一种磁吸爬壁机器人足部贴合程度检测装置及方法
文献发布时间：2023-06-19 18:37:28
技术领域
本发明涉及磁吸爬壁机器人技术领域，具体而言，尤其涉及一种磁吸爬壁机器人足部贴合程度检测装置及方法。
背景技术
磁吸爬壁机器人主要用于在金属壁面进行作业，由于磁铁要紧贴着金属壁面，才能保证机器人的安全运行。但是由于实际的应用场景下无法保证壁面凭证，例如在船体表面进行检测，很难保证机器人的足部能够紧实的吸到金属表面。且机器人一般具有一定的自重，在机器人足部与作业表面不能紧实贴合的情况下，产生的磁力可能不能承担机器人的自重，导致机器人在作业壁面上发送滑动或者坠落。
为了避免滑动或者坠落的情况发生，则需要对机器人与避免的贴合程度进行判断，才能识别出机器人坠落的风险，进而提前采取应急操作避免事故发生。但是现有技术中无法实现机器人与壁面贴合程度的实时判断。
发明内容
根据上述提出的现有技术中无法实现机器人与壁面贴合程度的实时判断的技术问题，而提供一种磁吸爬壁机器人足部贴合程度检测装置及方法。本发明可以充分的检测到足部磁铁的吸紧状态，并且可以通过不同的检测信号反馈到机器人的控制系统并做相应的控制来做出应急操作。
本发明采用的技术手段如下：
一种磁吸爬壁机器人足部贴合程度检测装置，所述检测包括：
外环，所述外环固定套装在磁吸爬壁机器人足部磁铁的外围，所述外环的下边缘与所述磁吸爬壁机器人足部磁铁的下边缘平齐，且外环的内表面与磁吸爬壁机器人足部磁铁的内表面之间具有间隙；
AI电极片，所述AI电极片贴敷于所述外环的内表面上；
内环，所述内环套装在磁吸爬壁机器人足部磁铁的外围，并能够容纳进由所述外环和磁吸爬壁机器人足部磁铁形成的间隙内；
FEP薄膜，所述FEP薄膜贴敷于所述内环的外表面上，当所述内环被容纳进由所述外环和磁吸爬壁机器人足部磁铁形成的间隙时，所述FEP薄膜与所述AI电极片相互摩擦；
压簧，所述压簧一方面连接所述外环，另一方面连接所述内环，当所述压簧处于压缩状态时，所述内环被容纳进由所述外环和磁吸爬壁机器人足部磁铁形成的间隙中，当所述压簧处于伸展状态时，所述内环被顶出由所述外环和磁吸爬壁机器人足部磁铁形成的间隙。
进一步地，所述检测装置包括三个纵向并列设置的AI电极片。
进一步地，所述检测装置还包括电流检测模块，所述电流检测装置一方面连接所述AI电极片，另一方面连接所述FEP薄膜，其用于检测所述AI电极片与FEP薄膜产生摩擦时产生的电流信号。
进一步地，所述检测装置还包括控制模块，所述控制模块用于接收所述电流检测模块获取的电流信号，并对所述电流信号进行分析，并基于分析结果给出控制指令。
进一步地，所述控制模块对所述电流信号进行分析，并基于分析结果给出控制指令，包括：
当控制模块根据电流信号识别出磁吸爬壁机器人足部与壁面贴合程度合格时，控制检测装置进行下一个周期的信号采集；
当控制模块根据电流信号识别出磁吸爬壁机器人足部与壁面贴合程度不合格时，控制检测装置输出警报指令。
本发明还公开了一种磁吸爬壁机器人足部贴合程度检测方法，基于上述任意一项所述的装置实现，所述检测方法包括以下步骤：
当磁吸爬壁机器人足部悬空时，内环在压簧的作用下部分弹出，FEP薄膜与AI电极片未接触；
当磁吸爬壁机器人足部行走下落，
若壁面有凹陷，则磁吸爬壁机器人足部踩空，足部磁铁与壁面未接触吸紧，此时FEP薄膜与AI电极片未接触或者部分接触，检测模块检测不到产生的感应电流，或者检测到部分摩擦产生的感应电流，随后检测模块将检测到的信号发送至控制模块分析；
