CN112407091A - 一种双体式负压吸附爬壁机器人的控制系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双体式负压吸附爬壁机器人的控制系统及控制方法,该控制系统主要包括主控制板模块、检测模块、无线通讯模块、分体式运动控制模块、翻转连接模块和负压吸附模块;主控制板模块为控制核心,负责接受无线通讯模块的控制指令,同时发送运动控制指令到分体式运动控制模块、翻转连接模块和负压吸附模块;检测模块用于系统上电后开始检测无线通讯模块的通讯情况、分体式运动控制模块的初始运动状态和负压吸附模块的压力阈值。该控制系统模块化程度高,每一个模块独立分布,方便组装和拆卸;控制方法简单、操作灵活,壁面的适应性更强;较大地提高了在大型壁面结构上的探伤、清洗等相关作业的自动化水平。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术领域,具体涉及一种双体式负压吸附爬壁机器人的控制系统及控制方法。
背景技术
爬壁机器人作为特种作业机器人的一支,主要工作在距离地面一定高度,人无法直接接触到的各种自然环境和人工建筑,比如对于高楼大厦的外墙表面的检测或者清洗工作,当前主要的工作还是由“蜘蛛人”来完成,虽然投资低,但是作业效率低下,高空作业危险性高。在用人成本居高不下的当今,迫切需要能够替代人工完成这类工作的智能机器人,该类机器人需要一种能够在这类壁面上稳定吸附,并且能够搭载其他作业工具来完成各种作业。其中采用负压爬壁机器人是一种比较有效的方式,而控制系统作为爬壁机器人及爬壁机器人的核心部分,其重要性不言而喻。所述的控制系统要能够实现爬壁机器人基本的运动控制,并且配备相应的接口,便于接入其他的作业工具。
发明内容
有鉴于此,本发明为解决现有的大面积壁面探伤、清洗等作业中所需要的负压爬壁机器人的控制问题,尤其是经常需要壁面过渡的应用场景,提供一种双体式负压吸附爬壁机器人的控制系统及控制方法。
本发明通过以下技术手段解决上述问题:
一方面,本发明提供一种双体式负压吸附爬壁机器人的控制系统,包括主控制板模块、检测模块、无线通讯模块、分体式运动控制模块、翻转连接模块和负压吸附模块;
所述无线通讯模块用于接收操作者的控制指令;
所述主控制板模块为整个双体式负压吸附爬壁机器人的控制核心,负责接受无线通讯模块的控制指令,同时发送运动控制指令到分体式运动控制模块、翻转连接模块和负压吸附模块;
所述检测模块用于系统上电后开始检测无线通讯模块的通讯情况、分体式运动控制模块的初始运动状态和负压吸附模块的压力阈值;
所述分体式运动控制模块包括主运动控制模块和副运动控制模块;
所述主运动控制模块内部布置有主负压吸附模块和主双履带式运动机构;
所述副运动控制模块内部布置有副负压吸附模块和副双履带式运动机构;
所述主负压吸附模块和副负压吸附模块组成所述负压吸附模块;
所述主运动控制模块为自旋转机构,主负压吸附模块和主双履带式运动机构安装在内部的旋转机构中,可围绕外部框架转动;
所述副运动控制模块为自旋转机构,副负压吸附模块和副双履带式运动机构安装在内部的旋转机构中,可围绕外部框架转动;
所述主运动控制模块和副运动控制模块通过翻转连接模块连接在一起;所述翻转连接模块上设置有舵机,通过主控制板模块控制舵机的运动;
所述主负压吸附模块和副负压吸附模块中都设置有压力检测装置,检测压力值并传输到主控制板模块;主控制模块通过读取返回值实时调整离心风机的转速,保持负压腔中的压力恒定;
所述主负压吸附模块和副负压吸附模块中的压力检测装置分别和主控制板模块连接,分别独立控制两个负压腔中的压力值,方便机器人在壁面上运行和过渡。
进一步地,所述无线通讯模块包括手持端的手持遥控器和机器人端的接收器,两者之间通过无线网络进行自定义数据格式的数据交换。
进一步地,所述主控制板模块和无线通讯模块的接收器均安装在主运动控制模块中。
进一步地,所述副运动控制模块中的副负压吸附模块和副双履带式运动机构通过线缆和主控制板模块连接在一起。
进一步地,所述主双履带式运动机构包括主运动模块、主左侧履带和主右侧履带,主左侧履带和主右侧履带围绕在主运动模块上;副双履带式运动机构包括副运动模块、副左侧履带和副右侧履带,副左侧履带和副右侧履带围绕在副运动模块上。
另一方面,本发明还提供一种双体式负压吸附爬壁机器人的控制方法,包括如下步骤:
