
同时，根据本发明，更加准确且精确地完成的数字地图信息可以通过一种方法而被存储在中央主机计算机210中并且在其中使用，该方法指安装用于发出IGPS信号的单独长度测量发送器(未示出)和用于接收IGPS信号从而在房间10中测量房间10的尺寸的多个长度测量接收器(未示出)、使用长度测量接收器来测量房间10内部的各个角顶点的位置、根据测量到的各个角顶点的位置以三维方式实现房间10、以及测量房间10的尺寸(使用三角函数)。
本发明涉及一种使用室内全球定位系统的爬壁机器人，该机器人接收IGPS信号并且自主地行进。
为此，本发明采用多个导航发送器20，例如安装在房间10内的IGPS。
每个导航发送器20发出两个旋转扇束22和24，并且包括可变磁体28，可变磁体28能够被连接到导航发送器20的外壳的一个端部/与导航发送器20的外壳的一个端部脱离连接，从而使得导航发送器20能够被暂时地连接到表层的平坦部分，该表层为房间10的表面。可变磁体28被设置使得可变磁体28的磁性作用的产生或者偏移能够通过切换杆件而被控制。
优选地，导航发送器20采用可变磁体28被安装在房间10中的对应位置。
这里，导航发送器20的安装位置与提前输入到中央主机计算器210的坐标值所指示的位置相同。
与已有的网络类型或远程控制类型不同，根据本发明的主机系统200能够升级辅助数据以用于核心安置的移动单元100。
主机系统200包括具有数字地图信息的中央主机计算机210，其中房间10内部的空间被三维地标定；以及用于供应表面附着介质“b”的附着力产生器220，该附着介质“b”对应于用于多个真空垫(未示出)的真空力或者用于多个磁性轮的电磁力，以便移动单元100根据移动单元100的驱动机构的方法(即真空方法或者磁性方法)的行进运动。
中央主机计算机210包括有线或无线的第一通讯单元211，其能够与移动单元100进行通讯。
首先，作为数字地图信息的CAD设计数据被输入到主机系统200的中央主机计算机210。
中央主机计算机210利用第一通讯单元211将至少为数字地图信息的CAD设计数据发送到移动单元100，并且从移动单元100接收位置改变检查信息。即，中央主机计算机210通过发送/接收数据信息“a”与移动单元100进行双向通讯，并且可以更新移动单元100。
此外，中央主机计算机210通过附着力生成器控制器(未示出)而连接到附着力发生器220，从而控制动力供应电路(未示出)或者附着力生成器220的抽吸装置(未示出)。
由此，中央主机计算机210设置有附着力生成器驱动器以及软件形式的应用程序，用于控制附着力生成器控制器。
这里，附着力生成器控制器以及应用程序调整表面附着介质“b”(例如电磁力)的供应量，从而实现移动单元100的行进运动，例如，驱动移动单元100的运动，并且该移动单元100的磁性轮附着到平坦部分。
此外，中央主机计算机210能够利用从移动单元100发送的位置改变检查信息将机器人的当前运动或者工作状态显示在中央主机计算机210的监视器屏幕上。
为此，位置改变检查信息优选包括根据至少机器人的运动被识别及确定的位置信息值(坐标值)。
同时，移动单元100包括第二通讯单元110，其能够执行与主机系统200的第一通讯单元211的互相识别和数据通讯。第一通讯单元211以及第二通讯单元110支持公知的有线或无线的数据通讯接口，由此具有兼容的结构。
移动单元100包括基于对应于特定连接管或连接线的技术标准的供应连接单元120，从而接收从附着力生成器220供应的表面附着介质“b”。这里，尽管供应连接单元120没有在附图中详细显示，但是供应连接单元120被设置成向着真空垫或者磁性轮供应表面附着介质“b”。
图4是显示如图3所示机器人的配置的示意图。
如图4所示，除了上述的第二通讯单元110和供应连接单元120之外，移动单元100还包括发光警报单元130、报警警报单元140、对应于机器人大脑的移动控制器150、导航接收器160、机器人机架170、以及驱动机构180。
