一種船舶立面作業(yè)多功能爬行機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及專用爬行機(jī)器人領(lǐng)域，特別是指一種船舶立面作業(yè)多功能爬行機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]爬行機(jī)器人是集機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)技術(shù)、傳感控制技術(shù)于一體，能夠在立面移動(dòng)的一類機(jī)器人。目前，爬行機(jī)器人的設(shè)計(jì)需要具有針對(duì)性，根據(jù)行業(yè)特點(diǎn)選擇適合的吸附與移動(dòng)方式，進(jìn)而完成機(jī)械與電氣設(shè)計(jì)，才能達(dá)到預(yù)期目的，節(jié)約設(shè)計(jì)成本。雖然目前已有大量爬行機(jī)器人的相關(guān)研究，但針對(duì)船舶工業(yè)的生產(chǎn)需要，研制具有噴漆、焊接、清潔和切割等多功能的爬行機(jī)器人并應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)的仍然較少；同時(shí)，由于海洋船舶的構(gòu)造和工作環(huán)境的特殊性，在爬行機(jī)器人的定位方面也缺乏相應(yīng)的研究和應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出一種集多功能于一體，且能夠?qū)崿F(xiàn)精確定位的船舶立面作業(yè)多功能爬行機(jī)器人。
[0004]基于上述目的本發(fā)明提供的一種船舶立面作業(yè)多功能爬行機(jī)器人，包括爬行機(jī)器人和定位單元；
[0005]所述爬行機(jī)器人包括:車體、履帶式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、多功能操作平臺(tái)、機(jī)械臂、永磁體、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；所述履帶式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置在所述車體底端，用于帶動(dòng)所述爬行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)；所述永磁體設(shè)置在所述車體下部，用于通過(guò)磁力使所述爬行機(jī)器人吸附于船舶表面；所述多功能操作平臺(tái)固定于所述車體頂端，其上搭載有多種作業(yè)工具；所述機(jī)械臂可轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)置于所述多功能操作平臺(tái)表面，其上設(shè)置有通用夾具，用于夾取所述多種作業(yè)工具；所述伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)用于控制驅(qū)動(dòng)所述履帶式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和機(jī)械臂的動(dòng)作；
[0006]所述定位單元包括:激光測(cè)距儀、反光板、重力傾角傳感器；所述激光測(cè)距儀通過(guò)一絲杠水平設(shè)置于海洋船舶立面工作區(qū)域的一端；所述反光板和重力傾角傳感器均設(shè)置在所述車體前端；所述激光測(cè)距儀能夠由所述絲杠一端開(kāi)始沿其運(yùn)動(dòng)進(jìn)行移動(dòng)掃描，配合所述反光板確定所述爬行機(jī)器人距所述絲杠一端的縱向距離和橫向距離，同時(shí)結(jié)合所述重力傾角傳感器的傾角測(cè)量值對(duì)所述爬行機(jī)器人進(jìn)行精準(zhǔn)定位。
[0007]可選的，多種作業(yè)工具包括:噴槍、焊槍、清潔噴頭、切割刀。
[0008]優(yōu)選的，所述永磁體可拆卸的安裝于所述車體。
[0009]優(yōu)選的，所述機(jī)械臂通過(guò)一萬(wàn)向轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置在所述多功能操作平臺(tái)表面。
[0010]優(yōu)選的，所述定位單元還包括設(shè)置在所述車體前端且靠近所述反光板的光敏傳感器，用于對(duì)所述激光測(cè)距儀反射光點(diǎn)位置進(jìn)行檢測(cè)以準(zhǔn)確獲得所述縱向距離。
[0011]優(yōu)選的，所述絲杠由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，根據(jù)步進(jìn)電機(jī)步長(zhǎng)計(jì)算所述橫向距離。
[0012]本發(fā)明還提供了一種應(yīng)用如上任意一項(xiàng)所述的爬行機(jī)器人定位方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0013]以絲杠的一端為原點(diǎn)，所述絲杠所在的水平線為橫軸，建立直角坐標(biāo)系xoy ；
[0014]激光測(cè)距儀由原點(diǎn)開(kāi)始沿所述絲杠移動(dòng)掃描，直至接收到爬行機(jī)器人的車體前端的反光板返回的反射激光后停止；
[0015]獲取所述激光測(cè)距儀輸出距離信息作為所述爬行機(jī)器人的縱坐標(biāo)y，獲取所述激光測(cè)距儀由開(kāi)始移動(dòng)掃描直至停止所經(jīng)過(guò)的距離作為所述爬行機(jī)器人的橫坐標(biāo)X ;
