一種履帶式磁吸附爬壁機器人的制作方法
【專利摘要】一種履帶式磁吸附爬壁機器人，包括扁平的車體，所述車體采用鋁合金制作成封閉性的腔體，內(nèi)部裝有控制系統(tǒng)、永磁鐵和行走驅(qū)動系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明所述的履帶式磁吸附爬壁機器人，可用于集裝箱、廂體及機艙內(nèi)部，該機器人能靈活轉(zhuǎn)動，可實現(xiàn)障礙避讓，獲取各個位置的圖像信息，協(xié)助關(guān)員檢查、查驗。
【專利說明】
一種履帶式磁吸附爬壁機器人
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及工業(yè)機器人領(lǐng)域，特別涉及一種履帶式磁吸附爬壁機器人。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，海關(guān)在貨運通關(guān)現(xiàn)場對集裝箱類貨物除H986外，仍然以依靠人工為主，特別是當箱內(nèi)貨物較多、較滿時，搬移貨物的人力、物力耗費巨大。
[0003]海關(guān)查驗爬壁機器人是基于海關(guān)查驗業(yè)務(wù)需要開發(fā)的專用機器人。機器人通過發(fā)揮其體積小巧靈活、防腐防毒、適應(yīng)多種環(huán)境等機械特性，實現(xiàn)在人不易完成或較難完成的狹小空間、惡劣環(huán)境下的查驗工作;通過發(fā)揮其智能化、可視化等系統(tǒng)特點，實現(xiàn)遠程操控、即時分析等輔助執(zhí)法功能。
[0004]爬壁機器人最主要的一個特點是機器人可以克服重力作用，在一定傾斜度、垂直或者倒立的壁面上具有靜止及移動的能力。目前爬壁機器人吸附方式主要包括磁吸附、負壓吸附、螺旋槳推壓、膠吸附等。海關(guān)監(jiān)管所涉及到的集裝箱與廂式貨柜車大部分為導(dǎo)磁面材料(例如瓦楞彩鋼板)制作，負壓吸附無法提供足夠的吸力，這種情況適合磁吸附爬壁機器人應(yīng)用，磁吸附方式能產(chǎn)生很大的吸附力，不受壁面凸凹或裂縫的限制。因此磁吸附爬壁機器人適合海關(guān)貨箱內(nèi)部查驗。貨箱內(nèi)部經(jīng)常會有瓦楞式設(shè)計，且有可能裝有橫向加強筋，機器人需要具有一定的越障能力。機器人查驗的方式為從貨箱入口頂部放入，并以直線路徑進入貨箱內(nèi)部，到頭后再返回入口處，運行過程中將貨箱內(nèi)部的視頻或圖像信息以無線傳輸?shù)姆绞椒答伣o控制盒供關(guān)員查驗。
[0005]中國專利申請20041006429.6，記載了一種〃磁輪吸附式爬壁機器人”涉及到了這種機器人。其缺點是驅(qū)動輪與壁面接觸面積小，磁能利用率低和磁吸附力小，磁輪往往需做的比較大，以滿足機器人的負載和安全爬壁的要求，但這又增加了機器人的重量和運動的靈活性。
[0006]將磁鐵嵌入到履帶上組成磁吸附移動機構(gòu)，在導(dǎo)磁壁面上運動時，具有吸附力大，負載能力強的優(yōu)點，同時因履帶與壁面接觸面大，轉(zhuǎn)向阻力大，降低了機器人的運動靈活性，致使機器人轉(zhuǎn)向不靈活。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明提出一種磁吸附式履帶爬壁機器人，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中海關(guān)查驗車廂爬壁機器人的技術(shù)問題。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0009]—種履帶式磁吸附爬壁機器人，包括車體，所述車體為扁平的立方體結(jié)構(gòu)，其中上下兩個面的面積較大。
