CN110757482A - 一种超导磁悬浮飞轮储能小型建筑检测机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超导磁悬浮飞轮储能小型建筑检测机器人，采用仿生蚂蚁的身体结构，在躯干和六个腿部设置飞轮储能驱动设备，六个腿部飞轮储能驱动设备负责提供行走的动力，头部布置现场记录摄像头，仿生模拟苍蝇的眼睛结构，腹部中心布置躯干飞轮储能驱动设备，腹部外周布置有腹部存储器，仿生蚂蚁头部设有一对触角，腹部尾部布置高清摄像头，所述六个腿部的末端均设有足部。本发明不但实现了对整体施工过程的记录，同时也对施工单位和施工人员的工作记录，以便于管理人员根据施工单位和人员的工作习惯分配任务，进一步的降低了安全事故的发生概率。

Description

一种超导磁悬浮飞轮储能小型建筑检测机器人

技术领域

本发明涉及机器人，具体是一种超导磁悬浮飞轮储能小型建筑检测机器人。

背景技术

大型建筑建造施工过程中会有多个作业面多个单位协同工作，因此整体建筑的完整施工过程的记录保存是建筑业的最大痛点之一，因为按相同时间表工作的各建设单位，主要通过现场口头、图纸、文字记录、会议以及视频会议沟通信息，信息很难及时充分沟通到位，信息保存片面、碎片化，人脑记忆带来了无尽的争端和资源浪费。大量的施工现场信息，如果通过直观的视频方式对建筑施工的整个过程进行实时全景记录、保存，就得以对施工过程形成数据库，同时，业主以及业主工程师也可以在线监督建造过程，事后也可以调用数据库对施工问题进行复查、核对和监督等。

由于三维视觉场景建模领域，可应用在基建行业，如房地产与高层建筑领域，解决实地测量难、时间成本高、现有虚拟现实产品效果真实性差的痛点。且在建筑项目中，因为建筑项目过于复杂，造成劳动生产率低下，劳动生产率低下是项目成本超支和进度延误问题的原因，传统的纸质记录或者音频、视频记录，是碎片化的记录手段，离散数据管理带来管理偏差；而且如果人工精确跟踪进度和质量，将耗费无法想象的时间，这导致管理人员无法把控项目，因此目前均采用机器人进行数据记录。

目前的建筑机器人都是遥控操作的机器，适用于标准件或者通用件；对于情形复杂的建筑工地以及高层建构筑物，机器人的应用极其有限，即使应用了部分的机器人，也反映出驱动功率低，使用时间短暂，不能够长时间续航，充放电次数受限，易出故障。也有长时间续航无人机受遥控操作，用于情形复杂的建筑工地以及高层建构筑物，无人机的应用有限于远景拍摄，近景拍摄局部部位，无法持续近距离拍摄同一个工作面。自动化与建筑设计和制造结合的建筑信息模型(BIM)应用软件已经被用于计划、管理和完成项目，但是还没有达到可以建造所需的系统集成的程度。在建筑机器人和长时间续航无人机应用于建筑业之前，所有对于建筑建造和使用过程中均未形成实时记忆，不可追溯既往的建造过程，现在，建筑机器人和长时间续航无人机回传记录的缺点是不能够对建造施工过程形成系统的历史记录，未能够搭建整体建筑的完整数据库。建筑物完工投入使用后，因高层建筑外观检查困难，虽然设计师设置了变形和沉降观测点，记录建筑物的情况，还需要人工定期巡视和检查外观，定期监测其变形程度，工作人员的职业危险暴露引发多起事故。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超导磁悬浮飞轮储能小型建筑检测机器人，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种超导磁悬浮飞轮储能小型建筑检测机器人，采用仿生蚂蚁的身体结构，在躯干和六个腿部设置飞轮储能驱动设备，六个腿部飞轮储能驱动设备负责提供行走的动力，头部布置现场记录摄像头，仿生模拟苍蝇的眼睛结构，腹部中心布置躯干飞轮储能驱动设备，腹部外周布置有腹部存储器，仿生蚂蚁头部设有一对触角，腹部尾部布置高清摄像头，所述六个腿部的末端均设有足部。

