一种用于玻璃幕墙检测的六足机器人制造技术

本实用新型专利技术公开一种用于玻璃幕墙检测的六足机器人，所述六足机器人系统包括：六足机器人本体、控制系统，所述的六足机器人本体包括规则六边形结构的机身主体、活动设在所述机身主体上的六条肢体，每条所述的肢体均串联地设置有四个主动关节，其中每条肢体末端均通过球铰与真空吸盘连接；所述的控制系统通过电路与各肢体的主动关节与真空吸盘相连接，用于控制各肢体的协调运动及真空吸盘的吸放。本实用新型专利技术实现六足机器人自身全方位的平滑运动，方便从地面攀爬至垂直墙体步态运作。

A hexapod robot for glass curtain wall detection

【技术实现步骤摘要】
一种用于玻璃幕墙检测的六足机器人
本技术涉及移动机器人领域，特别是涉及一种用于玻璃幕墙检测的六足机器人。
技术介绍
无论是工业生产、海洋探测工程领域，还是在军事领域、航天航空等领域，移动机器人的身影随处可见，它有极大的发展空间。而在许多大城市中，玻璃幕墙往往是很多大型建筑结构的外型构成部分。以往，玻璃幕墙安全事故频发，包括玻璃从高空坠落，引起人们对玻璃幕墙安全性能的关注。基于这一背景，本技术设计了一个六足机器人，它能够爬上玻璃幕墙，穿过障碍物，吸附在玻璃幕墙上，用于玻璃质量的检测。多足机器人具有多自由度，具有很大的灵活性和避障能力。这符合玻璃检验的要求。上世纪90年代，东京理工大学研制了四足爬壁机器人NINJA-I。西班牙工业自动化研究所研制的六足爬壁机器人每条腿有三个自由度，用于船舶制造和维修。密歇根州立大学开发的双足爬壁机器人CRAWLER不仅可以在墙上移动，而且可以天花板上移动。成均馆大学还研制了一种四足爬山机器人，它能够在各种斜坡上自由爬行。关于六足机器人的运动控制和步态规划及其系统设计，已有大量资料。
技术实现思路
针对玻璃幕墙检测的应用，本技术提出一种六足机器人的设计，该机器人具有负压真空吸盘，并附在每个肢体末端，可使机器人吸附于玻璃幕墙。实际上，提出了一种高效的步行-攀爬六足机器人。本技术采用如下技术方案实现：一种用于玻璃幕墙检测的六足机器人系统包括：六足机器人本体、控制系统，所述的六足机器人本体包括规则六边形结构的机身主体、活动设在所述机身主体上的六条肢体，每条所述的肢体均串联地设置有四个主动关节，其中每条肢体末端均通过球铰与真空吸盘连接；所述的控制系统通过电路与各肢体的主动关节与真空吸盘相连接，用于控制各肢体的协调运动及真空吸盘的吸放。进一步地，所述的四个主动关节包括依次连接的髋关节、股关节、胫关节、踝关节。进一步地，所述的控制系统包括上位机、下位机、六个四轴IONICUBE主板以及急停按钮，各四轴IONICUBE主板分别与对应肢体的各主动关节电路连接，所述个四轴IONICUBE主板以及急停按钮通过总线相连接，所述的下位机通过USB适配器与总线相连，用于发送指令同时控制各主动关节、真空吸盘的闭合；所述上位机与下位机信号连接，用于发送指令、接收反馈和显示数据。进一步地，所述下位机采用树莓派微型电脑，其为装有机器人操作系统ROS和UbuntuLinux操作系统的微型计算机，用于simplemotion控制、通过STM32控制吸盘的闭合、电机零位调整。进一步地，所述的simplemotion控制包括：开/关总线、使能电机、腿复位、清除错误、初始化和清空缓存控制。进一步地，所述的上位机是一台装有机器人操作系统ROS和UbuntuLinux操作系统的PC机，用于向所述下位机发送指令、接收反馈和显示数据、RVIZ人机交互。进一步地，所述的上位机与下位机之间通过无线路由器，并使用基于ROS的通信协议进行连接。进一步地，所述六足机器人本体上安装有玻璃检测相关的传感器，用于根据接收反馈的信息判断玻璃质量。相比现有技术，本技术的有益效果是：本技术设计的六足机器人每肢体有4个主动关节和1个真空吸盘，可保证吸盘平面与玻璃平行，提高机器人稳定性，便于完成从地面到墙上的跨越。附图说明图1(a)-1(c)分别为行走-攀爬六足机器人系统机械结构的主视图、俯视图和仰视图。图2为行走-攀爬六足机器人单腿结构示意图。图3为电压和压力之间的线性关系图。图4为行走-攀爬六足机器人硬件系统。图5为ROS中RVIZ可视化控制界面。图6(a)和6(b)分别为行走-攀爬六足机器人的六边形姿态和蟹形姿态。图7(a)-7(i)为行走-攀爬六足机器人各种行走-攀爬步态仿真图。图中：1-机身主体；2-髋关节；3-股关节；4-胫关节；5-踝关节；6-真空吸盘。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本技术的技术目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本技术的实施方式并不因此限定于以下实施例。