[0010]所述車體采用鋁合金制作成封閉性的腔體，內(nèi)部裝有控制系統(tǒng)、永磁鐵和行走驅(qū)動系統(tǒng)。
[0011]行走驅(qū)動系統(tǒng)包括電機和輪履結(jié)合的運動結(jié)構(gòu)，車體兩側(cè)裝有四個輪子和兩條履帶用于行走和轉(zhuǎn)向，車體前部、后部和頂部的中心位置均裝有攝像頭，用于攝像偵查。
[0012]頂部攝像頭旁邊均布置有兩組光源，兩側(cè)輪子中間裝有圖像傳輸天線和控制天線。
[0013]在車體前后側(cè)設(shè)置超聲及激光測距傳感器，可進行測距，實現(xiàn)自主避障。
[0014]在車體上表面還依次設(shè)置有保險管、總開關(guān)、指示燈、航插。
[0015]在車體內(nèi)部下層設(shè)置有多組磁鐵組，所述磁鐵組包括多個永磁鐵，所述永磁鐵呈長方體并分為兩排并列設(shè)置，所述磁鐵組包括至少五對并排設(shè)置的長方體形的永磁鐵。
[0016]優(yōu)選的，作為動力系統(tǒng)，在輪式磁吸附爬壁機器人內(nèi)部裝有兩臺電機，兩臺電機分別位于在車體底部的前部和后部，每臺電機驅(qū)動一側(cè)輪子，前側(cè)電機驅(qū)動右側(cè)輪子，后側(cè)電機驅(qū)動左側(cè)輪子，所述電機通過傳動帶驅(qū)動輪子。
[0017]前側(cè)電機的輸出軸連接右側(cè)傳動帶的主動帶輪，主動帶輪帶動右側(cè)傳動帶轉(zhuǎn)動，右側(cè)傳動帶的轉(zhuǎn)動帶動位于后部輪軸上的被動帶輪，從而實現(xiàn)右側(cè)前后兩個輪子的轉(zhuǎn)動；
[0018]后側(cè)電機的輸出軸連接左側(cè)傳動帶的主動帶輪，主動帶輪帶動左側(cè)傳動帶轉(zhuǎn)動，左側(cè)傳動帶的轉(zhuǎn)動帶動位于后部輪軸上的被動帶輪，從而實現(xiàn)左側(cè)前后兩個輪子的轉(zhuǎn)動；
[0019]在兩側(cè)輪子的外部套裝履帶，從而實現(xiàn)輪履結(jié)合的運動結(jié)構(gòu)。
[0020]優(yōu)選的，作為控制系統(tǒng)，采用2.4G無線射頻信號進行遙控，可將機器人端的數(shù)據(jù)傳回遙控端。
[0021]攝像頭得到的三路圖像均可以通過5.SG射頻信號傳回到遙控器端。
[0022]控制系統(tǒng)主控芯片CPU采用STM32F103VET6，電機驅(qū)動采用TI集成芯片DRV8432驅(qū)動兩個Maxon直流有刷電機，支持電機編碼器接口測速實現(xiàn)速度閉環(huán)控制，還支持電機電流監(jiān)測實現(xiàn)電流閉環(huán)控制。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明的履帶式磁吸附爬壁機器人的示意圖。
[0024]圖2是本發(fā)明的履帶式磁吸附爬壁機器人的內(nèi)部下層結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖3是本發(fā)明的履帶式磁吸附爬壁機器人的側(cè)視圖。
[0026]圖4是本發(fā)明一種履帶式磁吸附爬壁機器人的內(nèi)部上層結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027](注意:附圖中的所示結(jié)構(gòu)只是為了說明本發(fā)明特征的示意，并非是要依據(jù)附圖所示結(jié)構(gòu)。)
【具體實施方式】
[0028]如圖1、3所示，根據(jù)本發(fā)明所述的履帶式磁吸附爬壁機器人，包括車體，所述車體為扁平的立方體結(jié)構(gòu)，其中上下兩個面的面積較大。
[0029]所述車體采用鋁合金制作成封閉性的腔體，內(nèi)部裝有控制系統(tǒng)、永磁鐵和行走驅(qū)動系統(tǒng)。
