【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及人形机器人，更具体地说，涉及一种可用于多功能作业人形机器人的轮式磁吸附底盘。
技术介绍
1、近年来，随着各种钻井平台、风电平台、油气管线、舰船制造以及核电站等重大钢结构工程不断的增加，大型装备面临着巨大的建造、维护和抢修需求。
2、例如，钢结构物容易被腐蚀或影响性能，因此需要进行清洗。目前针对这些大型工程的清洁工作主要依赖人工操作，但人工清洁既耗时又劳力，并且对于船体外壳表面的不规则性，很多地方难以彻底清洁，效果不佳。此外，人工清洁还存在许多安全隐患，因为需要人员攀爬到高空进行操作。
3、近年来，已有研发清洁机器人来实现清洗和作业。其中，磁吸附爬壁机器人在船舶船体清洗、管道焊接等方面应用较为广泛。磁吸附爬壁机器人通过在底盘上增加永磁体或电磁体，吸附到舰船制造或大型钢结构物的金属表面，利用磁吸附力和轮子的摩擦力共同作用，克服机器人自身重力，使其能够在倾斜甚至垂直的金属表面上爬行。由于电磁体吸附的爬壁机器人具有较复杂的控制和较重的电磁铁重量的限制，在特殊情况下才会使用。因此，当前主流和趋势是采用永磁体吸附的磁吸附爬壁机器人。
4、目前的磁吸附爬壁机器人主要应用于平面或微小弯曲曲面，现有的磁吸附爬壁机器人底盘整体存在一些问题：履带式行走底盘结构复杂，转向不够灵活，机动性差。若采用麦克纳姆轮，麦克纳姆轮本身不具备磁吸附功能，因此，现有设计中采用麦克纳姆轮进行全向移动，还额外采用磁轮来进行吸附；这种结构虽然也能进行全向移动，但转弯时会产生转弯半径；或者把麦克纳姆轮的轮毂换成磁性轮毂，但磁性
技术实现思路
1、为克服现有技术中的缺点与不足，本专利技术的目的在于提供一种；该磁吸附底盘将麦克纳姆轮嵌入磁轮中，在具备磁吸附能力的同时具备全向移动功能，能够在严苛的环境中自动完成运动操作，解决了人工作业的高危险性、低效率和高成本问题。
2、为了达到上述目的，本专利技术通过下述技术方案予以实现：一种用于多功能作业人形机器人的轮式磁吸附底盘，包括带有麦克纳姆磁轮组的移动底盘、设置于移动底盘上的底盘电源和设置于移动底盘上的伺服电机；
3、所述麦克纳姆磁轮组包括四个麦克纳姆磁轮；四个麦克纳姆磁轮分别位于移动底盘两侧；每个麦克纳姆磁轮包括：永磁轮体、右导磁轮、左导磁轮和麦克纳姆轮式运动机构；永磁轮体、右导磁轮和左导磁轮同轴设置；右导磁轮和左导磁轮分别固定连接在永磁轮体两侧，以实现永磁轮体、右导磁轮和左导磁轮同步转动；右导磁轮和左导磁轮之间形成环状安装空间；麦克纳姆轮式运动机构设置在环状安装空间中，以实现麦克纳姆磁轮采用麦克纳姆轮方式行走，且在右导磁轮和左导磁轮的磁吸力作用下吸附于金属表面行走。
4、优选地，所述麦克纳姆轮式运动机构包括右固定片、左固定片、若干轮毂和轮毂轴；所述右固定片和左固定片分别固定设置在环状安装空间中；各个轮毂分别围绕永磁轮体的外侧布设，各个轮毂分别通过轮毂轴同向倾斜安装于右固定片和左固定片之间。
5、优选地，当移动底盘绕底面任意一点匀速公转时,四个麦克纳姆磁轮的角速度计算方法为：
6、构建四个麦克纳姆磁轮的逆运动学模型为：
7、
8、其中，wi，i＝1,2,3,4为第i个麦克纳姆磁轮的角速度；r为麦克纳姆磁轮的半径；lx是在移动底盘宽度方向上麦克纳姆磁轮到移动底盘中心的距离；ly是在移动底盘前后方向上麦克纳姆磁轮到移动底盘中心的距离；vx，vy，ω分别为运动系统的x轴方向速度矢量、y轴方向速度矢量和角速度矢量；
9、所述移动底盘绕底面任意一点匀速公转时,以移动底盘所绕的点为原点建立运动坐标系；判断移动底盘中心在运动坐标系中的象限，获取移动底盘中心的坐标(x0,y0)和移动底盘转动角速度ω0；构建运动系统x轴方向速度矢量vx和y轴方向速度矢量vy与时间t的关系式：
10、当移动底盘中心在第一象限时：
11、
12、当移动底盘中心在第二象限时：
13、
14、当移动底盘中心在第三象限时：
15、
16、当移动底盘中心在第四象限时：
17、
18、将运动系统x轴方向速度矢量vx和y轴方向速度矢量vy代入逆运动学模型，逆解得到四个麦克纳姆磁轮的角速度：
