一种壁面检测救援机器人及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种壁面检测救援机器人及其控制方法，总体结构包括机器人本体、控制系统、楼顶安全保护系统。机器人本体包括旋转台、驱动轮、驱动电机、吸盘、机械臂、摄像头、喷涂装置等；楼顶安全保护装置包括随动小车、卷扬机构和钢丝绳等，承受系统的一部分自重，并随机器人一起运动。本发明专利技术能够实现机器人在高层建筑物表面实时检测瓷砖和玻璃等的贴合情况以及裂缝状况，并且当瓷砖或玻璃松动时可以利用自身携带的喷涂装置自动将松动处涂上颜料标记出来，方便维修人员更换，此外，当紧急状况发生时，可以破窗进入室内，展开救援。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术设及救援机械领域，尤其设及。
技术介绍
随着现代化社会的高速发展，100米W上的高层和超高层建筑物不断增多，而大部 分的高楼表面十分光滑，不易攀爬。运些高层建筑在让人们体验到科技进步的同时，也带来 了关于生命财产安全的难题一高层超高层墙面脱落预防和火灾时消防救援问题，但目前还 没有一个非常好的解决方法。 爬壁机器人的出现为该问题的解决带来了希望，目前已研制出了多种机器人类 型，有履带式、足式、框架式、轨道式和车轮式等。但是履带式体积大、结构复杂并且不易实 现转向；足式结构复杂，行走速度慢，控制困难；框架式结构复杂，行走速度也较慢；轨道式 壁面需铺设导轨，移动方向受限制。机器人的吸附方式有=种：真空吸附、磁吸附和推力吸 附。其中磁吸附要求壁面必须是磁性材料，行走时磁体与壁面阻力大；推力吸附噪音大、体 积大、效率低，技术上的可靠性及安全性还有待提高；真空吸附的实现大致有=种方式：真 空吸附、滑动密封负压吸盘和无密封负压吸盘。
技术实现思路
针对上述缺陷或不足，本专利技术的目的在于提供一种壁面检测救援机器人及其控制 方法。 为达到W上目的，本专利技术的技术方案为： 一种壁面检测救援机器，包括爬墙机器人本体、上位机监控系统W及下位机化C 巧制系统； 爬墙机器人本体的底盘设置有四轮驱动装置W及用于壁面吸附的负压吸盘，爬墙 机器人本体上安装有破窗键和检测敲击键，其中，四轮驱动装置包括驱动电机W及四个结 构相同的驱动轮，每个驱动轮上安装有轴承W及与所述轴承相配合的轴承座，轴承座固定 安装于爬墙机器人本体的底盘，驱动轮和驱动电机之间通过联轴器连接，驱动电机； 下位机PLC控制系统与爬墙机器人本体的四轮驱动装置W及用于壁面吸附的负 压吸盘相连接，用于对爬墙机器人本体进行运动控制； 上位机监控系统用于各驱动电机的运动命令的生成，读取爬墙机器人的运动状态 并实时显示。 所述爬墙机器人本体为长方体结构，驱动轮对称分布于机器人底部四周。 所述爬墙机器人本体的顶部中屯、位置安装有能够180度转动的旋转台，旋转台上 安装有可伸缩的机械臂，破窗键和检测敲击键安装于机械臂的前端。 所述旋转台前后位置各设置有一个带照明装置的无线摄像头，无线摄像头拍摄检 测视频并经过无线模块传输到下位机PLC控制系统，实时检测壁面的裂缝状况和机器人的 工作状态。 所述机械臂上安装有用于空鼓处的标记的喷头。 所述旋转台上安装有用于控制机械臂和旋转台的旋转自由度的舱机。 所述下位机PLC控制系统包括运动控制器模块、电机驱动模块、信号隔离模块、W 及内部信息检测模块； 运动控制器模块用于行走电机的正常运转W及电机转速； 电机驱动模块用于接收控制器输出的脉宽调制信号控制直流电机电枢电压有效 值，改变电机速度和方向，控制爬墙机器人前进、后退W及转弯； 内部信息检测模块包括用于检测负压吸盘内负压值的负压传感器。 一种壁面检测救援机器的控制方法，包括W下步骤： 1)将爬墙机器人本体与安装于屋顶的随动小车连接，然后通过负压吸盘与墙面吸 附，上位机监控系统生成各驱动电机的运动命令；[002。。下位机PLC控制系统接受驱动指令后，驱动驱动轮转动，带动爬墙机器人直线 爬行； 3)当运动过程中无突发险情，则爬行机器人行驶至窗边，启动破窗键端，伸长机械 臂，反复对玻璃进行敲击，直至破碎，进入室内；当运动过程中突发险情，则启动机械臂上的 空鼓键端，伸长机械臂对砖体进行敲打，并将声音信号和图像信号传输给控制器，对声音频 率进行对比分析，如果频率分析结果正常，如果正常，则进行步骤4)，如果异常，则进行喷涂 标记；[002引 4)爬墙机器人继续爬行，对下一处敲击点进行敲击检测，直到到达目的地。 所述爬行机器人工作路径采用"S"形路线，从楼底直线运动到楼顶，侧移一个工作 位置，然后再直线运动到楼底。 