实施例1如图1(a)-1(c)所示，一种用于玻璃幕墙检测的六足机器人，包括：六足机器人本体、控制系统，所述的六足机器人本体包括规则六边形结构的机身主体1、活动设在所述机身主体上的六条肢体，每条所述的肢体均串联地设置有四个主动关节，其中每条肢体末端均通过球铰与真空吸盘连接,使得吸盘可自适应于玻璃墙体，提升了系统的柔性；所述的控制系统通过电路与各肢体的主动关节与真空吸盘6相连接，用于控制各肢体的协调运动及真空吸盘的吸放。所述六足机器人本体上安装有玻璃检测相关的传感器，用于根据接收反馈的信息判断玻璃质量。其机身主体1设计成规则六边形(侧长0.18m)，以减少腿之间的干扰。它有6个肢体和6个真空吸盘。大多数六足机器人每个肢体只有3个关节。图2所述，本技术设计的六足机器人每肢体有四个主动关节和1个真空吸盘6，所述的四个主动关节包括依次连接的髋关节2、股关节3、胫关节4、踝关节5。真空吸盘6可保证攀爬过程中的安全性。踝关节5的加入可保证吸盘平面与玻璃平行，其中髋关节2长为0.093m，股关节3长为0.14489m，胫关节4长为0.164m，踝关节5长为0.157m。六足机器人重约25公斤。在正常情况下，六足机器人在壁上至少有3条腿支撑，这意味着根据吸附力方程，由3个真空吸盘6提供的吸附力应该足以支撑机器人的重量，所述吸附力方程为：W＝(P·S)/K为了平衡六足机器人的重力，有如下等式：mg＝N·μW其中N是吸附在墙上的腿数量，K为安全系数，通常情况下K≥2.5。为确保安全，取K＝8.4。联立上式，可得当N＝5时P≈43.352Kpa；当N＝4时P≈54.184Kpa；当N＝3时P≈72.248Kpa。为了满足要求，本技术采用真空泵KVP15-KL，可提供80-90KPa的最大负压。另外，通过使用KITA数字压力传感器KP25进行反馈。通过STM32，可得到如图3所示的电压和压力之间的线性关系。此外，踝关节通过球铰链与真空吸盘连接，使得吸盘对玻璃幕墙具有自适应性。所述的控制系统包括上位机、下位机、六个四轴IONICUBE主板以及急停按钮，各四轴IONICUBE主板分别与对应肢体的各主动关节电路连接，所述个四轴IONICUBE主板以及急停按钮通过总线相连接，所述的下位机通过USB适配器与总线相连，用于发送指令同时控制各主动关节、真空吸盘的闭合；所述上位机与下位机信号连接，用于发送指令、接收反馈和显示数据。所述下位机采用树莓派微型电脑，其为装有机器人操作系统ROS和UbuntuLinux操作系统的微型计算机，用于simplemotion控制、通过STM32控制真空吸盘的闭合、电机零位调整。所述的simplemotion控制包括：开/关总线、使能电机、腿复位本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于玻璃幕墙检测的六足机器人，其特征在于，包括：六足机器人本体、控制系统，所述的六足机器人本体包括规则六边形结构的机身主体(1)、活动设在所述机身主体上的六条肢体，每条所述的肢体均串联地设置有四个主动关节，其中每条肢体末端均通过球铰与真空吸盘连接；所述的控制系统通过电路与各肢体的主动关节与真空吸盘(6)相连接，用于控制各肢体的协调运动及真空吸盘的吸放；所述的四个主动关节包括依次连接的髋关节(2)、股关节(3)、胫关节(4)、踝关节(5)。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于玻璃幕墙检测的六足机器人，其特征在于，包括：六足机器人本体、控制系统，所述的六足机器人本体包括规则六边形结构的机身主体(1)、活动设在所述机身主体上的六条肢体，每条所述的肢体均串联地设置有四个主动关节，其中每条肢体末端均通过球铰与真空吸盘连接；所述的控制系统通过电路与各肢体的主动关节与真空吸盘(6)相连接，用于控制各肢体的协调运动及真空吸盘的吸放；所述的四个主动关节包括依次连接的髋关节(2)、股关节(3)、胫关节(4)、踝关节(5)。


2.根据权利要求1所述的六足机器人，其特征在于，所述的控制系统包括上位机、下位机、六个四轴IONICUBE主板以及急停按钮，各四轴IONICUBE主板分别与对应肢体的各主动关节电路连接，所述个四轴IONICUBE主板以及急停按钮通过总线相连接，所述的下位机通过USB适配器与总线相连，用于发送指令同时控制各主动关节、真空吸盘的闭合；所述上位机与下位机信号连接，用于发送指令、接收反馈和显示数据。


3.根据权利要求2...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄林青，魏武，孙金权，高勇，何振勇，周翔，陈逸东，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：广东;44