本發(fā)明涉及仿生機(jī)器人，尤其是涉及一種基于全息投影和通信的冷卻塔內(nèi)墻檢查的蜘蛛機(jī)器人及控制方法。

背景技術(shù)：

1、人工檢修冷卻塔存在多種危害。首先，高空作業(yè)是一個(gè)主要風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)槔鋮s塔通常建得很高，檢修人員需要在高處作業(yè)，容易發(fā)生墜落事故。其次，冷卻塔內(nèi)部可能使用各種化學(xué)藥劑，接觸這些化學(xué)物質(zhì)可能導(dǎo)致中毒或皮膚灼傷。此外，冷卻塔中有電氣設(shè)備，存在觸電的風(fēng)險(xiǎn)，而內(nèi)部的風(fēng)機(jī)和泵等機(jī)械設(shè)備則可能造成機(jī)械傷害。有些冷卻塔的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，檢修時(shí)需要進(jìn)入狹小或密閉空間，這樣會(huì)增加窒息或中毒的風(fēng)險(xiǎn)。冷卻塔運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)噪音和振動(dòng)較大，長期接觸可能對人體健康產(chǎn)生不良影響。同時(shí)，環(huán)境因素如風(fēng)雨天氣等也會(huì)增加檢修工作的難度和危險(xiǎn)性。為減少這些風(fēng)險(xiǎn)，檢修時(shí)應(yīng)嚴(yán)格遵循安全操作規(guī)程，佩戴必要的防護(hù)裝備，并在必要時(shí)使用專業(yè)的檢修工具或請專業(yè)人員進(jìn)行操作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種基于全息投影和通信的冷卻塔內(nèi)墻檢查的蜘蛛機(jī)器人及控制方法，機(jī)器人能夠在高空作業(yè)和危險(xiǎn)環(huán)境中操作，極大地減少了人類工人面臨的墜落和觸電等風(fēng)險(xiǎn)，其次，機(jī)器人可以避免直接接觸冷卻塔中的有害化學(xué)物質(zhì)，減少中毒和皮膚灼傷的可能性。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述的技術(shù)特征，本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種基于全息投影和通信的冷卻塔內(nèi)墻檢查的蜘蛛機(jī)器人，包括蜘蛛機(jī)器人主體，蜘蛛機(jī)器人主體由蜘蛛機(jī)器人控制系統(tǒng)和蜘蛛機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成；蜘蛛機(jī)器人控制系統(tǒng)由上下對稱連接的上端封蓋和下端封蓋構(gòu)成，并在內(nèi)側(cè)形成一定空間容納鋰電池和stm32主控制板；stm32主控制板含有開關(guān)電源模組，藍(lán)牙通信模組，驅(qū)動(dòng)控制模組，主控模組，避障模組和平衡模組，并通過杜邦線同時(shí)與鋰電池以及多個(gè)第三直流控制舵機(jī)電性連接；第三直流控制舵機(jī)對稱連接在上端封蓋和下端封蓋的兩側(cè)；所述下端封蓋下端固定連接有紅外傳感器和超聲波傳感器，超聲波傳感器置于下端封蓋前后端，用于避障，紅外傳感器置于蜘蛛機(jī)器人左右兩側(cè)，用于檢測蜘蛛機(jī)器人環(huán)境數(shù)據(jù)；所述上端封蓋頂部通過高速步進(jìn)電機(jī)云臺安裝有一體化攝影機(jī)。

