CN105459122B - 集装箱检测机器人***及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种集装箱检测机器人***，包括机器人箱体、足式移动机构、电磁铁吸附装置、足式移动机构控制模块、电磁铁控制模块及电源，其中：足式移动机构通过铰链与机器人箱体相连，电磁铁吸附装置固定在足式移动机构末端，足式移动机构控制模块、电磁铁控制模块和电源均固定在机器人箱体上，足式移动机构控制模块用于控制足式移动机构的运动，电磁铁控制模块控制电磁铁吸附装置的工作与停止，电源为足式移动机构、电磁铁吸附装置、足式移动机构控制模块和电磁铁控制模块提供电源。本发明能够适应集装箱壁凹凸不平的表面，在集装箱壁表面前进或后退，完成对集装箱壁表面的检测。

Description

集装箱检测机器人***及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种机器人***，具体来讲，是一种具备自主行走能力并能够完成集装箱内部表面视频检测的机器人***及其控制方法。

背景技术

集装箱是一种按规格标准化的钢制箱子，其尺寸标准化，可以层层重叠，可以大量放置于远洋运输的轮船、飞机、火车等，提高运输空间利用率和确保货物安装运输，集装箱是现代货物运输中必不可少装备，集装箱的应用越来越普遍。为保证集装箱内货物运输的安全，集装箱在货物运输之前需要进行内部检视，检视工作包括内部防水性、内部干净、干燥和集装箱内没有钉或其它突出物可能损坏货物，获得“集装箱安全公约(ContainerSafety Convention(CSC))。而对于超大型集装箱，其长度尺寸超过13米，宽度超过2米，高度超过2.5米，直接进行肉眼视觉检测，集装箱内光线差，劳动强度大，效率不高，需要一种装备可以自动完成集装箱内部检测。

经对现有技术检索发现：

1.发表在《Mechatronics and Automation》2005IEEE InternationalConference，29July-1 Aug.2005上的论文“Proposed wall climbing robot withpermanent magnetic tracks for inspecting oil tanks”提出一种永磁式爬墙机器人，该机器人行走机构为履带式结构，这种履带式结构无法适应有波浪形的集装箱壁的爬行。

2.SRI International公司开发出一种爬壁机器人，机器人具有该公司的专利技术“electroadhesion”(申请号7551419公开号US 20100027187A1)能够在混凝土、金属、木材、玻璃墙面上爬行，但这种机器人只能适应墙面平整的环境，不能适应具有波浪形表面的货物集装箱壁爬行。

现有技术中没有发现能够在货物集装箱表面爬行的机器人结构，而在实际应用中，能够适应货物集装箱壁爬行的机器人存在应用需求。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明提供一种电磁吸附、足式移动爬壁的集装箱检测机器人***，该机器人***能够适应集装箱波浪形壁的实际结构，利用电磁吸附于集装箱壁表面，并利用足式行走机构，在集装箱壁表面行走。在该机器人表面安装视频检测设备，可以完成货物集装箱内壁的图像拍摄，实现货物集装箱内壁的检测。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

根据本发明的第一方面，提供一种集装箱检测机器人***，所述***包括：机器人箱体、足式移动机构、电磁铁吸附装置、足式移动机构控制模块、电磁铁控制模块及电源，其中：足式移动机构通过铰链与机器人箱体相连，电磁铁吸附装置固定在足式移动机构末端，足式移动机构控制模块、电磁铁控制模块和电源固定在机器人箱体上；足式移动机构控制模块用于控制足式移动机构的运动；电磁铁控制模块控制电磁铁吸附装置的工作与停止；电源固定在机器人箱体上，为足式移动机构、电磁铁吸附装置、足式移动机构控制模块和电磁铁控制模块提供电源；足式移动机构能够自动适应集装箱壁表面凹凸不平形状。

进一步的，所述电磁铁吸附装置与集装箱壁表面之间的电磁吸附力，以及所述足式移动机构对机器人箱体的支撑作用，能够确保机器人箱体在任何时刻均处于稳定状态。

进一步的，当所述足式移动机构向前或向后一个步距时，机器人箱体保持稳定，向前或向后重复运动步距，实现集装箱检测机器人***在波浪形的集装箱壁表面运动。

进一步的，所述机器人箱体为立方体形，为其他组成部件的载体。

进一步的，所述足式移动机构、铰链、电磁铁吸附装置数目相同，均为复数个，且对称设置。

在一优选实施方式中，所述足式移动机构、铰链、电磁铁吸附装置数目均为四个，即：第一足式移动机构、第一铰链、第二足式移动机构、第二铰链、第三足式移动机构、第三铰链、第四足式移动机构、第四铰链、第一电磁铁吸附装置、第二电磁铁吸附装置、第三电磁铁吸附装置、第四电磁铁吸附装置，其中：