S1、将双体式负压吸附爬壁机器人放在地面上,系统上电;系统上电后,进行无线通讯测试,测试安装在机器人上的接收器和操作者的手持遥控器通讯是否良好;
S2、操作者通过手持遥控器操作机器人在地面上行走至待爬行壁面底部合适位置,其中主运动控制模块在前,副运动控制模块在后;
S3、操作者操作手持遥控器控制翻转连接模块,使主运动控制模块慢慢抬起,直至主运动控制模块底面和壁面平行;然后操作者控制机器人前进至主运动控制模块和壁面贴合在一起;
S4、操作者按下风机启动按钮,开启风机;操作者通过手柄控制主运动控制模块上面的风机增加速度至指定的转速,负压腔内的压力达到指定的值,产生足够大的吸附力让主运动控制模块稳定地吸附在壁面上;
S5、操作者控制机器人沿着壁面前进一段距离,该距离大于副运动控制模块和翻转连接模块的长度和,操作翻转连接模块使副运动控制模块缓缓下落至底面和壁面贴合;
S6、操作者通过手柄控制副运动控制模块上面的风机增加速度至指定的转速,负压腔内的压力达到指定的值,产生足够大的吸附力让副运动控制模块稳定地吸附在壁面上;
S7、操作者即可操作机器人在壁面上完成相应地工作任务。
进一步地,如果机器人遇到向外需要过渡的壁面,重复步骤S3-S6,只是在步骤S3中主运动控制模块向内落下。
进一步地,在以上步骤S1-S6中,副运动控制模块在前,主运动控制模块在后同样可完成壁面过渡的任务。
进一步地,当机器人完全吸附在壁面上以后,通过控制主运动控制模块和副运动控制模块中的两组履带来实现主运动控制模块和副运动控制模块同时围绕外部框架转动;机器人无论出于何种形态,均可实现同样的运动方式。
进一步地,如果负压吸附爬壁机器人主控制板模块检测到系统发生异常时,主控制板模块自动开启保护功能,运行中的主运动控制模块和副运动控制模块自动进行紧急停止,同时负压吸附模块保持爬壁机器人能稳定吸附在壁面上。
与现有技术相比,本发明的有益效果至少包括:
1、双体式负压爬壁机器人的控制系统模块化程度高,每一个模块独立分布,方便组装和拆卸,可以自由的分解为两个单体机器人;
2、双体式负压爬壁机器人的控制方法简单、操作灵活,壁面的适应性更强;
3、较大地提高了在大型壁面结构上的探伤、清洗等相关作业的自动化水平。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明负压吸附爬壁机器人的控制系统的原理图;
图2为本发明负压吸附爬壁机器人的控制方法的流程图;
图3为双体式负压吸附爬壁机器人的结构示意图;
图4-图6为双体式负压吸附爬壁机器人壁面过渡示意图;
图7-图9为双体式负压吸附爬壁机器人运动姿态示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面将结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。需要指出的是,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。
实施例1
如图1所示,本发明提供一种双体式负压吸附爬壁机器人的控制系统,包括主控制板模块、检测模块、无线通讯模块、分体式运动控制模块、翻转连接模块和负压吸附模块;
所述无线通讯模块用于接收操作者的控制指令;无线通讯模块包括手持端的手持遥控器和机器人端的接收器,两者之间通过无线网络进行自定义数据格式的数据交换;操作者通过手持遥控器发射控制指令,控制指令通过无线网络传输给机器人端的接收器;
所述主控制板模块为整个双体式负压吸附爬壁机器人的控制核心,负责接受无线通讯模块的控制指令,同时发送运动控制指令到分体式运动控制模块、翻转连接模块和负压吸附模块;
所述检测模块用于系统上电后开始检测无线通讯模块的通讯情况、分体式运动控制模块的初始运动状态和负压吸附模块的压力阈值;系统上电后,检测模块会进行无线通讯测试,测试安装在机器人上的接收机和操作者的手持遥控器通讯是否良好;
所述分体式运动控制模块包括主运动控制模块和副运动控制模块;
所述主运动控制模块内部布置有主负压吸附模块和主双履带式运动机构;
所述副运动控制模块内部布置有副负压吸附模块和副双履带式运动机构;
所述主负压吸附模块和副负压吸附模块组成所述负压吸附模块;
所述主运动控制模块为自旋转机构,主负压吸附模块和主双履带式运动机构安装在内部的旋转机构中,可以围绕外部框架转动;