通过负压吸盘与墙面吸附时，爬墙机器人本体上的负压传感器用于检测吸盘内负 压值，经由模数转换模块检测进入下位机PLC控制系统，进行负压闭环控制。与现有技术比 较，本专利技术的有益效果为： 本专利技术提供了一种壁面检测救援机器人，将爬行机器人设计为四轮驱动的机器 人，四轮驱动轮单个车轮陷入时，在另外=个驱动轮的带动下，可W比较容易的跳出凹槽， 继续正常前进，增加了运行速度和安全，另外，本专利技术中采用滑动密封负压吸盘，容易实现 连续运动，有利于实现运动速度；吸盘内真空度较高，有利于减轻机器人的总体尺寸和重 量；吸盘对玻璃面上小的胶条缝隙有一定的适应性；吸盘和壁面间的摩擦力小，运动阻力 小，可W减少吸盘磨损，提高了机器人的使用寿命。 本专利技术还提供了一种壁面检测救援机器人控制方法，通过上位机监控系统对小车 进行控制驱动，并且能够运动过程中有无突发险情进行检测分析，对敲击点进行敲击检测， 进行救援，是的机器人运行过程更加安全准确，救援效率提高。 进一步，机器人的工作路径采用"S"形路线，即从楼底直线运动到楼顶，侧移一个 工作位置，然后再直线运动到楼底，从而提高了检测效率。【附图说明】 图1是本专利技术机器人结构示意图；图2是本专利技术机器人本体结构示意图； 图3是本专利技术机械臂结构示意图； 图4是本专利技术控制流程图； 图5是本专利技术机器人工作路径规划图； 图6是本专利技术机器人壁面受力简图； 图7是本专利技术机器人位姿简图； 图8是本专利技术机器人越障能力分析受力简图； 图9是本专利技术负压闭环控制逻辑图；[003引图10是本专利技术运动控制系统闭环控制逻辑图。 图中，1为爬墙机器人本体；2为机械臂；3为无线摄像头；4为破窗键；5为检测敲 击键；6为卷扬机；7为屋顶的随动小车；8为旋转台；9为负压吸盘；10为驱动轮；11为喷 头；12为上位机监控系统。【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术做详细描述。 高层建筑的墙体采用瓷砖等铺就，中间有凹槽，在墙面不平整的工作条件下，现有 的两轮差速驱动机构或驱动轮与万向轮组合机构当一个车轮陷入凹槽，另一个驱动轮很难 前进，而四轮驱动轮单个车轮陷入时，在另外=个驱动轮的带动下，可W比较容易的跳出凹 槽，继续正常前进。 如图1所示本专利技术提供了一种壁面检测救援机器，包括爬墙机器人本体1、上位机 监控系统12W及下位机PLC控制系统； 爬墙机器人本体1的底盘设置有四轮驱动装置W及用于壁面吸附的负压吸盘9， 爬墙机器人本体1上安装有破窗键4和检测敲击键5,其中，四轮驱动装置包括驱动电机W 及四个结构相同的驱动轮10,每个驱动轮10上安装有轴承W及与所述轴承相配合的轴承 座，轴承座固定安装于爬墙机器人本体1的底盘，驱动轮10和驱动电机之间通过联轴器连 接，驱动电机，所述爬墙机器人本体1为长方体结构，驱动轮对称分布于机器人底部四周； 本专利技术采用滑动密封负压吸盘，容易实现连续运动，有利于实现运动速度；吸盘内真空度较 高，有利于减轻机器人的总体尺寸和重量；吸盘对玻璃面上小的胶条缝隙有一定的适应性； 吸盘和壁面间的摩擦力小，运动阻力小，可W减少吸盘磨损，机器人的壁面吸附是依靠负压 吸盘实现的。控制系统通过控制风机继电器的开合来启动或关闭风机，风机抽取吸盘腔内 空气从而产生负压。通过单向交流调压模块可W调节风机的供电电压，从而改变风机转速 由此调节吸盘腔内负压值大小，负压传感器用于检测吸盘内负压值，经由模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种壁面检测救援机器，其特征在于，包括爬墙机器人本体(1)、上位机监控系统(12)以及下位机PLC控制系统；爬墙机器人本体(1)的底盘设置有四轮驱动装置以及用于壁面吸附的负压吸盘(9)，爬墙机器人本体(1)上安装有破窗锤(4)和检测敲击锤(5)，其中，四轮驱动装置包括驱动电机以及四个结构相同的驱动轮(10)，每个驱动轮(10)上安装有轴承以及与所述轴承相配合的轴承座，轴承座固定安装于爬墙机器人本体(1)的底盘，驱动轮(10)和驱动电机之间通过联轴器连接，驱动电机；下位机PLC控制系统与爬墙机器人本体(1)的四轮驱动装置以及用于壁面吸附的负压吸盘(9)相连接，用于对爬墙机器人本体(1)进行运动控制；上位机监控系统(12)用于各驱动电机的运动命令的生成，读取爬墙机器人的运动状态并实时显示。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈涛，许利峰，余经历，李栋，刘卡，王杰，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61