作为本发明进一步的方案，所述现场记录摄像头仿生模拟苍蝇的眼睛结构，高空有异物坠落时，能够在检测到后即时采取行动，驱使机器人避开坠落的物体。

作为本发明进一步的方案，所述机器人具备无线通信功能，能够与后台管理系统进行通讯。

作为本发明进一步的方案，所述机器人能够根据软件给出的建筑物设计图，以及需要移动的工作路径，确定自己的行动轨迹，所述高清摄像头360度扫描整个环境并生成视频，算出路径，然后开始相应的检测工作。

作为本发明进一步的方案，所述高清摄像头现场采集的视频片段会上传到后台管理系统，通过三维视觉建模，后台管理系统利用AI技术将视频拼接在一起，结合高清摄像头的移动路径和现场图纸，最终生成每天的施工现场全景记录。

作为本发明进一步的方案，所述仿生蚂蚁的六个足部和一对触角端均设计有五个爪型的脚趾。

作为本发明进一步的方案，所述五个爪型的脚趾其中两个是锥形的微刺，五个爪型的脚趾中间是吸盘。

作为本发明进一步的方案，所述飞轮储能驱动设备、现场记录摄像头均采用控制模块MCU进行控制。

作为本发明进一步的方案，所述机器人腿部包括基节、转节、股节、径节、跗节，之间均采用活动连接，所述基节活动连接在所述机器人本体上，所述转节与股节之间固定有所述飞轮及飞轮储能驱动设备。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明不但实现了对整体施工过程的记录，同时也对施工单位和施工人员的工作记录，以便于管理人员根据施工单位和人员的工作习惯分配任务，进一步的降低了安全事故的发生概率。

附图说明

图1为本发明机器人结构示意图。

图2为本发明机器人运动流程图。

图3为本发明机器人后台管理系统的管理示意图

图4为本发明机器人电路设计示意图

图5为本发明机器人控制原理框图

图6为本发明机器人本体控制原理图

图7为本发明机器人腿部控制原理图

图8为本发明机器人尾部控制原理图

图9为本发明机器人触角控制原理图

图10为本发明机器人唇基上颚控制原理图

图中：1-触角、2-摄像头、3-基节。4-飞轮储能驱动设备、5-跗节、6-径节、7-股节、8-转节、9-腹部存储器、10-高清摄像头。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例中，一种超导磁悬浮飞轮储能小型建筑检测机器人，采用仿生蚂蚁的身体结构，在躯干和六个腿部设置飞轮储能驱动设备4，共7个飞轮驱动装置，其中躯干部分使用一个大的驱动设备，六个腿部设置六个小的驱动设备，六个腿部飞轮储能驱动设备4负责提供行走的动力，头部布置现场记录摄像头2，仿生模拟苍蝇的眼睛结构，腹部中心布置躯干飞轮储能驱动设备，腹部外周布置有腹部存储器，仿生蚂蚁头部设有一对触角1，腹部尾部布置高清摄像头10，所述六个腿部的末端均设有足部。

所述现场记录摄像头4仿生模拟苍蝇的眼睛结构，高空有异物坠落时，能够在检测到后即时采取行动，驱使机器人避开坠落的物体。

所述机器人具备无线通信功能，能够与后台管理系统进行通讯。

所述机器人能够根据软件给出的建筑物设计图，以及需要移动的工作路径，确定自己的行动轨迹，所述高清摄像头360度扫描整个环境并生成视频，算出路径，然后开始相应的检测工作。

所述仿生蚂蚁的六个足部和一对触角1端均设计有五个爪型的脚趾。

所述五个爪型的脚趾其中两个是锥形的微刺，五个爪型的脚趾中间是吸盘。

所述飞轮储能驱动设备、现场记录摄像头均采用控制模块MCU进行控制。

所述机器人腿部包括基节3、转节8、股节7、径节6、跗节5，之间均采用活动连接，所述基节3活动连接在所述机器人本体上，所述转节8与股节7之间固定有所述飞轮及飞轮储能驱动设备4。