3、所述上端封蓋和下端封蓋的兩端由成對對稱布置的螺絲上下固定連接。

4、所述蜘蛛機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)包括用于蜘蛛機(jī)器人在冷卻塔上攀附的機(jī)械足，所述機(jī)械足對稱連接在蜘蛛機(jī)器人控制系統(tǒng)四周并同過杜邦線與stm32主控制板進(jìn)行控制信號的傳遞與連接，所述機(jī)械足(106）內(nèi)側(cè)設(shè)計(jì)為空心結(jié)構(gòu)并置有第一直流控制舵機(jī)，所述第一直流控制舵機(jī)通過墊片與第一連接臂連接，所述第一連接臂為x型結(jié)構(gòu)，另一端連接有第二連接臂，使兩端連接臂能夠360°旋轉(zhuǎn)，所述第二連接臂一端通過墊片與第二直流控制舵機(jī)相連，所述第二直流控制舵機(jī)通過第二連接臂與第三直流控制舵機(jī)相連，所述第一直流控制舵機(jī)，第二直流控制舵機(jī)和第三直流控制舵機(jī)通過杜邦線同時(shí)與stm32主控制板相連。

5、所述開關(guān)電源模組通過對鋰電池輸出的電壓實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓和變壓以為整機(jī)供電。

6、所述避障模組采用hc-sr04超聲波模組為定距感應(yīng)器，其測距能力最高可進(jìn)行2～400?cm的非接觸式位置感測，定距精度最高能達(dá)到3mm，包含了超聲波發(fā)射機(jī)、傳感器和控制電路；在整機(jī)運(yùn)行中如果反饋回的信號顯示與障礙物之間的距離小于預(yù)設(shè)的安全距離，主控模組就控制蜘蛛機(jī)器人一側(cè)舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向或緊急停止功能。

7、所述驅(qū)動(dòng)控制模組的設(shè)計(jì)主要包括在stm32主控制板和驅(qū)動(dòng)控制模組間的通信設(shè)計(jì)以及驅(qū)動(dòng)控制模組和運(yùn)動(dòng)執(zhí)行模塊之間的通信設(shè)計(jì)；

8、其中，stm32主控制板和pca9685驅(qū)動(dòng)控制模組之間通過iic通信協(xié)議進(jìn)行交流，pca9685驅(qū)動(dòng)控制模組是一個(gè)i2c總線控制器的16通道的pwm波發(fā)生器，該控制器在典型的24～1526?hz的可程序化頻率下工作；占空比從0～100%可調(diào)控制；pca9685驅(qū)動(dòng)控制模組還帶有一個(gè)外置時(shí)鐘輸入接口，能夠接收用戶所提出的時(shí)鐘；

9、運(yùn)動(dòng)執(zhí)行模塊由12個(gè)數(shù)字舵機(jī)構(gòu)成，根據(jù)四足機(jī)械人輕質(zhì)化設(shè)計(jì)原則和質(zhì)量分布對扭矩控制、振動(dòng)速度以及整體協(xié)調(diào)性的影響，采用ds3120型數(shù)字操舵裝置。

10、蜘蛛機(jī)器人陀螺儀模塊采用mpu6050型陀螺儀，是一個(gè)六軸運(yùn)動(dòng)處理傳感器，能夠用于測量或維護(hù)方位和角速度的設(shè)備；此外還有一種可擴(kuò)充的數(shù)位運(yùn)動(dòng)信息處理器dmp，能夠利用i2c端口連結(jié)某個(gè)第三方的數(shù)位傳感器，擴(kuò)展后，就能夠利用其i2c端口，輸出一組六軸信號。

11、按照平衡方式，四足蜘蛛機(jī)器人的步態(tài)分為3種：

12、s101：行走是一個(gè)靜止步態(tài)，即在整個(gè)跑步過程中始終只有3個(gè)腳處在支撐相，而至多有1個(gè)腳處在擺動(dòng)相；

13、s102：小跑是一個(gè)動(dòng)態(tài)步態(tài)，特別適合于在中低速奔跑，同時(shí)擁有相當(dāng)大的跑步速率范圍，另一項(xiàng)主要特點(diǎn)則是在中等轉(zhuǎn)速下的小跑步態(tài)擁有最大的運(yùn)動(dòng)能量效率，上述特征使得小跑步態(tài)為最常見的四足步態(tài)；