[0030]為適應(yīng)集裝箱箱體內(nèi)部瓦楞彩鋼板結(jié)構(gòu)，底盤采用輪履結(jié)合的運動結(jié)構(gòu)，車體兩側(cè)裝有四個輪子和兩條履帶9用于行走和轉(zhuǎn)向，車體前部、后部和頂部的中心位置均裝有攝像頭4、6，用于攝像偵查。頂部攝像頭6旁邊均布置有兩組光源7，兩側(cè)輪子中間裝有圖像傳輸天線15和控制天線16。
[0031]此外，還可在車體前后側(cè)設(shè)置超聲及激光測距傳感器(未圖示)，可進行測距，實現(xiàn)自主避障。
[0032 ]如圖1所示，在車體上表面還依次設(shè)置有保險管1、總開關(guān)2、指示燈3、航插5。
[0033]如圖2所示，在履帶式磁吸附爬壁機器人的內(nèi)部下層設(shè)置有多組磁鐵組，所述磁鐵組包括多個永磁鐵14，所述永磁鐵14呈長方體并分為兩排并列設(shè)置。所述磁鐵組包括至少五對并排設(shè)置的長方體形的永磁鐵14。
[0034]所述磁鐵組還配備高度可調(diào)裝置，能夠精確調(diào)整磁鐵高度，使磁力大小精確可控。
[0035]由此一來，使用永磁吸附技術(shù)來實現(xiàn)履帶式磁吸附爬壁機器人對集裝箱箱體內(nèi)部瓦楞彩鋼板等吸附面的附著，由于永磁鐵布置在履帶式磁吸附爬壁機器人車體底部，因此永磁鐵與吸附面不直接接觸從而形成懸磁吸附。
[0036]如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明的履帶式磁吸附爬壁機器人的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖可知，在履帶式磁吸附爬壁機器人內(nèi)部裝有兩臺電機8，兩臺電機8分別位于在車體底部的前部和后部，每臺電機8驅(qū)動一側(cè)輪子。如前側(cè)電機8驅(qū)動右側(cè)輪子，后側(cè)電機8驅(qū)動左側(cè)輪子。進一步的，所述電機8通過傳動帶驅(qū)動輪子。
[0037]如圖3所示，前側(cè)電機8的輸出軸連接右側(cè)傳動帶的主動帶輪，主動帶輪帶動右側(cè)傳動帶轉(zhuǎn)動，右側(cè)傳動帶的轉(zhuǎn)動帶動位于后部輪軸上的被動帶輪，從而實現(xiàn)右側(cè)前后兩個輪子的轉(zhuǎn)動。
[0038]同樣的，后側(cè)電機8的輸出軸連接左側(cè)傳動帶的主動帶輪，主動帶輪帶動左側(cè)傳動帶轉(zhuǎn)動，左側(cè)傳動帶的轉(zhuǎn)動帶動位于后部輪軸上的被動帶輪，從而實現(xiàn)左側(cè)前后兩個輪子的轉(zhuǎn)動。
[0039]如圖1、2所示，在兩側(cè)輪子的外部套裝履帶9，從而實現(xiàn)輪履結(jié)合的運動結(jié)構(gòu)，這種設(shè)計結(jié)構(gòu)扁平，可以降低機器人整體高度。
[0040]此外，如圖1所示，在車體側(cè)面還設(shè)置有履帶松緊調(diào)整裝置11，用于對履帶9的松緊度進行調(diào)節(jié)。所述履帶松緊調(diào)整裝置11可采用張緊輪或靴式張緊器或其他張緊器的形式。
[0041]基于以上運動結(jié)構(gòu)，在前進和后退時電機8轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速相同，轉(zhuǎn)彎時則通過兩側(cè)電機8的速度差來實現(xiàn)，即通過兩側(cè)輪系差速運動實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎或原地轉(zhuǎn)向。
[0042]如圖4所示，頂部攝像頭6還配備防撞回彈裝置13，當機器人不慎掉落時可以有效保護攝像頭。
[0043]如圖4所示，履帶式磁吸附爬壁機器人的內(nèi)部上層設(shè)置有控制系統(tǒng)12。