第一足式移动机构通过第一铰链、第二足式移动机构通过第二铰链、第三足式移动机构通过第三铰链、第四足式移动机构通过第四铰链分别固定于机器人箱体四个角位置；

第一电磁铁吸附装置、第二电磁铁吸附装置、第三电磁铁吸附装置、第四电磁铁吸附装置分别固定在第一足式移动机构、第二足式移动机构、第三足式移动机构、第四足式移动机构的末端，第一电磁铁吸附装置、第二电磁铁吸附装置、第三电磁铁吸附装置和第四电磁铁吸附装置通过电磁力能够吸附在集装箱壁表面；

电磁铁控制装置独立控制第一电磁铁吸附装置、第二电磁铁吸附装置、第三电磁铁吸附装置和第四电磁铁吸附装置的工作与停止；足式移动机构控制装置独立控制四个所述足式移动机构向前或向后运动一个步距；在确保运动步距完成之后，所述足式移动机构能够自动适应集装箱壁表面凹凸不平形状，重复运动步距，使得所述机器人***能够在集装箱壁凹凸不平表面前进或后退，实现对集装箱壁表面的检测。

较佳的，所述第一铰链、第二铰链、第三铰链、第四铰链相对于机器人箱体中心对称。

较佳的，所述第一足式移动机构、第二足式移动机构、第三足式移动机构、第四足式移动机构能够分别沿第一铰链、第二铰链、第三铰链、第四铰链的中心实现0～180°旋转，分别带动与第一铰链相对应的第一足式移动机构、与第二铰链相对应的第二足式移动机构、与第三铰链相对应的第三足式移动机构、与第四铰链相对应的第四足式移动机构向前或向后运动。

较佳的，在所述集装箱检测机器人***向前或向后运动过程中，有三个电磁铁吸附装置吸附在集装箱壁表面，从而确保所述集装箱检测机器人***始终处于稳定状态。

根据本发明的第二方面，提供一种集装箱检测机器人***的控制方法，具体如下：

在所述机器人***静止时：所述电磁铁控制装置控制电磁铁吸附装置通过电磁力吸附在集装箱壁上，以保证机器人箱体静止在集装箱壁表面；

当所述机器人***运动时：所述电磁铁控制装置控制其中一个电磁铁吸附装置松开对集装箱壁的吸附，其他电磁铁吸附装置仍然通过电磁力吸附在集装箱壁上，保证机器人箱体稳定；

当第一电磁铁吸附装置松开对集装箱壁的吸附时，足式移动机构控制装置控制第一足式移动机构向前或向后运动一个步距；当移动步距到位后，电磁铁控制装置控制第一电磁铁吸附装置吸附在集装箱壁上，同时控制第二电磁铁吸附装置松开对集装箱壁的吸附；

当第二电磁铁吸附装置松开对集装箱壁的吸附时，足式移动机构控制装置控制第二足式移动机构向前或向后移动一个步距；当移动步距到位后，电磁铁控制装置控制第二电磁铁吸附装置吸附在集装箱壁上，同时控制第三电磁铁吸附装置松开对集装箱壁的吸附；

当第三电磁铁吸附装置松开对集装箱壁的吸附时，足式移动机构控制装置控制第三足式移动机构向前或向后移动一个步距；当移动步距到位后，电磁铁控制装置控制第三电磁铁吸附装置吸附在集装箱壁上，同时控制第四电磁铁吸附装置松开对集装箱壁的吸附；

当第四电磁铁吸附装置松开对集装箱壁的吸附时，足式移动机构控制装置控制第四足式移动机构向前或向后移动一个步距；当移动步距到位后，电磁铁控制装置控制第四电磁铁吸附装置吸附在集装箱壁上；

至此，机器人箱体跟随第一足式移动机构、第二足式移动机构、第三足式移动机构、第四足式移动机构向前或向后移动一个步距；在步距移动期间，三个电磁铁吸附装置吸附在集装箱壁上，保证机器人箱体的稳定；