19、
20、优选地，每个麦克纳姆磁轮分别安装有磁屏蔽轮罩。
21、优选地，所述麦克纳姆磁轮，永磁轮体中心穿设有轮轴以与伺服电机连接；轮轴与永磁轮体之间通过键槽来实现相互限位；轮轴通过轴承来与移动底盘可转动设置。
22、优选地，每个麦克纳姆磁轮对应一个伺服电机；所述伺服电机通过法兰和轴套与移动底盘连接；伺服电机的通过谐波减速器与麦克纳姆磁轮连接。
23、优选地，还包括设置于移动底盘上的全景云台摄像机和距离传感器；所述全景云台摄像机实时采集环境图像；所述距离传感器获取移动底盘运动位置数据。
24、与现有技术相比，本专利技术具有如下优点与有益效果：
25、1、本专利技术磁吸附底盘，采用一体式麦克纳姆磁轮附着于工程中的钢性结构物或舰船制造的钢性外表面；把麦克纳姆轮嵌入磁轮中，使麦克纳姆轮本身具备磁性，从而能够在严苛的环境中自动完成运动操作，解决了人工作业的高危险性、低效率和高成本问题；
26、2、本专利技术磁吸附底盘具有灵活的转向功能；磁吸附底盘在运动过程中，依据逆运动学模型调节各麦克纳姆磁轮的转速从而实现对磁吸附底盘运动状态的控制调节；磁吸附底盘的位置状态会受到平面移动和转动的共同影响，但平面移动起主要作用，而角度状态只受转动的影响，因此可以将转动速度的影响视为一种扰动，从而实现磁吸附底盘的角度解耦控制，提高转向的灵活性。
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1.一种用于多功能作业人形机器人的轮式磁吸附底盘，其特征在于：包括带有麦克纳姆磁轮组的移动底盘、设置于移动底盘上的底盘电源和设置于移动底盘上的伺服电机；
2.根据权利要求1所述的用于多功能作业人形机器人的轮式磁吸附底盘，其特征在于：所述麦克纳姆轮式运动机构包括右固定片、左固定片、若干轮毂和轮毂轴；所述右固定片和左固定片分别固定设置在环状安装空间中；各个轮毂分别围绕永磁轮体的外侧布设，各个轮毂分别通过轮毂轴同向倾斜安装于右固定片和左固定片之间。
3.根据权利要求1所述的用于多功能作业人形机器人的轮式磁吸附底盘，其特征在于：当移动底盘绕底面任意一点匀速公转时,四个麦克纳姆磁轮的角速度计算方法为：
4.根据权利要求1所述的用于多功能作业人形机器人的轮式磁吸附底盘，其特征在于：每个麦克纳姆磁轮分别安装有磁屏蔽轮罩。
5.根据权利要求1所述的用于多功能作业人形机器人的轮式磁吸附底盘，其特征在于：所述麦克纳姆磁轮，永磁轮体中心穿设有轮轴以与伺服电机连接；轮轴与永磁轮体之间通过键槽来实现相互限位；轮轴通过轴承来与移动底盘可转动设置。
7.根据权利要求1所述的用于多功能作业人形机器人的轮式磁吸附底盘，其特征在于：还包括设置于移动底盘上的全景云台摄像机和距离传感器；所述全景云台摄像机实时采集环境图像；所述距离传感器获取移动底盘运动位置数据。
...【技术特征摘要】
1.一种用于多功能作业人形机器人的轮式磁吸附底盘，其特征在于：包括带有麦克纳姆磁轮组的移动底盘、设置于移动底盘上的底盘电源和设置于移动底盘上的伺服电机；
2.根据权利要求1所述的用于多功能作业人形机器人的轮式磁吸附底盘，其特征在于：所述麦克纳姆轮式运动机构包括右固定片、左固定片、若干轮毂和轮毂轴；所述右固定片和左固定片分别固定设置在环状安装空间中；各个轮毂分别围绕永磁轮体的外侧布设，各个轮毂分别通过轮毂轴同向倾斜安装于右固定片和左固定片之间。
3.根据权利要求1所述的用于多功能作业人形机器人的轮式磁吸附底盘，其特征在于：当移动底盘绕底面任意一点匀速公转时,四个麦克纳姆磁轮的角速度计算方法为：
4.根据权利要求1所述的用于多功能作业人形机器人的轮式磁吸附底盘，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：王振民，朱彬，迟鹏，谢文鹏，詹金桦，张芩，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：
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