一种用于爬壁机器人在曲面导航的辅助校准装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及油气储罐检测技术领域和爬壁机器人导航领域。目的是提供一种用于爬壁机器人在曲面导航的辅助校准装置，所述装置具有运动精度高、运行成本低的特点。技术方案是：一种用于爬壁机器人在曲面导航的辅助校准装置；其特征在于：该装置包括安装在爬壁机器人上的激光接收器、调节激光形状大小的激光调节器、底部安装有电磁铁以利于在金属容器表面固定的外骨骼、固定在外骨骼上的步进电机和表盘、固定在步进电机转轴上且电连通激光调节器的激光筒、通过步进电机驱动器控制步进电机的单片机以及分别为各用电部件供电的电源。

【技术实现步骤摘要】
一种用于爬壁机器人在曲面导航的辅助校准装置
本技术涉及油气储罐检测
和爬壁机器人导航领域，具体是一种可以安置在油气储罐壁上协助爬壁机器人导航的激光导航装置，同时也可以帮助爬壁机器人在某些特定曲率的墙壁上进行定位。
技术介绍
通常，人们会在特殊工业环境中使用机器人代替人工操作，避免高昂的人工成本，同时也可以降低项目的安全风险。比如将爬壁机器人用于油气储罐和管道中执行其缺陷检测任务，可以避免人力物力的浪费和安全风险。但是，由于在墙面上爬壁机器人轮子会发生滑移而偏离预定轨道，导致它们无法准确导航，最终导致一些明显的缺陷有可能被忽略。另一方面，激光辅助导航仪器可以辅助爬壁机器人实现高精度定位，其优势在于激光定位仪器与全球定位系统(GPS)、超声导航和视觉导航相比，激光导航的信号传输更加稳定，并且定位精度更高。此外，它还可以在黑暗环境中工作。虽然自动导引车(AGV)也可以实现在黑暗环境中工作，但前提是必须在机器人通过的路线上预先布置大量的信号标签磁线。而在高层建筑的墙壁上放置磁力线或信号标签是一项艰难的工程，同时磁导线也会被腐蚀。相反，如果使用激光导航则无需提前布置线路。
技术实现思路
本技术的目的是克服上述
技术介绍
的不足，提供一种用于爬壁机器人在曲面导航的辅助校准装置，所述装置具有运动精度高、运行成本低的特点。一种用于爬壁机器人在曲面导航的辅助校准装置；其特征在于：该装置包括安装在爬壁机器人上的激光接收器、调节激光形状大小的激光调节器、底部安装有电磁铁以利于在金属容器表面固定的外骨骼、固定在外骨骼上的步进电机和表盘、固定在步进电机转轴上且电连通激光调节器的激光筒、通过步进电机驱动器控制步进电机的单片机以及分别为各用电部件供电的电源。所述表盘的盘面垂直于步进电机转轴，盘面的刻度中心位于步进电机转轴轴线上。所述激光筒插装在激光套筒内，所述激光套筒固定在步进电机转轴上。所述电源为接通市电的电源变压器。本技术的有益效果是：本技术提供的为外部辅助爬壁机器人进行导航路径校准的辅助仪器，主要应用在曲面的环境下，兼具了自动旋转和激光信号检测的功能。基本功能是利用电磁铁可沿储罐罐壁固定，并具自动旋转激光发射器、收发激光信号的信号传输功能；在辅助爬壁机器人进行高精度检测同时，显著降低了人力、物力以及安全风险；受到检测单位的欢迎。附图说明图1为本技术的立体结构示意图。图2为图1中的表盘的主视结构示意图。图3为本技术中横坐标公式推导过程中使用的辅助图之一。图4为本技术中横坐标公式推导过程中使用的辅助图之二。图5为本技术中纵坐标公式推导过程中使用的辅助图之一。具体实施方式以下结合附图所示的实施例进一步说明。本技术所述的辅助校准装置，是利用激光信号导航的装置，可应用在曲面环境下的导航，主要运用在钢、铁等磁性材料上；但如果能使其他方法将激光辅助导航仪器固定，亦可以使用。装置的基本功能是发射激光功能，信号传输功能和自动旋转功能。由于本装置主要在大型储罐中工作，导航范围比较广，工作环境在罐内全黑暗的环境下，因此应满足以下几点要求：(1)保证不间断的电源供应，充足的电源可以为设备底部的电磁铁提供足够的吸附力，使其能够牢牢固定在储罐壁面。(2)激光要使用“一”字形激光，增加激光接收器的接收范围。(3)使用的Arduino芯片要能够稳定输出脉冲信号。使用时，将本技术所提供的辅助校准装置放置于所测量物体的任意初始放置点位置，通过激光接收器就可以得到爬壁机器人的定位；该系统可以和爬壁机器人自身携带的定位系统形成导航闭环，从而大大提高爬壁机器人在墙壁上定位的精准度。按照以上要求形成的用于爬壁机器人在曲面导航的辅助校准装置，包括激光发射组件、电动机组件和外骨骼组件。