重复上述方法，所述机器人***能够在集装箱壁上前进或后退，利用安装在所述集装箱检测机器人***上的其它传感器，如视频传感器，可以实现对集装箱壁表面的视频检测。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明通过多个电磁铁吸附装置与集装箱壁表面的电磁吸附力，同时结合对个足式移动机构对机器人箱体的支撑作用，能够确保机器人箱体在任何时刻均处于稳定状态；本发明***能够适应集装箱壁凹凸不平的表面，在集装箱壁表面前进或后退，利用携带的视频图像传感器，可以完成对集装箱壁表面的检测。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一优选实施例工作结构示意图；

图中：第一铰链1、第二铰链2、第一足式移动机构3、第一电磁铁吸附装置4、第二足式移动机构5、第二电磁铁吸附装置6、第三电磁铁吸附装置7、第三足式移动机构8、第四电磁铁吸附装置9、第四足式移动机构10、第三铰链11、机器人箱体12、第四铰链13、足式移动机构控制装置14、电磁铁控制装置15、电源16。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，一种集装箱检测机器人***，所述***包括：第一铰链1、第二铰链2、第一足式移动机构3、第一电磁铁吸附装置4、第二足式移动机构5、第二电磁铁吸附装置6、第三电磁铁吸附装置7、第三足式移动机构8、第四电磁铁吸附装置9、第四足式移动机构10、第三铰链11、机器人箱体12、第四铰链13、足式移动机构控制装置14、电磁铁控制装置15和电源16；其中：

所述第一足式移动机构3通过第一铰链1固定在机器人箱体12一角，第一电磁铁吸附装置4固定在第一足式移动机构3的末端；

所述第二足式移动机构5通过第二铰链2固定在机器人箱体12一角，第二电磁铁吸附装置6固定在第二足式移动机构5的末端；

所述第三足式移动机构8通过第三铰链11固定在机器人箱体12一角，第三电磁铁吸附装置7固定在第三足式移动机构8的末端；

所述第四足式移动机构10通过第四铰链13固定在机器人箱体12一角，第四电磁铁吸附装置9固定在第四足式移动机构10的末端；

所述足式移动机构控制装置14、电磁铁控制装置15和电源16均固定在机器人箱体12上；所述足式移动机构控制装置14可以分别控制第一足式移动机构3、第二足式移动机构5、第三足式移动机构8和第四足式移动机构10；所述电磁控制装置15可以分别控制第一电磁铁吸附装置4、第二电磁铁吸附装置6、第三电磁铁吸附装置7和第四电磁铁吸附装置9，第一电磁铁吸附装置4、第二电磁铁吸附装置6、第三电磁铁吸附装置7和第四电磁铁吸附装置9通过电磁力吸附在集装箱壁上；电源16用于为第一足式移动机构3、第二足式移动机构5、第三足式移动机构8和第四足式移动机构10，第一电磁铁吸附装置4、第二电磁铁吸附装置6、第三电磁铁吸附装置7和第四电磁铁吸附装置9，以及足式移动机构控制装置14、电磁铁控制装置15提供电源。

作为优选实施方式，上述四个铰链相对于机器人箱体12中心对称，与铰链相连的四个足式移动机构能够分别沿各自连接的铰链中心实现0～180^°旋转，带动相对应的足式移动机构向前或向后运动。

上述实施例集装箱检测机器人***，控制方法如下：

在静止时，第一电磁铁吸附装置4、第二电磁铁吸附装置6、第三电磁铁吸附装置7和第四电磁铁吸装置9通过电磁力吸附在集装箱壁表面。考虑到集装箱壁表面属于波浪形凹凸不平，第一足式移动机构3、第二足式移动机5、第三足式移动机构8和第四足式移动机构10通过第一铰链1、第二铰链2、第三铰链11和第四铰链13与机器人箱体12相连，确保上述四个足式移动机构适应集装箱壁凹凸不平的表面，同时保证机器人箱体12的稳定。

在运动时，电磁铁控制装置15控制第一电磁铁吸附装置4松开对集装箱壁表面的吸附，在第一电磁铁吸附装置4松开对集装箱壁表面吸附的同时，足式移动机构控制装置14控制第一足式移动机构3向前或向后移动一个步距；当步距移动到位后，电磁铁控制装置15控制第一电磁铁吸附装置4吸附在集装箱壁表面，考虑到集装箱壁凹凸不平的表面，由于机器人箱体12通过第一铰链1与第一足式移动机构3相连，因此第一足式移动机构3能够自动适应集装箱壁表面凹凸不平的表面，同时借助第一电磁铁吸附装置4吸附在集装箱壁表面，确保机器人箱体12稳定；

