变高度可重构石窟寺病害智能探测机器人及其控制方法技术

本发明专利技术公开了变高度可重构石窟寺病害智能探测机器人及其控制方法，包括履带小车行走系统、机械臂探测系统、用于调节机械臂探测系统高度的高度调节系统、工作状态感知系统和自主规划系统；高度调节系统、工作状态感知系统和自主规划系统均设置在履带小车行走系统上，机械臂探测系统设置在高度调节系统上；机械臂探测系统包括六自由度回转关节模块和三自由度腕关节模块；本发明专利技术的机械臂探测系统采用可重构模块化设计，其回转关节、连杆以及末端腕关节设置为集驱动、控制与通信为一体的独立模块，并留有便携机械电气接口，在工作中可根据实际需要随时快速更换机器人整体构型，使得不同工况下的文物探测工作更加灵活轻便。同工况下的文物探测工作更加灵活轻便。同工况下的文物探测工作更加灵活轻便。

【技术实现步骤摘要】
变高度可重构石窟寺病害智能探测机器人及其控制方法


[0001]本专利技术属于文物检测
，具体涉及一种变高度可重构石窟寺病害智能探测机器人及其控制方法。

技术介绍

[0002]石窟文物作为中华民族优秀传统文化的典型代表，广泛分布于我国甘肃、山西、河南及其以东的广大地区，以其丰富的艺术形式和文化底蕴成为今天了解和研究我国古代建筑、雕刻和宗教信仰等的重要形象资料，也成为追溯古代中西方文化交流的实物佐证。由于历史和自然的原因，大多石窟依山而建，有的甚至直接暴露于旷野之中，随着时间的推移，这些石窟文物逐渐演变出诸如山体局部坍塌、洞窟雨水侵蚀、环境风貌破坏及文物稳定性破坏等多种病害。为了更好的保护这些优秀传统石窟文物，需要采用专业探测设备定期对文物本体展开系统的检测与研究，以便深入了解病害发育规律，为进一步的文物修缮提供理论依据。
[0003]对于石窟病害的检测，又有其特殊性。首先，石窟病害多种多样，既包括壁面的风化、盐蚀、掉块等，也包括深度的裂隙、沁水等，需要采用多种多样的传感器进行检测。其次，岩壁表面易于损坏，不得触碰，要求检测设备与壁面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.变高度可重构石窟寺病害智能探测机器人，其特征在于，包括履带小车行走系统(1)、机械臂探测系统(2)、用于调节机械臂探测系统(2)高度的高度调节系统(3)、工作状态感知系统(4)和自主规划系统(5)；所述高度调节系统(3)、工作状态感知系统(4)和自主规划系统(5)均设置在履带小车行走系统(1)上，所述机械臂探测系统(2)设置在高度调节系统(3)上；所述机械臂探测系统(2)包括六自由度回转关节模块和三自由度腕关节模块，所述六自由度回转关节模块包括六个串联的回转关节，其中第一个回转关节的旋转输出端连接在高度调节系统(3)上；所述三自由度腕关节模块(210)包括静平台(21001)、立柱(21002)、可伸缩的电动推杆(21003)、动平台(21004)、用于搭载各种岩壁病害探测仪器的载物架(21005)和腕关节控制模块(21006)，所述静平台(21001)一端与六自由度回转关节模块中的第六个回转关节的旋转输出端连接，静平台的另一端通过立柱(21002)及电动推杆(21003)与动平台(21004)连接，所述立柱(21002)与动平台(21004)可活动连接，且动平台(21004)能够绕立柱(21002)旋转或者相对立柱(21002)倾斜，所述电动推杆(21003)与静平台(21001)、动平台(21004)之间均可活动连接，围绕立柱(21002)设置有多个电动推杆(21003)，通过所述腕关节控制模块(21006)控制电动推杆(21003)的伸缩长度使得动平台(21004)绕立柱(21002)旋转或者倾斜；所述载物架(21005)连接在动平台(21004)上；所述工作状态感知系统(4)包括二维雷达(401)、三维雷达(402)和双目相机(403)，所述二维雷达(401)和三维雷达(402)均设置在履带小车行走系统(1)上表面，所述二维雷达(401)用于对环境二维地形建模；所述三维雷达(402)用于探测石窟寺空间信息以及感知机械臂整体的实时位姿；所述双目相机(403)设置在所述载物架(21005)上，用于采集石窟寺局部位置的三维点云图并定位探测机器人在二维地面和三维空间实时位置；所述自主规划系统(5)包括上位机(501)和下位机，所述下位机包括用于控制履带小车行走系统(1)中履带轮速度的电控模块(106)、用于控制高度调节系统(3)举升高度的高度控制模块(303)、六个回转关节各自用于驱动关节电机的关节控制模块(20106)、用于控制电动推杆(21003)伸缩长度的腕关节控制模块(21006)；所述上位机(501)用于接收二维雷达(401)、三维雷达(402)、双目相机(403)采集的空间图像信息，并基于总体任务规划各下位机的实时运行路径，向各下位机下发指令。2.如权利要求1所述的变高度可重构石窟寺病害智能探测机器人，其特征在于，所述履带小车行走系统(1)包括壳体(101)、履带轮(102)、第一驱动电机(103)、减速器(104)、蓄电池(105)和电控模块(106)，所述第一驱动电机(103)、减速器(104)、蓄电池(105)和电控模块(106)布置在壳体(101)内，第一驱动电机(103)与减速器(104)连接，减速器(104)的输出轴连接履带轮(102)的主动轮。3.如权利要求1所述的变高度可重构石窟寺病害智能探测机器人，其特征在于，所述六自由度回转关节模块包括依次串接的第一回转关节(201)、第二回转关节(202)、第一连杆(203)、第三回转关节(204)、空关节(205)、第二连杆(206)、第四回转关节(207)、第五回转关节(208)和第六回转关节(209)，所述第一回转关节(201)的固定输入端与第二回转关节(202)的旋转输出端连接，第二回转关节(202)的固定输入端通过第一连杆(203)与第三回转关节(204)的固定输入端连接，第三回转关节(204)的旋转输出端与空关节(205)连接，空
关节(205)另一端通过第二连杆(206)与第四回转关节(207)的固定输入端连接，第四回转关节(207)的旋转输出端通过L型连接件与第五回转关节(208)连接，第五回转关节(208)通过L型连接件与第六回转关节(209)连接，第六回转关节(209)的旋转输出端用于连接所述静平台(21001)；所述第一回转关节(201)的输出轴轴线、第五回转关节(208)的输出轴轴线与地面垂直，所述第二回转关节(202)的输出轴轴线、第三回转关节(204)的输出轴轴线、第四回转关节(207)的输出轴轴线、第六回转关节(209)的输出轴轴线与地面平行。4.如权利要求3所述的变高度可重构石窟寺病害智能探测机器人，其特征在于，所述第一回转关节(201)包括主轴(20101)、第二驱动电机(20102)、编码器(20103)、制动器(20104)、谐波减速器(20105)、关节控制模块(20106)和外壳(20107)，所述外壳(201...

【专利技术属性】
技术研发人员：董忠红，张宏兵，谢石璞，贠鑫涛，兰恒星，包含，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：