[0044]具體的，根據(jù)本發(fā)明的履帶式磁吸附爬壁機器人采用遙控行走方式。采用2.4G無線射頻信號進行遙控，并可將機器人端的數(shù)據(jù)(如測距傳感器測得的數(shù)據(jù)，機器人剩余電量)傳回遙控端，供操作員參考。三路圖像均可以通過5.SG射頻信號傳回到遙控器端。控制系統(tǒng)主控芯片CPU采用STM32F103VET6，電機驅(qū)動采用TI集成芯片DRV8432驅(qū)動兩個Maxon直流有刷電機，支持電機編碼器接口測速實現(xiàn)速度閉環(huán)控制，還支持電機電流監(jiān)測實現(xiàn)
[0045]此外，根據(jù)本發(fā)明的履帶式磁吸附爬壁機器人，還包括程操控端及顯示器，其遠程操控端及顯示器均設(shè)置在便攜式智能移動平臺上，且該機器可根據(jù)海關(guān)查驗需要攜帶不同的監(jiān)視、探測設(shè)備，以滿足海關(guān)查驗的部分特殊需求。
[0046]根據(jù)本發(fā)明的履帶式磁吸附爬壁機器人，形成了爬壁機器人本體、傳感器功能模塊、人機接口控制盒三大功能模塊，具有以下實用性優(yōu)點:
[0047](I)該機器人適應(yīng)溫度為-40 °C_70°C，雨雪天氣狀況下作業(yè)正常，能夠適應(yīng)不平整表面的移動及操作，攝像頭平穩(wěn)作業(yè)，采集圖像穩(wěn)定。
[0048](2)輕巧便攜，占用空間小，重量輕。機器人本體重量在4kg以內(nèi)、尺寸為(長X寬X高)395 X 320 X 95mm。
[0049](3)操作關(guān)員能在固定位置操控機器人，減少關(guān)員工作量。遠程控制及圖像回傳距離80米以上。常溫環(huán)境下續(xù)航時間120分鐘以上，低溫環(huán)境下(-40 °C)續(xù)航時間60分鐘以上，移動速度大于0.25米/秒。
[0050](4)回傳圖像清晰、無死角，掃描圖像可通過微波或無線網(wǎng)絡(luò)實時回傳圖像到便攜式控制終端或用戶辦公系統(tǒng)，圖像分辨率達到800X600以上，可局部放大圖像，通過局部圖像放大進一步作出判斷，具有圖像拼接功能，可以整合出廂體內(nèi)部掃視平面整體的圖像。
[0051](5)集裝箱、廂體及機艙內(nèi)部情況復(fù)雜，該機器人能靈活轉(zhuǎn)動，可實現(xiàn)障礙避讓，獲取各個位置的圖像信息，協(xié)助關(guān)員檢查、查驗。機器人主體采用堅固材質(zhì)，可抗擊一般程度刮蹭、碰撞、跌落等，不影響系統(tǒng)作業(yè)。
[0052]以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種履帶式磁吸附爬壁機器人，包括車體，所述車體為扁平的立方體結(jié)構(gòu)，其中上下兩個面的面積較大，其特征在于: 所述車體采用鋁合金制作成封閉性的腔體，內(nèi)部裝有控制系統(tǒng)、永磁鐵和行走驅(qū)動系統(tǒng)； 行走驅(qū)動系統(tǒng)包括電機(8)和輪履結(jié)合的運動結(jié)構(gòu)，車體兩側(cè)裝有四個輪子和兩條履帶(9)用于行走和轉(zhuǎn)向，車體前部、后部和頂部的中心位置均裝有攝像頭(4、6)，用于攝像偵查； 頂部攝像頭(6)旁邊均布置有兩組光源(7)，兩側(cè)輪子中間裝有圖像傳輸天線(15)和控制天線(16); 在車體前后側(cè)設(shè)置超聲及激光測距傳感器，可進行測距，實現(xiàn)自主避障； 在車體上表面還依次設(shè)置有保險管(I)、總開關(guān)(2)、指示燈(3)、航插(5); 在車體內(nèi)部下層設(shè)置有多組磁鐵組，所述磁鐵組包括多個永磁鐵(14)，所述永磁鐵(14)呈長方體并分為兩排并列設(shè)置，所述磁鐵組包括至少五對并排設(shè)置的長方體形的永磁鐵(14)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的履帶式磁吸附爬壁機器人，其特征在于: 在履帶式磁吸附爬壁機器人內(nèi)部裝有兩臺電機(8)，兩臺電機(8)分別位于在車體底部的前部和后部，每臺電機(8)驅(qū)動一側(cè)輪子，前側(cè)電機(8)驅(qū)動右側(cè)輪子，后側(cè)電機(8)驅(qū)動左側(cè)輪子，所述電機(8)通過傳動帶驅(qū)動輪子。