本發(fā)明涉及一種自主式視覺檢測機(jī)器人系統(tǒng)及其使用方法，屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

磁吸附爬壁機(jī)器人是一種設(shè)計在導(dǎo)磁壁面上進(jìn)行特定作業(yè)如焊接，打磨，檢測等的一種自動化機(jī)械裝置。輕量化磁輪吸附式視頻檢測爬壁機(jī)器人可以在船舶，集裝箱，大型結(jié)構(gòu)件等的導(dǎo)磁面上靈活移動并且實(shí)時拍攝周圍視頻或圖像，并且傳輸回本地控制端，作為相應(yīng)工作提供環(huán)境參考信息。

爬壁機(jī)器人必須具有吸附和移動兩個基本功能。常見的吸附方式有負(fù)壓吸附，磁吸附和表面材料吸附等。其中負(fù)壓方式可以通過裝置產(chǎn)生負(fù)壓將機(jī)械裝置吸附在壁面，不受壁面材料限制；磁吸附方式要求吸附表面必須是具有一定導(dǎo)磁性的表面；表面材料吸附方式主要是控制特定材料與吸附表面通過電學(xué)、化學(xué)、物理等方式粘接和分離。

磁吸附爬壁機(jī)器人按吸附功能分主要有磁足、磁輪、間隙吸附等方式。磁吸附方式爬壁機(jī)器人按移動功能分主要有磁足、輪式和履帶式。磁足式，能跨越比較復(fù)雜的障礙物，但是移動速度慢且機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制方式復(fù)雜；輪式移動速度快，控制相對靈活，但是在跨越障礙物時候容易脫離壁面，難以維持穩(wěn)定的吸附力；履帶式，著地面積大，載重量大，但是不能適應(yīng)復(fù)雜的表面，且不易轉(zhuǎn)向。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，提供一種自主式視覺檢測機(jī)器人系統(tǒng)，移動速度快、轉(zhuǎn)向靈活，并且能夠適應(yīng)相對復(fù)雜的壁面結(jié)構(gòu)，不易發(fā)生墜落，同時還提供了本自主式視覺檢測機(jī)器人系統(tǒng)的使用方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

一種自主式視覺檢測機(jī)器人系統(tǒng)，包括機(jī)器人本體、無線通訊節(jié)點(diǎn)a、無線通訊節(jié)點(diǎn)b和遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，所述機(jī)器人本體包括車架主體，車架主體上安裝有驅(qū)動機(jī)構(gòu)，驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括磁性前輪，磁性前輪的摩擦面上鑲嵌有均勻分布的永磁體；還包括磁性后輪、后車架和柔性機(jī)構(gòu)，后車架通過柔性機(jī)構(gòu)和所述車架主體相連，磁性后輪安裝在后車架上，磁性前輪也可以選用其它形式的磁輪，只要能夠通過磁力將爬壁機(jī)器人吸附在壁面即可；所述車架主體上安裝有云臺，云臺上安裝有圖像采集裝置，云臺和圖像采集裝置均和機(jī)器人本體的控制系統(tǒng)電連接，機(jī)器人本體的控制系統(tǒng)連接有無線通訊裝置b；所述遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)包括控制器、顯示器和無線通訊裝置a，顯示器和無線通訊裝置a均和所述控制器電連接；無線通訊節(jié)點(diǎn)a和無線通訊節(jié)點(diǎn)b電連接，無線通訊裝置a和無線通訊節(jié)點(diǎn)a無線通訊連接，無線通訊節(jié)點(diǎn)b和無線通訊裝置無線通訊連接。

前述的一種自主式視覺檢測機(jī)器人系統(tǒng)中，所述磁性前輪為彈性材料，磁性前輪上具有若干孔位。通過孔位的形式減輕磁性前輪的重量，更重要的是，通過在磁性前輪上設(shè)置孔位，可以使更多的永磁體與壁面貼合。具體的是，能夠加大磁性前輪的形變量，使磁性前輪與壁面的貼合面積加大，以使更多的永磁體與壁面貼合，從而提高磁性前輪的吸附能力。