第一电磁铁吸附装置4吸附在集装箱壁表面同时，电磁铁控制装置15控制第二电磁铁吸附装置6松开对集装箱壁表面的吸附，足式移动机构控制装置14控制第二足式移动机构5向前或向后运动一个步距；当步距运动到位后，电磁铁控制装置15控制第二电磁铁吸附装置6吸附在集装箱壁表面，由于第二足式移动机构5与机器人箱体12的连接通过第二铰链2相连，第二足式移动机构5能够自动适应集装壁表面凹凸不平的表面，同时借助第二电磁铁吸附装置6吸附在集装箱壁表面，确保机器人箱体12稳定；

第二电磁铁吸附装置6吸附在集装箱壁表面同时，电磁铁控制装置15控制第三电磁铁吸附装置7松开对集装箱壁表面的吸附，足式移动机构控制装置14控制第三足式移动机构8向前或向后运动一个步距；当步距运动到位后，电磁铁控制装置15控制第三电磁铁吸附装置7吸附在集装箱壁表面，由于第三足式移动机构8与机器人箱体12的连接通过第三铰链11相连，第三足式移动机构8能够自动适应集装壁表面凹凸不平的表面，同时借助第三电磁铁吸附装置8吸附在集装箱壁表面，确保机器人箱体12稳定；

第三磁铁吸附装置7吸附在集装箱壁表面同时，电磁铁控制装置15控制第四电磁铁吸附装置9松开对集装箱壁表面的吸附，足式移动机构控制装置14控制第四足式移动机构10向前或向后运动一个步距；当步距运动到位后，电磁铁控制装置15控制第四电磁铁吸附装置9吸附在集装箱壁表面，由于第四足式移动机构10与机器人箱体12的连接通过第四铰链13相连，第四足式移动机构10能够自动适应集装壁表面凹凸不平的表面，同时借助第四电磁铁吸附装置9吸附在集装箱壁表面，确保机器人箱体12稳定。

在本实施例所机器人***向前或向后运动过程中，有三个电磁铁吸附装置吸附在集装箱壁表面，从而确保所述集装箱检测机器人***始终处于稳定状态；重复上述向前或向后的运动过程，所述集装箱检测机器人***可以在凹凸不平的集装箱壁表面前进或后退，同时确保机器人箱体12的稳定。

本发明能够适应集装箱壁凹凸不平的表面，在集装箱壁表面前进或后退，完成对集装箱壁表面的检测。

当然，以上是本发明的一个优选实施例，本发明还有其他多种实施例，比如变化足式移动机构、铰链、电磁铁吸附装置数目，可以取6个、8个等等，其实现的原理与本发明上述实施例完全相同，再次不再赘述。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (7)

1.一种集装箱检测机器人***，其特征在于，所述***包括：机器人箱体、足式移动机构、电磁铁吸附装置、足式移动机构控制模块、电磁铁控制模块及电源，其中：足式移动机构通过铰链与机器人箱体相连，电磁铁吸附装置固定在足式移动机构末端，足式移动机构控制模块、电磁铁控制模块和电源固定在机器人箱体上；足式移动机构控制模块用于控制足式移动机构的运动；电磁铁控制模块控制电磁铁吸附装置的工作与停止；电源固定在机器人箱体上，为足式移动机构、电磁铁吸附装置、足式移动机构控制模块和电磁铁控制模块提供电源；足式移动机构能够自动适应集装箱壁表面凹凸不平形状；

所述足式移动机构、铰链、电磁铁吸附装置数目均为四个，即：第一足式移动机构、第一铰链、第二足式移动机构、第二铰链、第三足式移动机构、第三铰链、第四足式移动机构、第四铰链、第一电磁铁吸附装置、第二电磁铁吸附装置、第三电磁铁吸附装置、第四电磁铁吸附装置，其中：

第一足式移动机构通过第一铰链、第二足式移动机构通过第二铰链、第三足式移动机构通过第三铰链、第四足式移动机构通过第四铰链分别固定于机器人箱体四个角位置；

第一电磁铁吸附装置、第二电磁铁吸附装置、第三电磁铁吸附装置、第四电磁铁吸附装置分别固定在第一足式移动机构、第二足式移动机构、第三足式移动机构、第四足式移动机构的末端，第一电磁铁吸附装置、第二电磁铁吸附装置、第三电磁铁吸附装置和第四电磁铁吸附装置通过电磁力能够吸附在集装箱壁表面；