14、s103：在奔跑步態(tài)中，整機(jī)會(huì)有一段騰空的時(shí)間。

15、地面觀測人員所佩戴的智能眼鏡為全息投影眼鏡，眼鏡架由電性金屬材料固定連接，質(zhì)量較輕；眼鏡片由定制光學(xué)原件制成，能夠增強(qiáng)激光的衍射和折射效應(yīng)，增強(qiáng)投影效應(yīng)，所述眼鏡架兩側(cè)對稱固定安裝有激光投影儀，通過利用氮?dú)夂脱鯕庠诳諝庵猩㈤_時(shí)，混合成的氣體變成灼熱的漿狀物質(zhì)，并在空氣中形成一個(gè)短暫的3d圖像，其外側(cè)安裝有壓力按鈕。

16、一種基于全息投影和通信的冷卻塔內(nèi)墻檢查的蜘蛛機(jī)器人的控制方法，包括如下步驟：

17、s101：蜘蛛機(jī)器人主體上的stm32主控制板內(nèi)的藍(lán)牙通信模組接受信號指令，并通過串口通信傳遞至stm32的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)；

18、s102：pca9685驅(qū)動(dòng)控制模組將指定通信頻率傳遞至pwm波發(fā)生器，通過計(jì)算傳出指定的工作信號，操控第一直流控制舵機(jī)，第二直流控制舵機(jī)和第三直流控制舵機(jī)共12個(gè)直流控制舵機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)操作；

19、s103：當(dāng)蜘蛛機(jī)器人主體遇到障礙時(shí)，hc-sr04超聲波模組在整機(jī)運(yùn)行中如果反饋回的信號顯示與障礙物之間的距離小于預(yù)設(shè)的安全距離，主控模組就控制蜘蛛一側(cè)舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向或緊急停止功能；

20、s104：當(dāng)蜘蛛機(jī)器人在作業(yè)時(shí)，實(shí)時(shí)通過藍(lán)牙通信模組將一體化攝像機(jī)收集的圖像信息傳遞至地面操作人員的接受設(shè)備中，地面操作人員再將圖像傳遞至激光投影儀當(dāng)中，并通過眼鏡片觀測到全息投影的像。

21、本發(fā)明有如下有益效果：

22、1.本發(fā)明的通過采用機(jī)器人檢修冷卻塔有許多顯著的好處。首先，機(jī)器人能夠在高空作業(yè)和危險(xiǎn)環(huán)境中操作，極大地減少了人類工人面臨的墜落和觸電等風(fēng)險(xiǎn)。其次，機(jī)器人可以避免直接接觸冷卻塔中的有害化學(xué)物質(zhì)，減少中毒和皮膚灼傷的可能性。此外，機(jī)器人具備精準(zhǔn)控制和高效操作的能力，可以更快速和精確地完成復(fù)雜的檢修任務(wù)，從而提高工作效率。

23、2.?本發(fā)明的機(jī)器人可以在噪音和振動(dòng)環(huán)境中長時(shí)間工作，不會(huì)受到這些因素的影響，有助于提高檢修的質(zhì)量和連續(xù)性。同時(shí)，機(jī)器人可以進(jìn)入狹小或密閉空間，完成對這些區(qū)域的檢修工作，而不必?fù)?dān)心窒息或中毒風(fēng)險(xiǎn)。機(jī)器人還能夠在各種惡劣天氣條件下執(zhí)行任務(wù)，減少環(huán)境因素對檢修工作的影響。

24、3.本發(fā)明使用機(jī)器人可以降低人工成本，減少培訓(xùn)和人員管理的費(fèi)用，從長遠(yuǎn)來看具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益?？傊?，機(jī)器人檢修冷卻塔不僅能夠顯著提高安全性和工作效率，還能夠降低成本，減少人力資源的消耗，同時(shí)確保高質(zhì)量的檢修結(jié)果。