图1为本发明一个具体实施例的结构图，机器人采用仿生模拟蚂蚁的身体结构，保持身体敏捷平衡移动的同时尽可能在最小的身体容积产生大功率动力,因此在躯干和六个腿部设置了飞轮储能驱动设备4。六个腿部的飞轮储能驱动设备4主要负责提供行走以及避让异物的动力。

机器人材质大部分采用碳纤维，减轻重量；取样装置选用高端合金材料。

机器人由飞轮储能驱动设备4驱动，使用了高能量密度的复合材料技术和超导磁悬浮技术，技术成熟、功率密度高、充放电次数无限、寿命长以及无污染等优势。

头部主要布置现场记录摄像头2，仿生模拟苍蝇的眼睛结构，扫描摄录范围广；高空有异物或者混凝土水泥坠落时，能够在检测到后即时采取行动，短时间内爆发出极大的驱动力驱使机器人避开坠落的物体。

腹部中心主要布置躯干飞轮储能驱动设备4，外周布置有腹部存储器9。

腹部尾部主要布置高清摄像头10，所述高清摄像头10现场采集的视频片段会上传到后台管理系统，通过三维视觉建模，后台管理系统利用AI技术将视频拼接在一起，结合高清摄像头10的移动路径和现场图纸，最终生成每天的施工现场全景记录。

单个机器人的运动轨迹是一系列离散的三角步态足部运动，接触面对建筑物的破坏程度较小，可以在可能到达的各种坡度地面上、陡坡或者建筑物外立面选择最优的支撑点，对复杂地形的适应性强。

机器人的腿部具有18个部件(每个腿部都具有径节6、股节8、转节8，一共6个腿部)，从机械结构设计通过多个部件的协调，腿部协调运动灵活的同时，可以通过调节腿的长度保持身体水平也可以通过调节腿的伸展程度调整重心的位置，因此不易翻倒稳定性更高。

控制模块MCU控制算法需要做到机器人本体、六条腿部、两个触角1、复眼摄像头、尾部螺旋取样装置以及腹部无损检测设备的统一算法设计，实现机器人静止、行走、爬坡、立面攀登、悬挂等多种体位；实现现场拍照和摄录等多种功能；此外还需要增加传感器模块，协助机器人确定体位决策。

机器人六个足部和两个触角1端均设计有五个爪型的脚趾，其中两个是锥形的微刺，有助于抓住像混凝土等粗糙的表面；五个爪型的脚趾中间是吸盘，有助于吸住在玻璃以及光滑的壁面上，防止掉落。

本发明机器人由飞轮储能驱动，使用了高能量密度的复合材料技术和超导磁悬浮技术，充电时利用电动机带动飞轮高速旋转，在工程使用时再用飞轮带动发电机发电，具有技术成熟度高、高功率密度、长寿命、充放电次数无限以及无污染等技术优势。

本发明机器人检测的数据均存在数据库的指定位置，根据工作需要，实际记录可以与原方案比对，致力于避免因为缺少记录或文字、图片记录不准确等所导致的争执。

云端管理系统进行数据还原，采集、储存，比对以及进一步分析，所得出的所有数据入库备查。

其中，控制模块MCU包括两侧腿部控制、两侧触角1控制、摄像头控制和机器人其他部位的控制，两侧腿部控制将六个腿部进行单独控制包括控制右1脚18个部件、右2脚18个部件、右3脚18个部件、左1脚18个部件、左2脚18个部件、左3脚18个部件；两侧触角1控制包括触角端的和尾部的现场记录摄像头。