前述的一種自主式視覺檢測機(jī)器人系統(tǒng)中，所述磁性后輪為萬向輪。以提高轉(zhuǎn)向時整體的靈活性和穩(wěn)定性。

前述的一種自主式視覺檢測機(jī)器人系統(tǒng)中，所述柔性機(jī)構(gòu)為鉸接結(jié)構(gòu)，后車架鉸接在車架主體上。

前述的一種自主式視覺檢測機(jī)器人系統(tǒng)中，所述云臺包括第一驅(qū)動電機(jī)、第二驅(qū)動電機(jī)和支撐架，支撐架成l型；第一驅(qū)動電機(jī)安裝在車架主體上，支撐架一端固定在第一驅(qū)動電機(jī)的驅(qū)動端上，第二驅(qū)動電機(jī)安裝在支撐架的另一端，圖像采集裝置安裝在第二驅(qū)動電機(jī)的驅(qū)動端上。

前述的一種自主式視覺檢測機(jī)器人系統(tǒng)中，車架主體上設(shè)有與所述控制系統(tǒng)電連接的三軸陀螺儀、加速度計和多個超聲波雷達(dá)測距傳感器。主體部分的三軸陀螺儀、加速度計能實(shí)時記錄機(jī)器人的空間姿態(tài)和速度，超聲波測距傳感器能對周圍距離進(jìn)行測量，在已知周圍空間位置情況下，能夠通過空間姿態(tài)和距離測量判斷機(jī)器人在已知空間的位置。

前述的一種自主式視覺檢測機(jī)器人系統(tǒng)中，所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)還包括動力電機(jī)、聯(lián)軸器、輪軸、軸承和前驅(qū)動模塊殼體；動力電機(jī)的輸出軸通過聯(lián)軸器和輪軸相連，輪軸通過軸承和磁性前輪相連，聯(lián)軸器和輪軸位于前驅(qū)動模塊殼體內(nèi)。

前述的一種自主式視覺檢測機(jī)器人系統(tǒng)中，所述第一驅(qū)動電機(jī)和第二驅(qū)動電機(jī)均是無刷直流伺服電機(jī)。無刷直流伺服電機(jī)帶動的云臺攝像模塊能夠根據(jù)機(jī)器人主體姿態(tài)調(diào)整云臺角度，確保拍攝畫面的穩(wěn)定，和特定角度拍攝。

前述的一種自主式視覺檢測機(jī)器人系統(tǒng)中，所述磁性前輪為中空結(jié)構(gòu)，中空結(jié)構(gòu)為充氣部，磁性前輪的輪胎壁上鑲嵌有永磁體。

以上所述的一種自主式視覺檢測機(jī)器人系統(tǒng)的使用方法，包括以下方法：將無線通訊節(jié)點(diǎn)a固定在集裝箱的外部，將無線通訊節(jié)點(diǎn)b固定在集裝箱的內(nèi)部，通過操作遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)將控制信號發(fā)送給無線通訊節(jié)點(diǎn)a，無線通訊節(jié)點(diǎn)a將控制信號傳遞給無線通訊節(jié)點(diǎn)b，無線通訊節(jié)點(diǎn)b將控制信號發(fā)送給機(jī)器人本體；機(jī)器人本體將采集到的信息依次經(jīng)無線通訊節(jié)點(diǎn)b、線通訊節(jié)點(diǎn)a發(fā)送給遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，并在遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的顯示器上顯示。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本系統(tǒng)的無線通訊節(jié)點(diǎn)a和無線通訊節(jié)點(diǎn)b在使用時，其中一個位于集裝箱的外部，另一個位于集裝箱的內(nèi)部，無線通訊節(jié)點(diǎn)a和無線通訊節(jié)點(diǎn)b之間通過線路相連，無線通訊裝置b和無線通訊裝置a之間的通訊信息通過無線通訊節(jié)點(diǎn)a和無線通訊節(jié)點(diǎn)b傳遞，能夠增強(qiáng)輸送信號，防止集裝箱形成的信號屏障導(dǎo)致信號不暢。