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的履帶式磁吸附爬壁機器人，其特征在于: 前側(cè)電機(8)的輸出軸連接右側(cè)傳動帶的主動帶輪，主動帶輪帶動右側(cè)傳動帶轉(zhuǎn)動，右側(cè)傳動帶的轉(zhuǎn)動帶動位于后部輪軸上的被動帶輪，從而實現(xiàn)右側(cè)前后兩個輪子的轉(zhuǎn)動； 后側(cè)電機(8)的輸出軸連接左側(cè)傳動帶的主動帶輪，主動帶輪帶動左側(cè)傳動帶轉(zhuǎn)動，左側(cè)傳動帶的轉(zhuǎn)動帶動位于后部輪軸上的被動帶輪，從而實現(xiàn)左側(cè)前后兩個輪子的轉(zhuǎn)動； 在兩側(cè)輪子的外部套裝履帶(9)，從而實現(xiàn)輪履結(jié)合的運動結(jié)構(gòu)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的履帶式磁吸附爬壁機器人，其特征在于: 采用2.4G無線射頻信號進行遙控，可將機器人端的數(shù)據(jù)傳回遙控端， 攝像頭得到的三路圖像均可以通過5.SG射頻信號傳回到遙控器端； 控制系統(tǒng)主控芯片CPU采用STM32F103VET6，電機驅(qū)動采用TI集成芯片DRV8432驅(qū)動兩個Maxon直流有刷電機，支持電機編碼器接口測速實現(xiàn)速度閉環(huán)控制，還支持電機電流監(jiān)測實現(xiàn)電流閉環(huán)控制。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的履帶式磁吸附爬壁機器人，其特征在于: 在前進和后退時電機(8)轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速相同，轉(zhuǎn)彎時則通過兩側(cè)電機8的速度差來實現(xiàn)，即通過兩側(cè)輪系差速運動實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎或原地轉(zhuǎn)向。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的履帶式磁吸附爬壁機器人，其特征在于: 所述磁鐵組還配備高度可調(diào)裝置，能夠精確調(diào)整磁鐵高度，使磁力大小精確可控。7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的履帶式磁吸附爬壁機器人，其特征在于: 在車體側(cè)面還設(shè)置有履帶松緊調(diào)整裝置(11)，用于對履帶(9)的松緊度進行調(diào)節(jié)，所述履帶松緊調(diào)整裝置(11)可采用張緊輪或靴式張緊器或其他張緊器的形式。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的履帶式磁吸附爬壁機器人，其特征在于:還包括程操控端及顯示器，其遠程操控端及顯示器均設(shè)置在便攜式智能移動平臺上。
【文檔編號】B62D57/024GK105835978SQ201610369163
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月30日
【發(fā)明人】張巖嶺, 王飛, 趙亮, 白相林, 李增強
【申請人】哈工大機器人集團有限公司