若壁面平整，则磁吸爬壁机器人足部与壁面接触吸紧，压簧被压缩使内环进入间隙，此时FEP薄膜与AI电极片完全接触，检测模块检测完全摩擦产生的感应电流，随后检测模块将检测到的信号发送至控制模块分析；
当磁吸爬壁机器人足部抬起时，内环在压簧的作用下部分弹出，FEP薄膜与AI电极片完全分离，进入下一次的工作循环。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明提供的磁吸爬壁机器人足部贴合程度检测装置主要材料为PLA塑料材质，有效的降低了传感器的重量，应用在磁吸式爬壁机器人的身上，可以最大程度的降低了机器人因增加重量发生坠落的风险。
2、本发明结构简单，稳定性较强，可以针对不同尺寸的磁吸机器人足部磁铁重新设计尺寸即可，大大的节省的制造成本。
3、本发明提出的磁吸爬壁机器人足部贴合程度检测装置可以直接接触物体表面，极大的提高了感知效果。
4、由于摩擦纳米发电机较好的稳定性与适应性，在不同的温度以及湿度下均可以输出电信号。因此本发明公开的磁吸爬壁机器人足部贴合程度检测装置性能稳定，可以在恶劣环境中持续工作。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明磁吸爬壁机器人足部贴合程度检测装置结构示意图。
图2为本发明检测装置与磁吸爬壁机器人整合装置图。
图3为本发明磁吸爬壁机器人足部示意图。
图4为本发明中磁吸爬壁机器人足部与壁面吸紧时检测装置与磁吸爬壁机器人足部整合示意图。
图5为本发明中磁吸爬壁机器人足部悬空时检测装置与磁吸爬壁机器人足部整合示意图。
图6为本发明检测装置的摩擦纳米发电原理图。
图中：1、磁吸爬壁机器人；2、磁吸爬壁机器人足部；3、磁吸爬壁机器人足部贴合程度检测装置；3-1、外环；3-2、压簧；3-3、3个环状铝电极；3-4、内环；4、磁吸爬壁机器人足部电磁铁。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-6所示，本发明提供了一种磁吸爬壁机器人足部贴合程度检测装置，所述检测包括：
外环，所述外环固定套装在磁吸爬壁机器人足部磁铁的外围，所述外环的下边缘与所述磁吸爬壁机器人足部磁铁的下边缘平齐，且外环的内表面与磁吸爬壁机器人足部磁铁的内表面之间具有间隙；
AI电极片，所述AI电极片贴敷于所述外环的内表面上；
内环，所述内环套装在磁吸爬壁机器人足部磁铁的外围，并能够容纳进由所述外环和磁吸爬壁机器人足部磁铁形成的间隙内；
FEP薄膜，所述FEP薄膜贴敷于所述内环的外表面上，当所述内环被容纳进由所述外环和磁吸爬壁机器人足部磁铁形成的间隙时，所述FEP薄膜与所述AI电极片相互摩擦；
压簧，所述压簧一方面连接所述外环，另一方面连接所述内环，当所述压簧处于压缩状态时，所述内环被容纳进由所述外环和磁吸爬壁机器人足部磁铁形成的间隙中，当所述压簧处于伸展状态时，所述内环被顶出由所述外环和磁吸爬壁机器人足部磁铁形成的间隙。
进一步地，作为本发明优选的实施方式所述检测装置包括三个纵向并列设置的AI电极片。
本发明基于滑动分离式摩擦纳米发电机原理，主要利用摩擦起电和静电感应产生电信号，传感器结构为两个环形结构通过压簧连接在一起，其中外环套在机器人足部磁铁上，与机器人足部固定连接，在外环内侧贴有三个环形Al电极；内环套在机器人足部磁铁上，处在外环与足部磁铁之间，内环的外表面贴有FEP薄膜。在外环的底部，有1个压簧与传感器的内环固定连接，当机器人足部悬空足够高度时，内、外环相对静止，不会发生摩擦亦不会产生电信号；在机器人的足部逐渐接触到壁面时，内环表面的FEP薄膜会和外环的3个环状铝电极会相对移动发生摩擦，由于Al电极和FEP薄膜之间的电负性差异，Al电极失去电子带正电，FEP薄膜得到电子带负电从而产生电信号，而三个环形Al电极的不同摩擦程度可以产生不同的电信号，从而可以判断机器人足部离壁面的间隙距离。而在机器人足部抬离金属壁面时，内环会在压簧的弹力作用下，与Al电极完全分开，从而可以进行下一次的检测。