所述副运动控制模块为自旋转机构,副负压吸附模块和副双履带式运动机构安装在内部的旋转机构中,可以围绕外部框架转动;
所述主运动控制模块和副运动控制模块通过翻转连接模块连接在一起;所述翻转连接模块上设置有舵机,通过主控制板模块控制舵机的运动;
所述主负压吸附模块和副负压吸附模块中都设置有压力检测装置,检测压力值并传输到主控制板模块;主控制模块通过读取返回值实时调整离心风机的转速,保持负压腔中的压力恒定;
所述主负压吸附模块和副负压吸附模块中的压力检测装置分别和主控制板模块连接,分别独立控制两个负压腔中的压力值,方便机器人在壁面上运行和过渡。
具体地,所述主控制板模块和无线通讯模块的接收器均安装在主运动控制模块中。
具体地,所述副运动控制模块中的副负压吸附模块和副双履带式运动机构通过线缆和主运动控制模块中的主控制板模块连接在一起。
具体地,所述主双履带式运动机构包括主运动模块、主左侧履带和主右侧履带,主左侧履带和主右侧履带围绕在主运动模块上;副双履带式运动机构包括副运动模块、副左侧履带和副右侧履带,副左侧履带和副右侧履带围绕在副运动模块上。
本发明双体式负压爬壁机器人的控制系统模块化程度高,每一个模块独立分布,方便组装和拆卸,可以自由的分解为两个单体机器人。
实施例2
如图2-9所示,本发明还提供一种双体式负压吸附爬壁机器人的控制方法,包括如下步骤:
第一步:将双体式负压吸附爬壁机器人放在地面上,系统上电;系统上电后,进行无线通讯测试,测试安装在机器人上的接收器和操作者的手持遥控器通讯是否良好;
第二步:操作者通过手持遥控器操作机器人在地面上行走至待爬行壁面底部合适位置,其中主运动控制模块在前,副运动控制模块在后;
第三步:操作者操作手持遥控器控制翻转连接模块,使主运动控制模块慢慢抬起,直至主运动控制模块底面和壁面平行;然后操作者控制机器人前进至主运动控制模块和壁面贴合在一起;
第四步:操作者按下风机启动按钮,开启风机;操作者通过手柄控制主运动控制模块上面的风机增加速度至指定的转速,负压腔内的压力达到指定的值,产生足够大的吸附力让主运动控制模块稳定地吸附在壁面上;
第五步:操作者控制机器人沿着壁面前进一段距离(大于副运动控制模块和翻转连接模块的长度和),操作翻转连接模块使副运动控制模块缓缓下落至底面和壁面贴合;
第六步:操作者通过手柄控制副运动控制模块上面的风机增加速度至指定的转速,负压腔内的压力达到指定的值,产生足够大的吸附力让副运动控制模块稳定地吸附在壁面上;
第七步:操作者即可操作机器人在壁面上完成相应地工作任务。
如果机器人遇到向外需要过渡的壁面,重复步骤3-6,只是在步骤3中主运动控制模块向内落下;
在以上步骤1-6中,副运动控制模块在前,主运动控制模块在后同样可以完成壁面过渡的任务;
当机器人完全吸附在壁面上以后,可以通过控制主运动控制模块和副运动控制模块中的两组履带来实现主运动控制模块和副运动控制模块同时围绕外部框架转动;所述机器人无论出于何种形态,均可以实现同样的运动方式;
如果所述的负压吸附爬壁机器人主控制板模块检测到系统发生异常时,主控制板模块自动开启保护功能,运行中的主运动控制模块和副运动控制模块自动进行紧急停止,同时负压吸附模块保持爬壁机器人能稳定吸附在壁面上。
本发明双体式负压爬壁机器人的控制方法简单、操作灵活,壁面的适应性更强;较大地提高了在大型壁面结构上的探伤、清洗等相关作业的自动化水平。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种双体式负压吸附爬壁机器人的控制系统,其特征在于,包括主控制板模块、检测模块、无线通讯模块、分体式运动控制模块、翻转连接模块和负压吸附模块;
所述无线通讯模块用于接收操作者的控制指令;
所述主控制板模块为整个双体式负压吸附爬壁机器人的控制核心,负责接受无线通讯模块的控制指令,同时发送运动控制指令到分体式运动控制模块、翻转连接模块和负压吸附模块;
所述检测模块用于系统上电后开始检测无线通讯模块的通讯情况、分体式运动控制模块的初始运动状态和负压吸附模块的压力阈值;
所述分体式运动控制模块包括主运动控制模块和副运动控制模块;
所述主运动控制模块内部布置有主负压吸附模块和主双履带式运动机构;
所述副运动控制模块内部布置有副负压吸附模块和副双履带式运动机构;