并且，本發(fā)明采用兩個獨(dú)立驅(qū)動的磁性輪以及通過柔性鉸鏈連接的后車架隨動磁輪，從而實(shí)現(xiàn)輪式移動的磁性吸付爬壁移動。機(jī)器人可以在垂直、頂面、或帶有一定障礙面的導(dǎo)磁壁面自由行走和轉(zhuǎn)向。由于采用特定結(jié)構(gòu)的磁性驅(qū)動前輪，能夠確保在爬越障礙物時能跟隨導(dǎo)磁壁面結(jié)構(gòu)，確保穩(wěn)定的吸附力。柔性鉸鏈連接的后車架，能夠跟隨主體結(jié)構(gòu)運(yùn)動，確保主體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，并且常規(guī)的爬壁機(jī)器人每個驅(qū)動輪均需要配備一個電機(jī)，而本專利中后輪采用隨動形式，無需配備提供動力的電機(jī)，由于電機(jī)的數(shù)量減少了，所以本專利能降低機(jī)器人的控制難度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一種實(shí)施例的工作原理示意圖；

圖2是圖1的局部放大圖；

圖3是本發(fā)明的一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明的一種實(shí)施例的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是驅(qū)動機(jī)構(gòu)的一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是云臺的一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是后車架的一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是磁性后輪的一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記：1-車架主體；2-磁性前輪；3-無線通訊裝置b；4-柔性機(jī)構(gòu)；5-后車架；6-磁性后輪；7-驅(qū)動機(jī)構(gòu)；8-第一驅(qū)動電機(jī)；9-云臺；10-圖像采集裝置；11-動力電機(jī)；12-聯(lián)軸器；13-輪軸；14-軸承；15-前驅(qū)動模塊殼體；16-第二驅(qū)動電機(jī)；17-后磁輪；18-第二軸承；19-轉(zhuǎn)軸銷；20-轉(zhuǎn)軸；21-永磁體；22-輪體；23-孔位；24-加速度計；25-超聲波雷達(dá)測距傳感器，26-支撐架，27-遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，28-無線通訊節(jié)點(diǎn)a，29-無線通訊節(jié)點(diǎn)b，30-機(jī)器人本體。

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的實(shí)施例1：如圖1至圖8所示，一種自主式視覺檢測機(jī)器人系統(tǒng)，用于搭載焊接、打磨、檢測等中的一種自動化機(jī)械裝置，包括機(jī)器人本體30、無線通訊節(jié)點(diǎn)a28、無線通訊節(jié)點(diǎn)b29和遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)27，所述機(jī)器人本體30包括車架主體1，車架主體1上安裝有驅(qū)動機(jī)構(gòu)7，驅(qū)動機(jī)構(gòu)7用于驅(qū)動磁性前輪2轉(zhuǎn)動，為車架主體1的移動提供動力。驅(qū)動機(jī)構(gòu)7包括磁性前輪2，磁性前輪2的摩擦面上鑲嵌有均勻分布的永磁體21，磁性前輪2選用密度較小且有一定柔性的材料，磁性前輪2吸附在壁面上后會產(chǎn)生一定的形變，從而提高磁性前輪2與壁面的貼合面積，以提高吸附力，并且，如果壁面結(jié)構(gòu)不是十分平整，磁性前輪2也能夠通過自身的形變貼合壁面的不規(guī)則，從而提高本機(jī)器人的適應(yīng)能力。