具体来说，在爬壁机器人的正常爬壁行走状态下，本发明的检测装置的工作流程：当机器人足部2悬空时，检测装置3中的内环3-4在压簧3-2的作用下部分弹出，且与三环Al电极3-3未接触，如图5所示。当机器人足部2行走下落，足部磁铁4与金属表面吸紧时，如图4所示，此时，内环3-4克服压簧弹力被压紧，内环3-4与足部磁铁4都接触于金属表面，此时传感器内环3-4表面的FEP薄膜与三环Al电极3-3摩擦，从而产生静电感应发出电信号，反馈给控制系统。而机器人抬起足部2时，检测3中的内环3-4在压簧3-2的作用下部分弹出，进入下一次的工作循环。
在爬壁机器人的爬壁足部未完全触碰到金属壁面时，本发明的检测装置的工作流程：当机器人足部2悬空时，检测3中的内环3-4在压簧3-2的作用下部分弹出，且与三环Al电极3-3未接触，如图5所示。当机器人足部2行走下落，金属壁面有凹陷时，机器人足部踩空，足部磁铁4与金属表面未接触吸紧时，此时，内环与三环Al电极3-3未接触或部分接触，此时传感器内环3-4表面的FEP薄膜与三环Al电极3-3未摩擦或未完全摩擦，从而产生和完全摩擦的电信号不同的电信号，并反馈给控制系统。而机器人抬起足部2时，检测装置3中的内环3-4在压簧3-2的作用下部分弹出，且与三环Al电极3-3完全分离，进入下一次的工作循环。
本发明中摩擦纳米发电的工作原理是：如图6所示，正常的工作流程，机器人足部由悬空到磁铁吸紧金属表面的过程中，发电流程为到
进一步地，所述检测装置还包括电流检测模块，所述电流检测装置一方面连接所述AI电极片，另一方面连接所述FEP薄膜，其用于检测所述AI电极片与FEP薄膜产生摩擦时产生的电流信号。
进一步地，所述检测装置还包括控制模块，所述控制模块用于接收所述电流检测模块获取的电流信号，并对所述电流信号进行分析，并基于分析结果给出控制指令。
进一步地，所述控制模块对所述电流信号进行分析，并基于分析结果给出控制指令，包括：
当控制模块根据电流信号识别出磁吸爬壁机器人足部与壁面贴合程度合格时，控制检测装置进行下一个周期的信号采集；
当控制模块根据电流信号识别出磁吸爬壁机器人足部与壁面贴合程度不合格时，控制检测装置输出警报指令。
本发明还公开了一种磁吸爬壁机器人足部贴合程度检测方法，基于上述任意一项所述的装置实现，所述检测方法包括以下步骤：
当磁吸爬壁机器人足部悬空时，内环在压簧的作用下部分弹出，FEP薄膜与AI电极片未接触；
当磁吸爬壁机器人足部行走下落，
若壁面有凹陷，则磁吸爬壁机器人足部踩空，足部磁铁与壁面未接触吸紧，此时FEP薄膜与AI电极片未接触或者部分接触，检测模块检测不到产生的感应电流，或者检测到部分摩擦产生的感应电流，随后检测模块将检测到的信号发送至控制模块分析；
若壁面平整，则磁吸爬壁机器人足部与壁面接触吸紧，压簧被压缩使内环进入间隙，此时FEP薄膜与AI电极片完全接触，检测模块检测完全摩擦产生的感应电流，随后检测模块将检测到的信号发送至控制模块分析；
当磁吸爬壁机器人足部抬起时，内环在压簧的作用下部分弹出，FEP薄膜与AI电极片完全分离，进入下一次的工作循环。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。