以安全索为定位依据的爬壁机器人及其定位方法技术

本发明专利技术提供以安全索为定位依据的爬壁机器人及其定位方法，包括：利用推导公式的计算，设计以防止爬墙机器人掉落的安全索为定位依据，对爬墙机器人进行定位；由所述推导公式，利用传感器获取安全索长度、安全索和xyz坐标的两个夹角及机器人本身的欧拉角，即可计算得出机器人相对安全索绞车原点的x,y,z坐标，该x,y,z坐标依所推导的公式可找出机器人行经路线的表面形状，也可找出机器人任何位置工作路线或区域所经过的曲面及扫描边界，所述扫描边界可提供机器人在行走时的路径规划，以便能将工程作业覆盖到曲面的扫描边界范围内，使工程作业无遗漏。本发明专利技术提高了爬墙机器人在立面上作业的定位精确度，且不易受周围环境干扰。且不易受周围环境干扰。且不易受周围环境干扰。

【技术实现步骤摘要】
以安全索为定位依据的爬壁机器人及其定位方法


[0001]本专利技术涉及空间定位
，特别地，涉及在立面工作的爬壁机器人的定位工作，具体而言，涉及以安全索为定位依据的爬壁机器人及其定位方法。

技术介绍

[0002]当前在各个工程
里，对于在竖直立面上的工程作业有相当多的需求，比如：大楼墙面清洗、大结构的立面切割和焊接等，都需要进行立面上的作业。
[0003]但是，这些立面上工程作业的最大困难在于定位的困难，定位困难使许多工程作业在自动化作业方面产生很大困难，只能依靠人工来完成，例如：大楼清洗要用吊笼放人下去、用人力清洗，船舶焊接、喷砂(或水刀、激光)清洗需要用脚手架承载工人让工人在高空施工，凡此种种需要立面定位的工程作业都让自动化难以展开。
[0004]自动化的第一步必须要在机器人左右、上下移动做某些加工动作时，能够精确地确定机器人在任何时间所处的位置。而且，也要确定机器人在此位置时所有的加工工具(焊接、喷、水刀或激光清洗头等)的工作区域的位置。
[0005]现阶段最常用到空间定位的作业设备是无人机，无人机除了利用GPS技术进行定位以外，通常为进一步增加定位精度而采用所谓的实时动态技术（RTK:Real Time Kinematic）或动态后处理技术（PPK:post processed kinematic），来做GPS定位校正技术，可在无人机现场测量和捕获图像时对位置数据进行校正。然而，无论RTK或PPK技术均需要建立一个基准站，基准站将接收到的卫星信号通过无线通信网实时发送给移动站，以测站坐标信息求得基准站和移动站间的位置关系，在户外空旷地区可以取得公分（厘米）等级的定位精度。
[0006]另一种方法是利用室内无线发射器发射无线电，依靠无线电的接收与发送的方式，确定目标对象的位置(例如：工业4.0
‑
UWB 精准室内定位系统)，能够将人员、物料、设备、车辆的位置进行定位，以便做各种不同的应用，比如：人员或物体的追踪，智能机器人的操控，定位精度在公分到十公分这样的等级。
[0007]然而，现有的上述定位方法最大的缺点就是无法将定位精度达到豪米(mm) 等级，对于需要豪米等级的加工作业采用现有的这些方法是不可行的。并且，周围环境对现有定位方法的精度影响也很大，尤其是在工作场所存在许多目标对象时，各种电波会遭到阻挡。而且，工作机具所发出的电磁波会对外界产生电波干涉，天气状况不佳也会对光电传播形成非常差的影响。凡此种种扰动问题，均会造成较差的定位精度。
[0008]因此，当前亟需开发一种在立面上做精密工程作业时定位更精确，且不易受到周围环境干扰的方法。