发光警报单元130以及报警警报单元140安装在第二通讯单元110周围或者安装在机器人机架170上，以及被连接到移动控制器150，其随后描述。
当机器人掉落或者与障碍物碰撞的情况被移动控制器150预测到时，发光警报单元130以及报警警报单元140产生光或者声音形式的掉落警报或者碰撞警报。
导航接收器160通过被机器人机架170所支撑而被安置或者设置。导航接收器160接收来自于上述多个导航发送器的IGPS信号，获得对应于接收时间点的位置的三维坐标，以及周期性地将坐标发送到移动控制器150。这里，如上所述，识别(检测)及确定来自于导航发送器20的相对坐标值(位置)的方法被用作获取导航接收器160的三维坐标的方法。
机器人机架170是用于支撑或安装将被安置到移动单元100上的所有结构的主体或者底盘，并且由轻质材料例如铝制型材所形成，但是具有强耐用性。
驱动机构180被设置在机器人机架170下方。驱动机构180包括姿态控制传感器191，多个全向障碍识别传感器192，以及距离测量传感器193。优选地，驱动机构180还包括用于测量整体行进速度的外部编码器、测压元件以及电位计。
这里，姿态控制传感器191被用于使用公知的陀螺仪、加速计、倾斜传感器、接近传感器中的任意一种或者它们的组合来控制行进或者姿态。
全向障碍识别传感器192被用于确定是否有外部物体或障碍在行进(运动)期间即将靠近。
距离测量传感器193被用于测量距离诸如货仓表面的附着表面(例如，天花板表面或者垂直表面)的距离，以及预测移动单元100正在掉落。
用于测量整体运行速度的外部编码器将机器人的整体运行速度通过传感器信号处理器反馈回中央处理单元。
测压元件或者电位计被安置到操纵系统上，并且被用于检测附着力的大小、以及将检测的附着力大小通过传感器信号处理器输入到中央处理单元。
多个编码器(外部编码器以及电机编码器)，包括姿态控制传感器191、全向障碍识别传感器192以及距离检测传感器193，测压元件或者电位计被用于检测操作状态信息，从而实现控制机器人姿态的功能，提供与掉落有关的警报，该掉落归于与天花板表面或垂直表面的附着(或真空)失效，识别障碍物，避免与障碍物碰撞，以及提供涉及到与障碍物碰撞的警报。
下面详细描述图5的移动控制器150以及图6的驱动机构180。
移动控制器150被设置在机器人中，利用IGPS信号识别(确定)其自身位置，以及使机器人能够自主地行进到目标位置。
如图5所示，移动控制器150包括中央处理单元151、输入/输出单元152、运动控制单元153、驱动控制单元154、导航控制单元155、传感器信号处理单元156、紧急处理单元157、警报发生器158、存储器159a、以及以电子电路方式的模块连接单元159b。在该实施例中，这些单元将会根据它们的功能和角色进行划分，并且随后进行描述。
中央处理单元151执行涉及安置在根据本发明的机器人上的所有元件的操作和控制的功能。中央处理单元151使用主板(例如，来自于研华科技的脉冲编码调制(PCM)-9577主板)，该主板小并且提供几乎所有的计算机控制接口以及由此适合于机器人工程。中央处理单元151包括用于视频图形阵列(VGA)、有线/无线局域网(LAN)、串口、小尺寸闪存、通用串行总线(USB)、硬盘驱动器(HDD)、软盘驱动器(FDD)、以及各种输入/输出、控制、处理和产生功能类型的性能的标准接口。此外，中央处理单元151能够被连接到键盘和鼠标。
输入/输出单元152包括数字输入/输出模块以及模拟输入/输出模块。
当中央处理单元151将数字信号发送到外部时，数字输入/输出模块具有通过PC104总线从中央处理单元151接收指令以及将指令输入到外部的功能。此外，当中央处理单元151从外部接收数字信号时，数字输入/输出模块具有通过PC104总线从外部接收数字信号以及将数字信号发送到中央处理单元151的功能。