所述主负压吸附模块和副负压吸附模块组成所述负压吸附模块;
所述主运动控制模块为自旋转机构,主负压吸附模块和主双履带式运动机构安装在内部的旋转机构中,可围绕外部框架转动;
所述副运动控制模块为自旋转机构,副负压吸附模块和副双履带式运动机构安装在内部的旋转机构中,可围绕外部框架转动;
所述主运动控制模块和副运动控制模块通过翻转连接模块连接在一起;所述翻转连接模块上设置有舵机,通过主控制板模块控制舵机的运动;
所述主负压吸附模块和副负压吸附模块中都设置有压力检测装置,检测压力值并传输到主控制板模块;主控制模块通过读取返回值实时调整离心风机的转速,保持负压腔中的压力恒定;
所述主负压吸附模块和副负压吸附模块中的压力检测装置分别和主控制板模块连接,分别独立控制两个负压腔中的压力值,方便机器人在壁面上运行和过渡。
2.根据权利要求1所述的双体式负压吸附爬壁机器人的控制系统,其特征在于,所述无线通讯模块包括手持端的手持遥控器和机器人端的接收器,两者之间通过无线网络进行自定义数据格式的数据交换。
3.根据权利要求2所述的双体式负压吸附爬壁机器人的控制系统,其特征在于,所述主控制板模块和无线通讯模块的接收器均安装在主运动控制模块中。
4.根据权利要求1所述的双体式负压吸附爬壁机器人的控制系统,其特征在于,所述副运动控制模块中的副负压吸附模块和副双履带式运动机构通过线缆和主控制板模块连接在一起。
5.根据权利要求1所述的双体式负压吸附爬壁机器人的控制系统,其特征在于,所述主双履带式运动机构包括主运动模块、主左侧履带和主右侧履带,主左侧履带和主右侧履带围绕在主运动模块上;副双履带式运动机构包括副运动模块、副左侧履带和副右侧履带,副左侧履带和副右侧履带围绕在副运动模块上。
6.一种双体式负压吸附爬壁机器人的控制方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1、将双体式负压吸附爬壁机器人放在地面上,系统上电;系统上电后,进行无线通讯测试,测试安装在机器人上的接收器和操作者的手持遥控器通讯是否良好;
S2、操作者通过手持遥控器操作机器人在地面上行走至待爬行壁面底部合适位置,其中主运动控制模块在前,副运动控制模块在后;
S3、操作者操作手持遥控器控制翻转连接模块,使主运动控制模块慢慢抬起,直至主运动控制模块底面和壁面平行;然后操作者控制机器人前进至主运动控制模块和壁面贴合在一起;
S4、操作者按下风机启动按钮,开启风机;操作者通过手柄控制主运动控制模块上面的风机增加速度至指定的转速,负压腔内的压力达到指定的值,产生足够大的吸附力让主运动控制模块稳定地吸附在壁面上;
S5、操作者控制机器人沿着壁面前进一段距离,该距离大于副运动控制模块和翻转连接模块的长度和,操作翻转连接模块使副运动控制模块缓缓下落至底面和壁面贴合;
S6、操作者通过手柄控制副运动控制模块上面的风机增加速度至指定的转速,负压腔内的压力达到指定的值,产生足够大的吸附力让副运动控制模块稳定地吸附在壁面上;
S7、操作者即可操作机器人在壁面上完成相应地工作任务。
7.根据权利要求6所述的双体式负压吸附爬壁机器人的控制方法,其特征在于,如果机器人遇到向外需要过渡的壁面,重复步骤S3-S6,只是在步骤S3中主运动控制模块向内落下。
8.根据权利要求6所述的双体式负压吸附爬壁机器人的控制方法,其特征在于,在以上步骤S1-S6中,副运动控制模块在前,主运动控制模块在后同样可完成壁面过渡的任务。
9.根据权利要求6所述的双体式负压吸附爬壁机器人的控制方法,其特征在于,当机器人完全吸附在壁面上以后,通过控制主运动控制模块和副运动控制模块中的两组履带来实现主运动控制模块和副运动控制模块同时围绕外部框架转动;机器人无论出于何种形态,均可实现同样的运动方式。
10.根据权利要求6所述的双体式负压吸附爬壁机器人的控制方法,其特征在于,如果负压吸附爬壁机器人主控制板模块检测到系统发生异常时,主控制板模块自动开启保护功能,运行中的主运动控制模块和副运动控制模块自动进行紧急停止,同时负压吸附模块保持爬壁机器人能稳定吸附在壁面上。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210226 |
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