還包括磁性后輪6、后車架5和柔性機(jī)構(gòu)4，后車架5通過柔性機(jī)構(gòu)4和所述車架主體1相連，磁性后輪6安裝在后車架5上；所述車架主體1上安裝有云臺9，云臺9上安裝有圖像采集裝置10，云臺9和圖像采集裝置10均和機(jī)器人本體30的控制系統(tǒng)電連接，機(jī)器人本體30的控制系統(tǒng)連接有無線通訊裝置b3；所述遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)27包括控制器、顯示器和無線通訊裝置a，顯示器和無線通訊裝置a均和所述控制器電連接；無線通訊節(jié)點(diǎn)a28和無線通訊節(jié)點(diǎn)b29電連接，無線通訊裝置a和無線通訊節(jié)點(diǎn)a28無線通訊連接，無線通訊節(jié)點(diǎn)b29和無線通訊裝置b3無線通訊連接。

當(dāng)爬壁機(jī)器人轉(zhuǎn)向時，通過兩個磁性前輪2進(jìn)行差速運(yùn)動實(shí)現(xiàn)初步轉(zhuǎn)向，然后帶動后車架5轉(zhuǎn)向，由于柔性機(jī)構(gòu)4的存在，能夠?qū)⑥D(zhuǎn)向動作進(jìn)行分解，以提高轉(zhuǎn)向時整體的穩(wěn)定性，本實(shí)施例中，所述磁性前輪2為彈性材料，磁性前輪2上具有若干孔位23。采用孔位23的形式降低磁性前輪2的重量，提高整體的負(fù)載能力。本實(shí)施例中，所述磁性后輪6為萬向輪。所述柔性機(jī)構(gòu)4為鉸接結(jié)構(gòu)，后車架5鉸接在車架主體1上。

所述車架主體1上安裝有云臺9，云臺9上安裝有圖像采集裝置10，云臺9和圖像采集裝置10均和爬壁機(jī)器人的控制系統(tǒng)電連接。云臺9能夠帶動圖像采集裝置10在正交的兩個方向自由轉(zhuǎn)動，以實(shí)現(xiàn)多角度拍攝，并且可以根據(jù)機(jī)器人姿態(tài)調(diào)整云臺角度確保拍攝穩(wěn)定性。云臺9的自由轉(zhuǎn)動是通過以下結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。所述云臺9包括第一驅(qū)動電機(jī)8、第二驅(qū)動電機(jī)16和支撐架26，支撐架26成l型；第一驅(qū)動電機(jī)8安裝在車架主體1上，支撐架26一端固定在第一驅(qū)動電機(jī)8的驅(qū)動端上，第二驅(qū)動電機(jī)16安裝在支撐架26的另一端，圖像采集裝置10安裝在第二驅(qū)動電機(jī)16的驅(qū)動端上。所述第一驅(qū)動電機(jī)8和第二驅(qū)動電機(jī)16均是無刷直流伺服電機(jī)。

車架主體1上設(shè)有與所述控制系統(tǒng)電連接的三軸陀螺儀、加速度計24和多個超聲波雷達(dá)測距傳感器25和遠(yuǎn)程通訊裝置3。陀螺儀、加速度計能實(shí)時記錄機(jī)器人的空間姿態(tài)和速度，超聲波測距傳感器能對周圍距離進(jìn)行測量，在已知周圍空間位置情況下，能夠通過空間姿態(tài)和距離測量判斷機(jī)器人在已知空間的位置。

所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)7還包括動力電機(jī)11、聯(lián)軸器12、輪軸13、軸承14和前驅(qū)動模塊殼體15；動力電機(jī)11的輸出軸通過聯(lián)軸器12和輪軸13相連，輪軸13通過軸承14和磁性前輪2相連，聯(lián)軸器12和輪軸13位于前驅(qū)動模塊殼體15內(nèi)。