具体的，机器人后台管理系统包括后台操作员站、云数据库、业主远程操作、监理工程师远程操作，所述业主远程操作、监理工程师远程操作、后台操作员站均连接至所述云数据库。

具体的，施工现场全景记录查看单元实现了业主同时远程查看施工现场的状况和进度，同时可进行日期的选择进行查看，也能让业主同时远程查看施工现场的状况和进度，当需要查看记录时，只需进入工作平台，即可像Google全景地图一样查看施工现场，用户可以放大、向前、向后移动视角，同时能在界面右上角看到当前视图在整个现场图中的位置，当然，也可以通过选择日期来查看和对比过去几周、几个月的现场进度作；数据库单元实现了施工现场全景记录与原设计方案的存储，将施工现场全景记录与原设计方案存储至数据库中的制定位置，根据工作需要，实际记录可以与原方案比对，致力于避免因为缺少记录或文字、图片记录不准确等所导致的争执；云端管理单元实现了数据还原，采集、储存，比对以及进一步分析，并进行数据库的数据入库备查。

BIM系统的应用使得机电管线综合排布技术变得直观，并有效避免管线碰撞。如图9所示，通过机器人对现场预留洞标高及位置、梁底标高、结构柱倾斜度情况等影响机电管线分布关键部位的监测，将实测实量数据与现有设计成果BIM模型数据对比，及时调整BIM模型中建筑结构的三维数据。

上述的飞轮储能驱动的机器人可适用于大型建构筑物的建造施工过程中，多个作业面多个单位协同工作，整体建筑的完整施工过程的记录保存；大型建构筑物建造施工过程的在线监督检查，事后对施工记录的复查、核对和监督等；检测已建高层建筑定期巡检内、外立面；观察已建高层建筑各外部界面的泄漏情况，修补必要性；已建高层建筑外观破损、腐蚀、污染情况检测；是否必要修补、防腐以及除污；已建异形高层建筑的变形情况检测；三维视觉场景建模领域，可应用在基建行业，如房地产与高层建筑领域，火电厂烟囱及冷却塔等地方，解决实地测量难、时间成本高的痛点；大型舰艇建造完整过程的记录保存；大型舰艇建造过程复查、核对和监督等；大型舰艇建成后外形定期巡检。不但实现了对整体施工过程的记录，同时也对施工单位和施工人员的工作记录，以便于管理人员根据施工单位和人员的工作习惯分配任务，进一步的降低了安全事故的发生概率。

本发明的工作原理：在使用时，将飞轮储能机器人放置于检测的物体上，通过后台操作员进行操作，启动机器人，输入原型，若机器人收到指令，指令包括四个方向退出指令、测量、初始化、辅助运动，则进行四个操作方向，进行退出指令时，则显示置退出标志，进行检测串口、若接收指令，则进行功能模块，进行运动监控操作，在显示退出标志时，进行退出，若未显示，则重新输入原型；在进行测量时，进一步进行测量路径规划，进行机械腿运动，进行运动监控，若为正常返回，则进行转台旋转。测头测量，并采集和发送数据继续进行运动监控，在测量完成时，进行检测串口，进而在有退出标志时，进行退出；若为辅助运动指令时，进行运动监控，进行检测串口，在有退出标志时，退出；

同时远程控制模块MCU连接现场和远端的安全生产监督管理部门，当超出安全预设值时，远程控制模块MCU向相关部门输出事故报警信号。

作为本发明的改进，终端报警信号包括声音和/或震动。

作为本发明的改进，所述远程控制模块MCU包括总控单元和分控单元，所述总控单元用于接收所述实时信息和终端报警信号并授权所述分控单元接收所述实时信息和终端报警信号。

通过采用上述技术方案，总控单元的设置实现了管理人员对施工状况的远程监控，由于总控单元授权分控单元接收信息，使得监理、管理人员、业主以及相关人员都可以通过总控单元的授权得知现场的状况，实现了多方面的监控，进一步的提高了对建构筑物的安全预测。

作为本发明的改进，所述终端控制模块MCU将实时信息传输至云数据库，所述远程控制模块MCU通过云数据库获取所述实时施工信息。

综上所述，本发明具备如下突出的实质性特点和显著的进步：

(1)记录保存：

记录保存是困扰建筑行业的最大管理问题之一，建筑承包商按不同时间表人工记录现场工作，产生大量的报表和纸质报告，取样化验试验结果，大量的工作会议也不能保证信息的充分及时沟通，事故处理主要通过大脑记忆进行，这带来了很多争执。而通过机器人收集、AI整理的施工现场全景记录，可以通过选择日期来查看和对比过去几周、几个月的现场进度和施工情况，致力于避免因为缺少记录或文字、图片记录不准确等所导致的争执。也能让业主远程查看施工现场的状况和进度。各参建方可以基于共同的记录信息沟通工程各事项。施工验收投入商业运行后，可以存档备查。