技术实现思路

[0009]鉴于此，本专利技术的目的在于利用公式找出爬壁机器人进行工程作业所爬表面的曲面特征，以产生工程作业的曲面公式。
[0010]本专利技术提供以安全索为定位依据的爬壁机器人，包括：可吸附墙壁的机器人、安全索，其中，所述机器人包括：与墙壁接触的用于爬壁的轮子、爬足或其他攀爬装置；所述安全索的一个端头与所述机器人固定连接，所述安全索的另一个端头固定连接在绞车的绞盘上，所述安全索的伸出长度随绞盘的转动而改变；将爬壁机器人的行走路径的曲面公式设为z=f(x,y)，所述安全索和所述机器人的接点为a点，a点的坐标为(x,y,z)，所述安全索和绞车的挂点（固定在外界的）b点，L为安全索的长度，L在xy平面的投影为Lxy，L在xz平面的投影为Lxz，H为爬壁机器人的高度，角为安全索和y轴的夹角，为爬壁机器人的行进方向和安全索的夹角，为安全索和x轴的夹角，为安全索和xy平面的夹角，角为安全索和绞车车轴的夹角，为爬壁机器人的xz截面和轴的夹角；是爬壁机器人的翻滚角Roll，为爬壁机器人的俯仰角pitch，为爬壁机器人的偏摆角yaw（即左右转动角）；所述翻滚角Roll、俯仰角pitch以及偏摆角yaw共同组成欧拉角Euler angles；为车体内与工程作业相关的加工线，的长度为B1，和a点的垂直距离为H2，i的坐标为(x
i
,y
i
,z
i
)，j的坐标为(x
j
,y
j
,z
j
) ；爬壁机器人和安全索的连接位置a点的坐标(x,y,z)计算式为：(1)(2)(3)。
[0011]本专利技术还提供根据上述所述的以安全索为定位依据的爬壁机器人的定位方法的较佳实用例，包括以下步骤：S1、选用轮子数为前后各两轮的四轮爬壁机器人，将机器人的起始欧拉角设为零，运动方向为上下运动；四个轮子的中心点与曲面的接触点分别为：e点、f点、g点、h点，e点的坐标为(x
e
,y
e
,z
e
)，f点的坐标为(x
f
,y
f
,z
f
)，g点的坐标为(x
g
,y
g
,z
g
)，h点的坐标为(x
h
,y
h
,z
h
)；前轮轴和a点的垂直距离为H1，前后两轮轴的距离为F，左右两轮的距离为B，前轮轴和绞车中心线的交点为c点，后轮轴和绞车中心线的交点为d点；S2、依据机器人和安全索的连接位置a点的坐标计算式（1）（2）（3），求解轮子的中心点与曲面的接触点的x，y，z坐标；所述求解轮子的中心点与曲面的接触点的x，y，z坐标的方法包括：通过测量获取L、θ角及θ3，由设置在爬壁机器人a点上的姿态角量测器测量得到翻滚角、俯仰角及偏摆角；求得e点，f点，g点，h点的x，y，z坐标；e点的x，y，z坐标(x
e
,y
e
,z
e
)的计算式为：(4)
（5）（6）f点的x，y，z坐标(x
f
,y
f
,z
f
)的计算式为：（7）（8）（9）g点的x，y，z坐标(x
g
,y
g
,z
g
)的计算式为：（10）（11）（12）h点的x，y，z坐标(x
h
,y
h
,z
h
)的计算式为：（13）（14）（15）
S3、将机器人的作业区域设为直线，分别计算所述作业区域的两个端点i，j的坐标（x
i
、y
i
、z
i
），（x
j、
y
j
、z
j
），的长度为B1，和a点的垂直距离为H2，i的坐标(x
i
,y
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,y
j
,z
j
)的计算式为：(16)(17)(18)(19)(20)(21)由式(4)
‑
(15)可得各个轮子所在曲面的坐标，由式(16)
‑
(21)可得作业线本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.以安全索为定位依据的爬壁机器人，其特征在于，包括：可吸附墙壁的机器人、安全索，其中，所述机器人包括：与墙壁接触的用于爬壁的轮子、爬足或其他攀爬装置；所述安全索的一个端头与所述机器人固定连接，所述安全索的另一个端头固定连接在绞车的绞盘上，所述安全索的伸出长度随绞盘的转动而改变；将爬壁机器人的行走路径的曲面公式设为z=f(x,y)，所述安全索和所述机器人的接点为a点，a点的坐标为(x,y,z)，所述安全索和绞车的挂点b点，L为安全索的长度，L在xy平面的投影为Lxy，L在xz平面的投影为Lxz，H为爬壁机器人的高度，角为安全索和y轴的夹角，为爬壁机器人的行进方向和安全索的夹角，为安全索和x轴的夹角，为安全索和xy平面的夹角，角为安全索和绞车车轴的夹角，为爬壁机器人的xz截面和轴的夹角；是爬壁机器人的翻滚角Roll，为爬壁机器人的俯仰角pitch，为爬壁机器人的偏摆角yaw；所述翻滚角Roll、俯仰角pitch以及偏摆角yaw共同组成欧拉角Euler angles；为车体内加工范围，的长度为B1，和a点的垂直距离为H2，i的坐标为(x
i
,y
i
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i
)，j的坐标为(x
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,y
j
,z
j
) ；爬壁机器人和安全索的连接位置a点的坐标(x,y,z)计算式为：(1)(2)(3)。2.根据权利要求1所述的以安全索为定位依据的爬壁机器人的定位方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、选用轮子数为前后各两轮的四轮爬壁机器人，将机器人的起始欧拉角设为零，运动方向为上下运动；四个轮子的中心点与曲面的接触点分别为：e点、f点、g点、h点，e点的坐标为(x
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,y
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,z
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)，f点的坐标为(x
f
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)，g点的坐标为(x
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)，h点的坐标为(x
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)；前轮轴和a点的垂直距离为H1，前后两轮的轴距离为F，左右两轮的距离为B，前轮轴和绞车中心线的交点为c点，后轮轴和绞车中心线的交点为d点；S2、依据机器人和安全索的连接位置a点的坐标计算式（1）（2）（3），求解轮子的中心点与曲面的接触点的x，y，z坐标；所述求解轮子的中心点与曲面的接触点的x，y，z坐标的方法包括：通过测量获取L、θ角及θ3，由设置在爬壁机器人a点上的姿态角量测器测量得到翻滚角、俯仰角及偏摆角；求得e点，f点，g点，h点的x，y，z坐标；e点的x，y，z坐标(x
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,y
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)的计算式为：(4)
（5）（6）f点的x，y，z坐标(x
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)的计算式为：（7）（8）（9）g点的x，y，z坐标(x
g
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)的计算式为：（10）（11）（12）h点的x，y，z坐标(x
h
,y
h
,z
h
)的计算式为：（13）（14）（15）
S3、将机器人的作业区域设...

【专利技术属性】
技术研发人员：萧德瑛，郭诗坪，马奡麟，
申请(专利权)人：南通唐人电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：