[0016]獲取所述爬行機(jī)器人的車體前端設(shè)置的重力傾角傳感器的傾角測(cè)量值，用于表示所述爬行機(jī)器人的朝向角Θ ;
[0017]綜合所述爬行機(jī)器人的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)、朝向角，生成其位置信息(X，y, θ )τ。
[0018]優(yōu)選的，所述爬行機(jī)器人停止移動(dòng)掃描時(shí)，進(jìn)一步包括步驟:
[0019]所述爬行機(jī)器人的車體前端的光敏傳感器檢驗(yàn)所述激光測(cè)距儀發(fā)出的激光是否準(zhǔn)確照射在所述反光板上；當(dāng)照射位置存在偏差時(shí)，所述激光測(cè)距儀進(jìn)行位置微調(diào)。
[0020]優(yōu)選的，獲取所述激光測(cè)距儀由開(kāi)始移動(dòng)掃描直至停止所經(jīng)過(guò)的距離的步驟具體包括:
[0021]根據(jù)驅(qū)動(dòng)所述絲杠的步進(jìn)電機(jī)步長(zhǎng)計(jì)算生成所述激光測(cè)距儀的移動(dòng)距離以作為所述爬行機(jī)器人的橫坐標(biāo)X。
[0022]優(yōu)選的，進(jìn)一步包括步驟:
[0023]基于所述直角坐標(biāo)系xoy坐標(biāo)生成預(yù)設(shè)路徑；
[0024]實(shí)時(shí)獲取所述爬行機(jī)器人的位置信息；
[0025]根據(jù)所述位置信息控制所述爬行機(jī)器人沿所述預(yù)設(shè)路徑運(yùn)動(dòng)。
[0026]從上面所述可以看出，本發(fā)明提供的海洋船舶立面作業(yè)多功能爬行機(jī)器人系統(tǒng)，爬行機(jī)器人利用磁性材料對(duì)船舶表面進(jìn)行磁性吸附，同時(shí)利用履帶式結(jié)構(gòu)與船舶表面實(shí)現(xiàn)柔性接觸，使用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)確保設(shè)備的穩(wěn)定移動(dòng)與轉(zhuǎn)向；爬行機(jī)器人搭載可自由旋轉(zhuǎn)的操作平臺(tái)，通過(guò)多功能夾具夾持多種工作設(shè)備，實(shí)現(xiàn)360度自由轉(zhuǎn)向。在行進(jìn)過(guò)程中，爬行機(jī)器人通過(guò)定位單元中的激光測(cè)距儀和重力感應(yīng)器自動(dòng)進(jìn)行定位和糾偏，可實(shí)現(xiàn)直行、轉(zhuǎn)彎等路徑的自動(dòng)規(guī)劃。
【附圖說(shuō)明】
[0027]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0028]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的爬行機(jī)器人結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖2為本發(fā)明實(shí)施例的定位單元結(jié)構(gòu)和工作示意圖；
[0030]圖3為本發(fā)明爬行機(jī)器人定位方法的一個(gè)行走控制實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0031]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0032]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種船舶立面作業(yè)多功能爬行機(jī)器人，包括:爬行機(jī)器人和定位單元。
[0033]參考圖1，為本發(fā)明實(shí)施例的爬行機(jī)器人結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]爬行機(jī)器人，是海洋船舶立面作業(yè)的執(zhí)行裝置，其具體包括:車體1、履帶式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2、多功能操作平臺(tái)3、機(jī)械臂4、永磁體5、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。車體I構(gòu)成爬行機(jī)器人的主體部分，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊和控制的功能模塊均設(shè)置在車體I內(nèi)部。履帶式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2設(shè)置在車體I底端，與船舶表面柔性接觸，在伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)下能夠帶動(dòng)爬行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)；具體的，履帶式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2包括兩個(gè)履帶，沿車體I底端的長(zhǎng)度方向平行設(shè)置，兩個(gè)履帶同向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，爬行機(jī)器人能夠直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)前進(jìn)或后退，兩個(gè)履帶反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，爬行機(jī)器人能夠直線運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。