以相同方式，当中央处理单元151将模拟信号发送到外部时，模拟输入/输出模块具有通过PC104总线接收中央处理单元151的指令以及将指令输出到外部的功能。此外，当中央处理单元151从外部接收模拟信号时，模拟输入/输出模块具有通过PC104总线从外部接收模拟信号以及将模拟信号发送到中央处理单元151的功能。
运动控制单元153接收从中央处理单元151通过输入/输出单元152，从用于执行爬壁机器人的行进运动的应用程序发出的指令，分析并且识别指令，以及生成和输出用于操纵机器人的第一驱动电机、和用于产生驱动力的第二驱动电机的相应电机控制信号。运动控制单元153采用PC104总线结构从而占用小的空间并且能够防止震动，所述PC104总线结构广泛地用于工业的中央处理系统。
这里，用于执行爬壁机器人的行进运动的应用程序的指令通过PC104总线被发送到运动控制单元153的主芯片，即，现场可编程门阵列(FPGA)，其是一类可编程逻辑芯片。FPGA将电机控制信号发送到驱动控制单元154。此外，运动控制单元153接收从第一和第二驱动电机反馈的电机编码器信号，以及识别第一和第二驱动电机的运行状态。
驱动控制单元154接收从运动控制单元153输出的电机控制信号，放大电流，以及生成电机输出信号，该输出信号能够实际地驱动驱动机构的对应的第一和第二驱动电机，其随后描述。
驱动控制单元154的电机输出信号可被确定，从而与用于条件(例如越野或者高速运行)的不同行驶方法的电机控制算法，以及与用于实现全向驱动的完整控制方法的电机控制算法中的任意一种相匹配。
导航控制单元155如在一种定位方法中一样基于IGPS信号获取机器人当前位置的坐标值，以及通过将坐标值与从中央主机计算机发送的数字地图信息进行对比来识别并确定机器人的当前位置，所述IGPS信号根据从中央处理单元151输入的导航执行命令而被导航接收器160所接收。
导航控制单元155规划出用于执行从确定的当前位置到目标位置的自主行进或运动的路径，或者重设路径从而执行避障操作。
传感器信号处理单元156可从姿态控制传感器191、全向障碍识别传感器192、距离测量传感器193、用于测量整体行进速度的外部编码器、电机编码器、测压元件、以及电位计接收对应的检测信号，所述姿态控制传感器191与陀螺仪、加速计、倾斜传感器以及接近传感器中的任意一个对应。
传感器信号处理单元156将由各个传感器检测的信号转换成中央处理单元151能够识别的内部数字信号，并且将得到的信号输入到中央处理单元151。
紧急处理单元157包括特定的人工智能算法，用于通过将各个传感器191、192和193的检测信号与初始确定的指标相比较以及实时检查比较结果，与中央处理单元151和传感器信号处理单元156共同作用，从而识别障碍物或者预测出机器人会掉落。
也就是说，紧急处理单元157将姿态控制传感器191的检测信号与姿态参考指标相比较，检查对比的结果，并且确定机器人的姿态，由此确定机器人是否稳定或者不稳定。
此外，紧急处理单元157将全向障碍识别传感器192的检测信号与障碍物参考指标相比较，并且检查比较结果，由此确定外部物体或者障碍物是否在行进(运动)期间即将接近。
此外，紧急处理单元157将由距离测量传感器193所检测的检测信号与掉落参考指标相比较，并且检查比较结果，由此预测机器人将掉落。
紧急处理单元157的这种确定结果被传递到警报发生器158。
警告发生器158响应基于紧急处理单元157的确定结果的警报控制信号(开/关信号)选择性地供应或者切断运行动力，从而使得发光警报单元或者报警警报单元利用光或者声音产生掉落警报或者碰撞警报。
存储器159a被用于记录并存储从中央主机计算机发送的数字地图信息。此外，存储器159a以随机存取内存(RAM)盘方式存储对于根据本发明机器人的整个操作来说是必要的预定操作系统(例如，基于Linux的操作系统)。