电磁铁控制装置独立控制四个电磁铁吸附装置的工作与停止；足式移动机构控制装置独立控制四个足式移动机构向前或向后运动一个步距；在确保运动步距完成之后，所述足式移动机构能够自动适应集装箱壁表面凹凸不平形状，重复运动步距，使得所述机器人***能够在集装箱壁凹凸不平表面前进或后退，实现对集装箱壁表面的检测；

所述第一足式移动机构、第二足式移动机构、第三足式移动机构、第四足式移动机构能够分别沿第一铰链、第二铰链、第三铰链、第四铰链的中心实现0～180⁰旋转，分别带动与第一铰链相对应的第一足式移动机构、与第二铰链相对应的第二足式移动机构、与第三铰链相对应的第三足式移动机构、与第四铰链相对应的第四足式移动机构向前或向后运动。

2.根据权利要求1所述一种集装箱检测机器人***，其特征在于，所述电磁铁吸附装置与集装箱壁表面之间的电磁吸附力，以及所述足式移动机构对机器人箱体的支撑作用，能够确保机器人箱体在任何时刻均处于稳定状态。

3.根据权利要求2所述一种集装箱检测机器人***，其特征在于，当所述足式移动机构向前或向后一个步距时，机器人箱体保持稳定，向前或向后重复运动步距，实现集装箱检测机器人***在波浪形的集装箱壁表面运动。

4.根据权利要求1所述一种集装箱检测机器人***，其特征在于，所述机器人箱体为立方体形，为其他组成部件的载体。

5.根据权利要求1-4任一项所述一种集装箱检测机器人***，其特征在于，所述第一铰链、第二铰链、第三铰链、第四铰链相对于机器人箱体中心对称。

6.根据权利要求5所述一种集装箱检测机器人***，其特征在于，在所述集装箱检测机器人***向前或向后运动过程中，有三个电磁铁吸附装置吸附在集装箱壁表面，从而确保所述集装箱检测机器人***始终处于稳定状态。

7.一种权利要求1-6任一项所述集装箱检测机器人***的控制方法，其特征在于，所述方法具体如下：

在所述机器人***静止时：所述电磁铁控制装置控制电磁铁吸附装置通过电磁力吸附在集装箱壁上，以保证机器人箱体静止在集装箱壁表面；

当所述机器人***运动时：所述电磁铁控制装置控制其中一个电磁铁吸附装置松开对集装箱壁的吸附，其他电磁铁吸附装置仍然通过电磁力吸附在集装箱壁上，保证机器人箱体稳定；

当第一电磁铁吸附装置松开对集装箱壁的吸附时，足式移动机构控制装置控制第一足式移动机构向前或向后运动一个步距；当移动步距到位后，电磁铁控制装置控制第一电磁铁吸附装置吸附在集装箱壁上，同时控制第二电磁铁吸附装置松开对集装箱壁的吸附；

当第二电磁铁吸附装置松开对集装箱壁的吸附时，足式移动机构控制装置控制第二足式移动机构向前或向后移动一个步距；当移动步距到位后，电磁铁控制装置控制第二电磁铁吸附装置吸附在集装箱壁上，同时控制第三电磁铁吸附装置松开对集装箱壁的吸附；

当第三电磁铁吸附装置松开对集装箱壁的吸附时，足式移动机构控制装置控制第三足式移动机构向前或向后移动一个步距；当移动步距到位后，电磁铁控制装置控制第三电磁铁吸附装置吸附在集装箱壁上，同时控制第四电磁铁吸附装置松开对集装箱壁的吸附；

当第四电磁铁吸附装置松开对集装箱壁的吸附时，足式移动机构控制装置控制第四足式移动机构向前或向后移动一个步距；当移动步距到位后，电磁铁控制装置控制第四电磁铁吸附装置吸附在集装箱壁上；

至此，机器人箱体跟随第一足式移动机构、第二足式移动机构、第三足式移动机构、第四足式移动机构向前或向后移动一个步距；在步距移动期间，三个电磁铁吸附装置吸附在集装箱壁上，保证机器人箱体的稳定；

重复上述方法，所述机器人***能够在集装箱壁上前进或后退，利用安装在所述集装箱检测机器人***上的传感器，实现对集装箱壁表面的检测。