(2)、辅助设计监理和施工监理工作，提高大型建筑建造施工安装管理质量

劳动生产率低下是项目成本超支和进度延误问题的原因。而劳动生产率低下，是因为建筑项目过于复杂，设计监理和施工监理密切跟踪工程的实施过程，如果人工精确跟踪进度和质量，将耗费无法想象的时间，这导致项目管理人员无法把控项目。

根据机器人的现场记录以及基于后台人工智能的计算机视觉软件，为管理人员提供有关建设进度、预算和质量的实时反馈。再通过专有的算法处理摄录数据，即可与设计比对，分析各个模块的完成进度。实际记录与项目预算和时间表进行对比，又可进一步给出当前的成本投入信息、生产进度信息、以及项目完成时间的预测。

另一方面，系统也会根据摄录扫描的数据，检查安装质量，发现异常安装建设等信息并立刻反馈，紧急情况直接蜂鸣器报警。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种超导磁悬浮飞轮储能小型建筑检测机器人，其特征在于，采用仿生蚂蚁的身体结构，在躯干和六个腿部设置飞轮储能驱动设备，六个腿部飞轮储能驱动设备负责提供行走的动力，头部布置现场记录摄像头，仿生模拟苍蝇的眼睛结构，腹部中心布置躯干飞轮储能驱动设备，腹部外周布置有腹部存储器，仿生蚂蚁头部设有一对触角，腹部尾部布置高清摄像头，所述六个腿部的末端均设有足部。

2.根据权利要求1所述的超导磁悬浮飞轮储能小型建筑检测机器人，其特征在于，所述现场记录摄像头仿生模拟苍蝇的眼睛结构，高空有异物坠落时，能够在检测到后即时采取行动，驱使机器人避开坠落的物体。

3.根据权利要求2所述的超导磁悬浮飞轮储能小型建筑检测机器人，其特征在于，所述机器人具备无线通信功能，能够与后台管理系统进行通讯。

4.根据权利要求3所述的超导磁悬浮飞轮储能小型建筑检测机器人，其特征在于，所述机器人能够根据软件给出的建筑物设计图，以及需要移动的工作路径，确定自己的行动轨迹，所述高清摄像头360度扫描整个环境并生成视频，算出路径，然后开始相应的检测工作。

5.根据权利要求4所述的超导磁悬浮飞轮储能小型建筑检测机器人，其特征在于，所述高清摄像头现场采集的视频片段会上传到后台管理系统，通过三维视觉建模，后台管理系统利用AI技术将视频拼接在一起，结合高清摄像头的移动路径和现场图纸，最终生成每天的施工现场全景记录。

6.根据权利要求5所述的超导磁悬浮飞轮储能小型建筑检测机器人，其特征在于，所述仿生蚂蚁的六个足部和一对触角端均设计有五个爪型的脚趾。

7.根据权利要求6所述的超导磁悬浮飞轮储能小型建筑检测机器人，其特征在于，所述五个爪型的脚趾其中两个是锥形的微刺，五个爪型的脚趾中间是吸盘。

8.根据权利要求7所述的超导磁悬浮飞轮储能小型建筑检测机器人，其特征在于，所述飞轮储能驱动设备、现场记录摄像头均采用控制模块MCU进行控制。

9.根据权利要求1-8任一所述的超导磁悬浮飞轮储能小型建筑检测机器人，其特征在于，所述机器人腿部包括基节、转节、股节、径节、跗节，之间均采用活动连接，所述基节活动连接在所述机器人本体上，所述转节与股节之间固定有所述飞轮及飞轮储能驱动设备。

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