模块连接单元159b包括公知的多通道(多输入多输出(MIMO))模块连接接口，用于将随后进行描述的标记模块、螺柱焊接模块、研磨模块以及深度测量模块连接到运动控制器150。
如图6所示，驱动机构180包括全向轮。
例如，本发明中采用的驱动机构180的轮结构是三轮的，即，驱动机构180包括第一、第二以及第三驱动轮组件181、182以及183。
在第一、第二以及第三驱动轮组件181、182以及183中，多个电磁体被连接到磁性轮189的表面，电磁力通过用于供应动力的旋转式接触电极(未示出)被供给到电磁体，从而使得可通过电磁力在货仓表层的平坦部分上产生附着力。
这里，第一驱动轮组件181被设置用于操纵，剩下的两个驱动轮组件182和183被被制造成具有简单的后轮结构。
例如，第一驱动轮组件181包括用于操纵机器人的第一驱动电机184，以及用于产生驱动力的第二驱动电机185。
用于操纵的第一驱动电机184的小齿轮被连接到操纵转盘186的周缘的齿条。第一驱动电机184响应驱动控制单元的电机输出信号转动(操纵)操纵转盘186以及与之结合或者与之有关的其它物体。
这里，第二驱动电机185的外壳被安置在操纵转盘186上。第二驱动电机185的减速齿轮的输出旋转轴可转动地穿过操纵转盘186朝向位于操纵转盘186下方的位置。
在操纵转盘186下方，连接到第二驱动电机185的输出旋转轴的第一相交轴齿轮187被连接到第二相交轴齿轮188，该第二相交轴齿轮188连接到第一相交轴齿轮187。
第二相交轴齿轮188的轴组件被组合从而在被从操纵转盘186延伸的悬挂结构所支撑的状态下转动磁性轮189。
第二驱动电机185产生转动力，从而提供磁性轮189的驱动力。第一驱动电机184产生转动力，从而提供第一驱动轮组件181的操纵。
此外，第二及第三驱动轮组件182和183可被制造成以与如上所述第一驱动轮组件181相同方式来实现操纵以及驱动力的产生。
在这种情况下，除了第一驱动轮组件181的第一和第二驱动电机184和185，各个电机的运行状态采用与设置在第二和第三驱动轮组件182和183中的多个驱动电机(未示出)中每个相对应的编码器被检测，并且通常地被执行以控制机器人的全向控制采用检测到的信号被执行。全向控制可使用公知方法而被执行，并且由此其描述在本发明中被省略。
此外，根据本发明，上述磁性轮189可被真空轮所替换。
图7是显示标记模块300的框图，该标记模块300被连接到根据本发明的使用室内全球定位系统的爬壁机器人的运动单元100。
图7所示的标记模块300被连接到运动单元100的第一安装位置，该位置对应于机器人机架170的侧部部分和上部部分、以及驱动机构180的底部部分中的任一个。
由于运动单元100的安装位置选择性地改变，旋转电机与转盘之间的供应动力的结构可为锥齿轮结构、蜗杆及蜗轮齿轮机构、带轮结构、直联旋转轴电机连接结构、或者本发明中的电机经由减速齿轮连接到旋转轴的结构，该供应动力的结构随后描述。
标记模块300执行全部标记操作，例如在货仓或容器的地板、天花板以及垂直表面上划线或者标记点。
为此，标记模块300包括电连接到标记控制器(未示出)的旋转电机310，所述标记控制器设置在上述运动控制器150中，该旋转电机310利用外壳支架连接到运动单元100的安装位置；连接成用于接收旋转电机310的转动力的转盘320；设置在转盘320下方并且构造成产生移动力的标记笔携带线性驱动器330；构造成通过接收线性驱动器330的往复进给力而移动的机器人指型标记笔夹持器340；安置到标记笔夹持器340上的标记笔350；以及标记笔转换器360，其被设置成根据标记笔的种类将多个标记笔350从标记笔夹持器340上拆卸/将多个标记笔350连接到标记笔夹持器340。