實(shí)施例2：如圖1至圖8所示，一種自主式視覺檢測機(jī)器人系統(tǒng)，用于搭載焊接、打磨、檢測等中的一種自動化機(jī)械裝置，包括機(jī)器人本體30、無線通訊節(jié)點(diǎn)a28、無線通訊節(jié)點(diǎn)b29和遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)27，所述機(jī)器人本體30包括車架主體1，車架主體1上安裝有驅(qū)動機(jī)構(gòu)7，驅(qū)動機(jī)構(gòu)7用于驅(qū)動磁性前輪2轉(zhuǎn)動，為車架主體1的移動提供動力。驅(qū)動機(jī)構(gòu)7包括磁性前輪2，磁性前輪2的摩擦面上鑲嵌有均勻分布的永磁體21，磁性前輪2選用密度較小且有一定柔性的材料，磁性前輪2吸附在壁面上后會產(chǎn)生一定的形變，從而提高磁性前輪2與壁面的貼合面積，以提高吸附力，并且，如果壁面結(jié)構(gòu)不是十分平整，磁性前輪2也能夠通過自身的形變貼合壁面的不規(guī)則，從而提高本機(jī)器人的適應(yīng)能力。

還包括磁性后輪6、后車架5和柔性機(jī)構(gòu)4，后車架5通過柔性機(jī)構(gòu)4和所述車架主體1相連，磁性后輪6安裝在后車架5上；所述車架主體1上安裝有云臺9，云臺9上安裝有圖像采集裝置10，云臺9和圖像采集裝置10均和機(jī)器人本體30的控制系統(tǒng)電連接，機(jī)器人本體30的控制系統(tǒng)連接有無線通訊裝置b3；所述遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)27包括控制器、顯示器和無線通訊裝置a，顯示器和無線通訊裝置a均和所述控制器電連接；無線通訊節(jié)點(diǎn)a28和無線通訊節(jié)點(diǎn)b29電連接，無線通訊裝置a和無線通訊節(jié)點(diǎn)a28無線通訊連接，無線通訊節(jié)點(diǎn)b29和無線通訊裝置b3無線通訊連接。

當(dāng)爬壁機(jī)器人轉(zhuǎn)向時，通過兩個磁性前輪2進(jìn)行差速運(yùn)動實(shí)現(xiàn)初步轉(zhuǎn)向，然后帶動后車架5轉(zhuǎn)向，由于柔性機(jī)構(gòu)4的存在，能夠?qū)⑥D(zhuǎn)向動作進(jìn)行分解，以提高轉(zhuǎn)向時整體的穩(wěn)定性。本實(shí)施例中，所述磁性前輪2為中空結(jié)構(gòu)，中空結(jié)構(gòu)為充氣部，磁性前輪2的輪胎壁上鑲嵌有永磁體21。即：磁性前輪2與常規(guī)的輪胎結(jié)構(gòu)相同，只不過在輪胎的摩擦面上內(nèi)嵌有永磁體，所述摩擦面指的是磁性前輪2與壁面發(fā)生接觸的表面?？梢酝ㄟ^減小充氣部的壓力提高磁性前輪2和壁面的接觸面積，使更多的永磁體能夠接觸壁面，從而提高整體的吸附力。

所述車架主體1上安裝有云臺9，云臺9上安裝有圖像采集裝置10，云臺9和圖像采集裝置10均和爬壁機(jī)器人的控制系統(tǒng)電連接。云臺9能夠帶動圖像采集裝置10在正交的兩個方向自由轉(zhuǎn)動，以實(shí)現(xiàn)多角度拍攝，并且可以根據(jù)機(jī)器人姿態(tài)調(diào)整云臺角度確保拍攝穩(wěn)定性。云臺9的自由轉(zhuǎn)動是通過以下結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。所述云臺9包括第一驅(qū)動電機(jī)8、第二驅(qū)動電機(jī)16和支撐架26，支撐架26成l型；第一驅(qū)動電機(jī)8安裝在車架主體1上，支撐架26一端固定在第一驅(qū)動電機(jī)8的驅(qū)動端上，第二驅(qū)動電機(jī)16安裝在支撐架26的另一端，圖像采集裝置10安裝在第二驅(qū)動電機(jī)16的驅(qū)動端上。所述第一驅(qū)動電機(jī)8和第二驅(qū)動電機(jī)16均是無刷直流伺服電機(jī)。

