[发明专利]一种船用全向移动爬壁机器人

权利要求书

1.一种船用全向移动爬壁机器人，包括车架(1)、车轮(2)、车轮电机(3)、二轴电控云台(5)和前臂辅助机构(9)，车架的四个角上均设置有车轮和车轮电机，车轮电机的输出轴与车轮的轮轴传动连接，用于驱使车架行走；二轴电控云台设置于车架上；其特征在于：所述车架四周底部设置有与船舶上的钢板产生吸附磁力的永磁铁(4)，二轴电控云台(5)可在与车架(1)平行的平面内360°转动，且可相对于其转动平面进行0-90°的摆动，二轴电控云台上固定有用于对爬壁机器人的重力进行抵消的涵道螺旋桨(6)，二轴电控云台上固定有驱使涵道螺旋桨转动的螺旋桨电机；

所示前臂辅助机构(9)经连接轴(11)设置于车架(1)的前端，前臂辅助机构的两侧设置有履带(10)，车架的前端设置有经连接轴驱使前臂辅助机构转动的前臂方向电机(12)，前臂辅助机构的两侧均设置有分别驱使两履带转动的前臂前进电机(13)；

所述前臂辅助机构(9)前端的下表面上开设有对竖立面或倾斜面进行吸附的吸负压口(15)，前臂辅助机构上固定有与吸负压口相连通的负压泵(14)。

2.根据权利要求1所述的船用全向移动爬壁机器人，其特征在于：所述二轴电控云台(5)上设置有对爬壁机器人进行定位、路径跟踪和姿态控制的激光雷达(7)和摄像头(8)。

3.根据权利要求1或2所述的船用全向移动爬壁机器人，其特征在于：包括嵌入式控制器、应急电源(16)、惯性导航传感器和电源转换电路，惯性导航传感器安装于车架(1)上，车架上设置有电缆接口(17)，外部电源经电缆接口接入并经电源转换电路的转化后，供嵌入式控制器、车轮电机(3)、二轴电控云台(5)、前臂方向电机(12)、前臂前进电机(13)和负压泵(14)工作。

4.一种基于权利要求1所述的船用全向移动爬壁机器人的运行控制方法，其特征在于，通过以下步骤来实现：

a).规划行驶路径，根据船舶所要检测、清扫或焊接的部位，规划出爬壁机器人的行驶路径，并将规划的路径下发至爬壁机器人的嵌入式控制器中，以控制机器人按照规划路径行驶；

b).姿态判断和重力抵消，嵌入式控制器通过惯性导航传感器检测机器人的姿态，识别出机器人是行走在水平面、倾角小于45°的水平面、倾角大于45°的水平面、垂直面上，还是行走在水平面或倾斜面的下表面上；如果行走在水平面或倾角较小的水平面上，则不开启涵道螺旋桨，否则，则开启涵道螺旋桨以抵消爬壁机器人的部分或全部重力，避免其坠落；

c).越障或切换爬行壁面，当嵌入式控制器检测到遇到障碍物或需要切换爬行壁面时，通过以下步骤越障或切换爬行壁面：

c-1).前臂辅助机构上的前臂方向电机运转，驱使前臂辅助机构抬起，使前臂辅助机构贴合在障碍物或下一个待爬行的壁面上；此时，开启前臂辅助机构上的负压泵，使吸负压口吸附在障碍物或下一个爬行壁面上；

c-2).前臂辅助机构上的前臂前进电机运转，并在车架上车轮电机的推进下，爬壁机器人的前车轮抬起，前臂方向电机控制前臂辅助机构一直贴合在障碍物或下一个爬行壁面上；

c-3).当爬壁机器人的倾角大于45°或者爬壁机器人工作在水平面下方时，启动涵道螺旋桨，以克服机器人的全部或部分重力，避免机器人跌落；

c-4).越障或壁面切换完毕后，根据当前避免的情况，保持前臂辅助机构贴紧避免或抬起；

d).在机器人运行的过程中，如遇外部电源故障，则利用应急电池提供工作电源，保证爬壁机器人能运动到安全位置，以便于回收和修理。

5.根据权利要求4所述的船用全向移动爬壁机器人的运行控制方法，其特征在于，步骤b)所述的姿态判断和重力抵消具体通过以下步骤来实现：

b-1).获取机器人姿态，嵌入式控制器通过惯性导航传感器获取爬壁机器人的姿态，记获取的车架平面与水平面的夹角为δ_CR、爬壁机器人中轴线与所在平面梯度方向的夹角为η_CR，δ_CR的取值范围为[-π，π)，η_CR的取值范围为[0，2π)；

云台在其旋转平面内的转动角度为记云台相对于其旋转平面的转动角度为的取值范围为的取值范围为(-2π,2π]；

记涵道螺旋桨产生的推力其中ω_c为螺旋桨的转动角速度，K_T为与空气密度相关的常量系数；

b-2).当时，

此时爬壁机器人工作在水平面或倾角较小的倾斜面上，由工作面支撑重力和吸附磁力，车轮与工作面产生的摩擦力为爬壁机器人提供前进和静止的作用力，此时的涵道螺旋桨停止工作；

b-3).当时，

此时爬壁机器人工作在水平面的上方，但是倾角较大，车轮与工作面的摩擦力不足以让爬壁机器人静止在工作面上，需要风力推进装置提供推力辅助；其中σ为设定常量，0≤σ＜0.25；风力推进装置的工作状态为：

K取值为0或1，根据机器人连续变化的运动状态决定；

b-4).当时，

此时爬壁机器人工作在水平面下方，重力分量方向与永磁铁产生的吸附力相反，需要风力推进装置提供辅助；风力推进装置的工作状态为：

K取值为0或1，根据机器人连续变化的运动状态决定；

b-5).当π-σ＜|δ_CR|≤π时，

此时爬壁机器人工作在水平面下方，重力分量方向与永磁铁产生的吸附力相反，需要风力推进装置提供辅助；风力推进装置的工作状态为：

由于工作在临界状态，容易发生剧烈变化，因此需要设定死去，在此范围内需要保持原状态不变。