1)激光组件，包括激光接收器、激光发射筒(激光筒)和激光调节器。2)电动机组件，包括步进电机、步进电机驱动器器、Arduino单片机和24V转12V的直流电源变压器。3)外骨骼组件，包括激光辅助导航仪器的底座、套筒、表盘和电磁铁。所述的激光发射器和激光调节器均用来控制所发射激光的明亮程度和形状，调节激光发射器可以使激光根据实验环境的明亮调节自身的明亮程度，激光亮度越高意味着温度也就越高，但是增加激光发射距离可以有效降低激光温度。同时激光的形状在激光调节器的控制下可以根据实验的需求改变成点状和线条状两种形态。所述电动机组件由步进电机、步进电机驱动器、单片机(优选Arduino单片机)和直流电源变压器组成。将220V市电转为24V的直流电源变压器可以为电动机提供稳定的电压，Arduino单片机主要用于持续稳定的输出一个脉冲信号，同时将信号传给步进电机驱动器，驱动器最后将处理好的信号输入到步进电机中，精度能达到0.1125°/每个脉冲信号。所述外骨骼组件，整个外骨骼构件由3D打印机制造完成，其主要用途是安置和容纳步进电机、激光发射器等主要零部件；激光发射器通过激光套筒安装在步进电机转轴上。表盘的作用是方便操作人员读取激光旋转的角度；外骨骼底部安装了两块电磁铁，通电后将整个激光辅助导航仪固定在储存罐的球壁上。采用以上装置对爬壁机器人进行激光辅助导航，其步骤如下：1、目视检查所有设备的完好情况，按照预设情况正确连接所有电路元件。2、接通系统电源，将电源连接上变压器，使变压器为步进电机和电磁铁提供电源。3、将整个激光辅助装置安放在球壁上的任意一个初始放置点(预先由下而上沿着球形罐体内壁的经线方向或圆柱形罐体内壁的母线方向设置一组初始放置点)，将激光接收器安装在爬壁机器人背部，并打开Arduino单片机和激光筒，检查激光筒能否正常发射激光和旋转，同时调节激光光束的形状和亮度来适应实验的环境。激光调节好后关闭激光，并把激光筒拨至表盘零刻度线处。4、确认设备情况后，依次打开激光，打开Arduino单片机，使信号持续输入步进电机驱动器，再启动爬壁机器人，使其正常工作。5、记录打开Arduino单片机的时长和爬壁机器人背部的激光接收器接收到激光的次数。Arduino单片机会按照提前设定的速度输出脉冲(优选脉冲频率f＝50次/分钟)，每接收一个脉冲步进电机会旋转的角度为α(优选α角度为0.1125°)，所述α角度可以通过Arduino单片机控制，按照0.1125°/脉冲输出。激光沿着设定的轨迹(该轨迹为过各个初始放置点的水平面与罐体内壁的相贯线)进行扫描，并且相应地会在球壁某一位置停留一定的时间(时间根据爬壁机器人的运行速度选择确定；优选时间为100s)，此时负责检测设备的机器人会按照设定的路线(该路线为过各个初始放置点的水平面与罐体内壁的相贯线)行走，当机器人到达激光停留的位置时，激光接收器会收到激光信号，并记录接收到信号的次数；直至走完同一水平面的整个轨迹。接着，将激光辅助导航仪移动至下一个初始放置点进行激光扫描；机器人继续沿着第二个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于爬壁机器人在曲面导航的辅助校准装置，其特征在于：该装置包括安装在爬壁机器人上的激光接收器、调节激光形状大小的激光调节器、底部安装有电磁体以利于在金属容器表面固定的外骨骼、固定在外骨骼上的步进电机和表盘、固定在步进电机转轴上且电连通激光调节器的激光筒、通过步进电机驱动器控制步进电机的单片机以及分别为各用电部件供电的电源。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于爬壁机器人在曲面导航的辅助校准装置，其特征在于：该装置包括安装在爬壁机器人上的激光接收器、调节激光形状大小的激光调节器、底部安装有电磁体以利于在金属容器表面固定的外骨骼、固定在外骨骼上的步进电机和表盘、固定在步进电机转轴上且电连通激光调节器的激光筒、通过步进电机驱动器控制步进电机的单片机以及分别为各用电部件供电的电源。


2.根据权利要求1所述的用于爬壁机器人在曲...

【专利技术属性】
技术研发人员：凌张伟，孔帅，唐萍，郭绍勇，陶竑杰，耿洁，陈永贵，
申请(专利权)人：浙江省特种设备科学研究院，
类型：新型
国别省市：浙江;33