永磁體5設(shè)置在車體I下部，通過(guò)磁力使爬行機(jī)器人克服自身重力吸附于船舶表面(一般是立面)。多功能操作平臺(tái)3固定于車體I頂端，其主要用途是安裝機(jī)械臂4并搭載常用的作業(yè)工具，一般的，作業(yè)工具包括有噴槍、焊槍、清潔噴頭、切割刀。機(jī)械臂4可轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)置在多功能操作平臺(tái)3上，其間的連接一般通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)連接機(jī)構(gòu)，如機(jī)械臂4底端通過(guò)轉(zhuǎn)軸安裝在多功能操作平臺(tái)3上，能夠?qū)崿F(xiàn)360度自由旋轉(zhuǎn)。具體的，機(jī)械臂4優(yōu)選的為多關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，用于實(shí)現(xiàn)多角度、方位的動(dòng)作，在其前端設(shè)置有通用夾具，該通用夾具與多功能操作平臺(tái)3上搭載的作業(yè)工具相匹配，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)不同作業(yè)工具的夾取固定。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)則能夠根據(jù)控制信號(hào)控制驅(qū)動(dòng)履帶式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2和機(jī)械臂4的動(dòng)作，完成爬行機(jī)器人的行走，以及機(jī)械臂4的工具夾取固定并進(jìn)行相應(yīng)的作業(yè)。
[0035]參考圖2，為本發(fā)明實(shí)施例的定位單元結(jié)構(gòu)和工作示意圖。
[0036]定位單元，用于對(duì)爬行機(jī)器人在工作區(qū)域內(nèi)進(jìn)行精準(zhǔn)定位，以輔助完成爬行機(jī)器人的自動(dòng)作業(yè)。定位單元具體包括:激光測(cè)距儀6、反光板7、重力傾角傳感器8。激光測(cè)距儀6通過(guò)一絲杠9水平設(shè)置于海洋船舶立面工作區(qū)域的一端。一般情況下，海洋船舶立面上預(yù)定的需要進(jìn)行作業(yè)的區(qū)域可以視為一矩形區(qū)域，絲杠9優(yōu)選沿矩形工作區(qū)域的一長(zhǎng)邊設(shè)置。參考圖2，在本實(shí)施例中，絲杠9沿矩形工作區(qū)域下端長(zhǎng)邊設(shè)置。絲杠9在伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)下能夠使得激光測(cè)距儀6沿其運(yùn)動(dòng)，并進(jìn)行移動(dòng)掃描，一般的，激光測(cè)距儀6進(jìn)行移動(dòng)掃描時(shí)，從絲杠9的一端開(kāi)始。反光板7、重力傾角傳感器8均設(shè)置在爬行機(jī)器人的車體I前端。當(dāng)激光測(cè)距儀6發(fā)出的激光照射到車體I前端安裝的反光板7時(shí)，伺服電機(jī)停止驅(qū)動(dòng)，此時(shí)車體I前端與激光測(cè)距儀6位于同一縱線上，此時(shí)可以確定爬行機(jī)器人距絲杠9 一端的縱向距離。激光測(cè)距儀6從開(kāi)始移動(dòng)掃描到停止后移動(dòng)過(guò)的距離，即爬行機(jī)器人距絲杠9 一端的橫向距離，優(yōu)選的根據(jù)驅(qū)動(dòng)絲杠9的步進(jìn)電機(jī)步長(zhǎng)計(jì)算。重力傾角傳感器8對(duì)于爬行機(jī)器人的傾角測(cè)量值，反映了爬行機(jī)器人的朝向，可據(jù)此得到爬行機(jī)器人的朝向角。以絲杠9所在的水平線為橫軸，其一端(本實(shí)施例中為左端)為原點(diǎn)可建立一直角坐標(biāo)系，綜合上述的爬行機(jī)器人距絲杠9 一端的縱向距離、橫向距離、以及朝向角，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)爬行機(jī)器人的精準(zhǔn)定位。
[0037]在優(yōu)選實(shí)施例中，永磁體5可拆卸的安裝于車體I。根據(jù)不同工作情況，如多功能操作平臺(tái)3上搭載不同數(shù)量、規(guī)格的作業(yè)工具時(shí)，通過(guò)拆卸調(diào)整使用不同的永磁體5，以保證爬行機(jī)器人吸附的牢固程度；同時(shí)，也能夠方便的對(duì)永磁體5進(jìn)行維護(hù)工作。
[0038]在優(yōu)選實(shí)施例中，機(jī)械臂4通過(guò)一萬(wàn)向轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置在多功能操作平臺(tái)3表面。萬(wàn)向轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)可以為萬(wàn)向球或陀螺儀。
[0039]本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種應(yīng)用如上述實(shí)施例所述的船舶立面作業(yè)多功能爬行機(jī)器人的爬行機(jī)器人定位方法，該方法包括以下步驟:
[0040]步