这里，一种公知的装置，例如滚珠丝杠结构或者线性致动器，被用作在标记笔携带线性驱动器330中产生移动力的装置。
此外，标记笔携带线性驱动器330基于它的结构特性具有直线、弯曲、圆形以及矩形设置结构中的任意一种。
标记笔携带线性驱动器330被连接到标记控制器(未示出)，从而互相地发送控制信号和反馈信号，以检查其运行。
标记控制器是一种公知的电子电路控制器，其通过规划和控制由直线、圆弧以及点所形成的路径的技术而实现，并且设置在运动控制器150周围。
标记笔携带线性驱动器330通过标记控制器以及图5所示的模块连接单元159b连接到运动控制器150，并且被设置成将行进运动与机器人的标记操作相联系。
此外，标记控制器被连接到标记控制驱动器、并且被设置成根据用于一系列标记操作的应用程序的指令而执行标记操作，所述标记控制驱动器利用软件被设置在运动控制器150的中央处理单元的操作系统中。
图8是显示螺柱焊接模块400以及研磨模块500的框图，所述螺柱焊接模块及研磨模块被连接到根据本发明的使用室内全球定位系统的爬壁机器人的运动单元100。
图8所示的螺柱焊接模块400具有与公知的自动传送型焊接装置相同的结构。
也就是说，螺柱焊接模块400连接到运动单元100的第二安装位置，该位置对应于机器人机架170的侧部部分和上部部分、运动控制器150的顶部部分、以及驱动机构180的底部部分中的任意一个。此外，与一般多轴线性机器人相同，螺柱焊接模块400还包括多轴运动结构，该结构能够采用多个滚珠丝杠以及焊接电机进行摆动操作、倾斜操作以及提升操作，从而利用公知方法实现多轴运动。
螺柱焊接模块400包括在公知的多轴运动结构的臂的端部上的焊枪430。
螺柱焊接模块400还包括焊接/加料控制器(未示出)，其用于执行用于使其滚珠丝杠旋转的电机控制、用于焊接的操作控制、以及螺柱供应控制。
焊接/加料控制驱动器还利用软件设置在运动控制器150的中央处理单元的操作系统中。
由此，焊接/加料控制器实际地通过如图5所示的模块连接单元159b连接到运动控制器150，并且利用软件通过焊接/加料控制驱动器在运动控制器150中被识别出来。根据这种连接以及重构关系，螺柱焊接模块400能够使焊接操作与研磨操作结合起来，同时运动单元100执行行进运动，所述研磨操作随后描述。
同时，螺柱加料器450被设置在位于螺柱焊接模块400旁边并且在机器人机架170下方的部分中。螺柱加料器450的操作可以通过上述的焊接/加料控制器所控制。
螺柱加料器450是一种螺柱供应装置或者加载装置。螺柱加料器450向着焊枪430单独地供应螺柱，从而使得螺柱焊接模块400将供应的螺柱焊接到房间(例如，货仓)的作业位置。
为此，与在公知方法中相同，螺柱加料器450可包括装有多个螺柱的螺柱盒；用于将螺柱从螺柱盒携带到作业位置的夹持进给机器人；以及设置在夹持进给机器人的一端上的螺柱加载器，并且该螺柱加载器被形成为不会阻挡焊枪430的焊接方向。
这里，工作位置根据中央主机计算机指示的(发送的)数据而被确定。
此外，输入工作位置的其它方法可包括：1)操作者直接输入坐标值的方法；以及2)螺柱附着机器人输入坐标值的方法。
1)操作者直接输入坐标值的方法
操作者具有用于执行坐标输入操作的终端，该终端与上述导航接收器具有相同的技术实质、并且具有能够与中央主机计算机进行通讯的个人数字助理(PDA)功能。
由此，操作者手动地将螺柱附着到货仓的预定位置。此后，操作者将用于执行坐标输入操作的终端安置在螺柱上方。当坐标输入按钮通过在终端实现的图形用户接口(GUI)而被按压时，导航接收器的IGPS信号被接收，从而使得螺柱附着的位置的坐标值被自动地发送到中央主机计算机。这里，螺柱附着的位置的坐标值是根据本发明的上述机器人的目标位置。
由此，上述运动单元100从其当前位置移动到螺柱附着的位置，即目标位置。此后，设置在运动单元100中的螺柱焊接模块400在螺柱和货仓之间的接触处进行焊接。