所述無線通訊指的是通過wifi或者移動網(wǎng)絡(luò)3g，4g,5g網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，控制距離可以實(shí)現(xiàn)無限遠(yuǎn)(存在移動信號即可)。

車架主體1上設(shè)有與所述控制系統(tǒng)電連接的三軸陀螺儀、加速度計24和多個超聲波雷達(dá)測距傳感器25和遠(yuǎn)程通訊裝置3。陀螺儀、加速度計能實(shí)時記錄機(jī)器人的空間姿態(tài)和速度，超聲波測距傳感器能對周圍距離進(jìn)行測量，在已知周圍空間位置情況下，能夠通過空間姿態(tài)和距離測量判斷機(jī)器人在已知空間的位置。

所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)7還包括動力電機(jī)11、聯(lián)軸器12、輪軸13、軸承14和前驅(qū)動模塊殼體15；動力電機(jī)11的輸出軸通過聯(lián)軸器12和輪軸13相連，輪軸13通過軸承14和磁性前輪2相連，聯(lián)軸器12和輪軸13位于前驅(qū)動模塊殼體15內(nèi)。

本發(fā)明還公開了以上實(shí)施例所述的一種自主式視覺檢測機(jī)器人系統(tǒng)的使用方法，用于檢測集裝箱的內(nèi)部情況，包括以下方法：首先，將無線通訊節(jié)點(diǎn)a28固定在集裝箱的外部；然后，將無線通訊節(jié)點(diǎn)b29固定在集裝箱的內(nèi)部；通過操作遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)27將控制信號發(fā)送給無線通訊節(jié)點(diǎn)a28，無線通訊節(jié)點(diǎn)a28將控制信號傳遞給無線通訊節(jié)點(diǎn)b29，無線通訊節(jié)點(diǎn)b29將控制信號發(fā)送給機(jī)器人本體30，從而控制機(jī)器人本體30運(yùn)行，如：進(jìn)行拍照。機(jī)器人本體30實(shí)時采集集裝箱內(nèi)部的信息，采集方式如：拍照。機(jī)器人本體30將采集到的信息依次經(jīng)無線通訊節(jié)點(diǎn)b29、線通訊節(jié)點(diǎn)a28發(fā)送給遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)27，并在遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)27的顯示器上顯示。由于集裝箱是由金屬材料支撐，其對無線信號會形成屏障，影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，本系統(tǒng)通過設(shè)置無線通訊節(jié)點(diǎn)a28和無線通訊節(jié)點(diǎn)b29能夠克服這一問題，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

本機(jī)器人系統(tǒng)不局限于檢測集裝箱、也可以檢測船體等金屬結(jié)構(gòu)物體的內(nèi)腔，具體的，機(jī)器人本體30的檢測流程如下：

s1：控制機(jī)器人本體30移動至指定的待檢測位置；

s2：控制終端輸入待檢測區(qū)域的關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)或者空間結(jié)構(gòu)，并設(shè)定檢測區(qū)域和檢測方式,錄像，定點(diǎn)拍照等；

s3：根據(jù)程序計算對待檢測區(qū)域進(jìn)行自主規(guī)劃檢測路徑；

s4：控制機(jī)器人模塊沿規(guī)劃路徑行進(jìn)，并按照預(yù)先設(shè)定的檢測工作流程視頻檢測；

s5：控制終端對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時采集，分析和供操作者觀看；

s6:操作者可以隨時介入系統(tǒng)對整體系統(tǒng)進(jìn)行人工控制。