2)螺柱附着机器人输入坐标值的方法
螺柱附着机器人装有呈盒形式的多个螺柱，并且能够利用轮式结构自主地在货仓内部移动，该轮式结构与上述运动单元的轮式结构相同。呈盒形式装在螺柱附着机器人中的每个螺柱都在其头部提前设置有粘结带，从而可单独地附着在货仓上。
无论螺柱附着机器人何时单独地将螺柱附着到货仓上，螺柱附着机器人都采用上述导航接收器的IGPS信号识别及确定与附着位置对应的坐标值，以及将确定的坐标值发送到中央主机计算机。
最后，运动单元100从其当前位置移动到螺柱所处位置，即目标位置，安置在运动单元100上的螺柱焊接模块400执行焊接。
同时，研磨模块500被连接在螺柱焊接模块400周围、或者被连接到第三安装位置，该研磨模块500在螺柱焊接模块400之前被加载。
研磨模块500是用于对螺柱焊接位置执行初始研磨操作的模块。当然，研磨模块500可被用于去除由螺柱焊接模块400形成的焊线的焊珠。
研磨模块500通过研磨控制器(未示出)以及模块连接单元以与上述标记模块或螺柱焊接模块400相同的方式被连接到运动控制器150。研磨模块500产生转动力，用于执行对螺柱焊接模块400的初始研磨，并且被电连接到运动控制器150，从而采用根据本发明的运动控制器150或者采用通用机器人控制技术来执行自动工作，由此接收用于研磨模块500的研磨电机的动力并且操作。
图9是显示深度测量模块600的框图，该深度测量模块600被连接到根据本发明的使用室内全球定位系统的多功能爬壁机器人。
如图9所示，深度测量模块600被连接到运动单元100的第四安装位置，该位置与机器人机架170的侧部部分和上部部分、以及驱动机构180的底部部分中的任意一个对应。
深度测量模块600包括测量单元610，该测量单元610以与上述的标记模块、螺柱焊接模块、以及研磨模块相同的方式被设置成用于支持从冲程运动方法、激光方法以及超声方法中选择的任意距离测量方法；以及深度测量控制器620，其安置在测量单元610中并且被设置用于执行测量深度的操作。深度测量控制器620通过模块连接单元被连接到运动控制器150。
深度测量模块600还采用根据本发明的运动控制器150或者根据通用机器人控制技术来执行自动工作。即，深度测量模块600的深度测量控制器被连接到利用软件设置在运动控制器150的中央处理单元的操作系统中的深度测量控制驱动器，并且被设置成根据机器人行进或停止时用于一系列深度测量操作的应用程序的指令来执行深度测量操作。
这里，深度测量操作是深度测量模块600确定平坦部分的参考点并且根据该参考点测量相对深度的操作。
此外，如图10所示，多个第一夹持单元701、多个第二夹持单元702、以及多个紧固元件703被设置到分离型运动单元100a的驱动机构180的底部，从而更换或者安置任务模块300、400、500以及600。
例如，各个第一夹持单元701被设置成具有连接板的形状，并且被连接到任务模块300、400、500以及600的各个安装表面。各个第二夹持单元702被设置成具有能够紧固第一夹持单元701的形状，并且被紧固到驱动机构180的底部。各个紧固元件703被配置成具有公知的锁定/解锁装置的形状，并且被连接到第一和第二夹持单元701和702的侧部，从而连接/拆下第一和第二夹持单元701和702。
分离型运动单元100a具有以下优点：如果必要的话，任务模块300、400、500和600能够单独地选择。
以类似方式，如图11所示，具有不同布局类型的组合型运动单元100b包括位于驱动机构180b底部上的多个第一夹持单元701、多个第二夹持单元702以及多个紧固元件703，以便同时安装任务模块300、400、500和600，从而使得能够具有多任务的优点。
尽管本发明已经参考本发明的优选实施例进行了描述，但是这只是用于解释目的，并且本领域技术人员可以理解的是，能够进行各种改进和其它等同实施例。由此，本发明的技术保护范围应当根据附加权利要求的技术精神被确定。

Claims (10)

1.一种使用设置在房间内的室内全球定位系统(IGPS)的爬壁机器人，包括：
导航接收器，其被设置成接收从室内全球定位系统的一个或多个导航发射器发出的旋转扇束、并且识别旋转扇束作为IGPS信号；
机器人机架，导航接收器被安置到所述机器人机架上；
被安装在所述机器人机架上的运动控制器，所述运动控制器利用IGPS信号识别并确定其自身位置；以及
驱动机构，其被设置成用于在所述运动控制器的控制下沿着房间表面行进。
2.如权利要求1所述的爬壁机器人，其特征在于，还包括设置到所述机器人机架上的第二通讯单元，所述第二通讯单元支持有线或无线数据通讯接口，从而与中央主机计算机的第一通讯单元进行通讯，以便从所述中央主机计算机接收数字地图信息。
3.如权利要求1所述的爬壁机器人，其特征在于，还包括设置到所述机器人机架上的发光警报单元和报警警报单元，当机器人掉落或与障碍物碰撞的情况被所述运动控制器预测到时，所述发光警报单元和报警警报单元分别产生掉落警报和碰撞警报。
4.如权利要求1所述的爬壁机器人，其特征在于，所述运动控制器包括：
中央处理单元，其用于操作和控制安置在机器人上的所有元件；
输入/输出单元，其用于输入/输出被发送到所述中央处理单元/从所述中央处理单元接收的数字或模拟信号；
运动控制单元，其接收通过所述输入/输出单元从所述中央处理单元发送的应用程序的指令、并且产生用于驱动机构的驱动电机的电机控制信号，所述应用程序用于执行所述爬壁机器人的行进运动；
驱动控制单元，其用于接收从所述运动控制单元输出的电机控制信号、放大电流、并且产生能够实际地驱动所述驱动机构的驱动电机的电机输出信号；
导航控制单元，其基于根据从所述中央处理单元输入的导航执行命令而由所述导航接收器接收的IGPS信号来获得机器人当前位置的坐标值、通过将所述坐标值与从中央主机计算机传送的数字地图信息进行比较来识别和确定机器人的当前位置、以及规划用于执行从当前位置到目标位置的自主行进的路径；以及
传感器信号处理器，其用于将由安装在所述驱动机构上的多个传感器检测的检测信号转换成能够被所述中央处理单元识别的内部数字信号形式、并且将所得到的信号输入到所述中央处理单元。
5.如权利要求4所述的爬壁机器人，其特征在于，还包括：
紧急处理单元，其用于将从设置在所述驱动机构上的多个传感器检测的每个检测信号与姿态参考指标、障碍物参考指标、以及掉落参考指标中的任意一个进行比较、检查比较结果、并且输出确定结果，例如障碍物的识别以及机器人掉落的预测；
警报产生器，其用于根据所述紧急处理单元的确定结果来控制发光警报单元或者报警警报单元的掉落警报或碰撞警报的产生；以及
存储器，其用于记录和存储从所述中央主机计算机发送的数字地图信息、并且存储操作系统。
6.如权利要求1所述的爬壁机器人，其特征在于，还包括连接到运动单元、并且被设置成执行标记操作的标记模块，所述运动控制器被安装在所述运动单元中。
7.如权利要求1所述的爬壁机器人，其特征在于，还包括连接到运动单元、并且被设置成执行焊接螺柱操作的螺柱焊接模块，所述运动控制器被安装在所述运动单元中。
8.如权利要求7所述的爬壁机器人，其特征在于，还包括在对螺柱焊接模块执行初始研磨操作的安装位置连接到运动单元的研磨模块。
9.如权利要求1所述的爬壁机器人，其特征在于，还包括连接到运动单元、并且被设置成执行深度测量操作的深度测量模块，所述运动控制器被安装在所述运动单元中。
10.如权利要求1所述的爬壁机器人，其特征在于，多个第一和第二夹持单元以及多个紧固元件被设置到所述驱动机构的底部，以便更换或同时安装任务模块。
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