一种用于玻璃幕墙安全检测的机器人

本文涉及机器人技术，尤指一种用于玻璃幕墙安全检测的机器人。

背景技术：

现有研究中的玻璃幕墙检测机器人大多采用视觉的方法，查看玻璃面板表面是否存在裂缝。但是许多玻璃幕墙事故发生前并无肉眼可见的破损，仅依靠视觉方法无法实现有效的安全防范。

有的研究采用了“敲击+声波”检测法，该方法主要用于检测墙面砖是否有空鼓现象，不适用于玻璃幕墙。

个别研究中的机器人采用了振动检测法，即敲击玻璃面板，采集并分析振动波形，从而判断玻璃面板的安全性。但是在设计检测装置时，敲击装置和拾振传感器的位置是固定的，难以适应不同规格的玻璃幕墙，且二者距离过近，获得的振动波形会受到敲击处的影响，无法准确获取玻璃的自身振动特性。

技术实现要素：

本申请提供了一种用于玻璃幕墙安全检测的机器人包括：

运动系统，包括

行走平台，包括车体；

敲击机械臂，一端连接于所述车体，另一端能上、下摆动；

拾振机械臂，能在水平面内弯折，其一端转动连接于所述车体且能相对于所述车体在水平方向上摆动；

伸缩机构，能伸长和缩短，包括与所述拾振机械臂背离所述车体的一端相连的顶端以及从所述顶端向下延伸的底端；

检测系统，包括

力锤，设置在所述敲击机械臂背离所述车体的一端；

加速度传感器，设置在所述伸缩机构的底端；

其中，所述敲击机械臂向下摆动能带动所述力锤敲击玻璃幕墙，所述力锤用于采集敲击所述玻璃幕墙的力度，所述加速度传感器用于采集所述力锤敲击所述玻璃幕墙时所述玻璃幕墙的待测点上的加速度信息。

在一个示意性的实施例中，所述检测系统还包括数据存储装置，所述数据存储装置电连接于所述力锤和所述加速度传感器，用于存储所述加速度传感器所采集加速度信息和所述力锤所采集的力度。

在一个示意性的实施例中，所述拾振机械臂包括：

第一臂架，包括第一端以及与所述第一端相对的第二端；

第一舵机，包括与所述第一端相连的第一机壳以及从所述第一机壳伸出且连接于所述车体的第一输出轴；

第二舵机，包括与所述第二端相连的第二机壳以及从所述第二机壳伸出的第二输出轴；

第二臂架，包括与所述第二输出轴相连的第三端以及连接于所述伸缩机构的顶端的第四端。

在一个示意性的实施例中，所述第一输出轴和所述第二输出轴均竖直设置。

在一个示意性的实施例中，所述第一臂架包括

第一支撑板，构造为直条形且呈水平设置的平板；

第二支撑板，构造为直条形且呈水平设置的平板，设置在所述第一支撑板的下方且与所述第一支撑板的延伸方向相同；

第一连接件，一端连接于所述第一支撑板，另一端连接于所述第二支撑板；

所述第一机壳的两端分别连接于所述第一支撑板和所述第二支撑板，所述第二机壳的两端分别连接于所述第一支撑板和所述第二支撑板。

在一个示意性的实施例中，所述第二臂架包括

第三支撑板，构造为直条形且呈水平设置的平板；

第四支撑板，构造为直条形且呈水平设置的平板，设置在所述第三支撑板的下方且与所述第三支撑板的延伸方向相同；

所述第二输出轴的相对两端分别连接所述第三支撑板和所述第四支撑板。

在一个示意性的实施例中，所述敲击机械臂包括

机架，从所述车体向上伸出；

敲击臂，一端铰接于所述机架；

敲击驱动电机，安装在所述机架的顶端；

曲柄，一端连接于所述敲击驱动电机的主轴；

连杆，一端铰接于所述敲击臂且另一端铰接于所述曲柄的另一端；

夹具，设置在所述敲击臂的另一端，夹持所述力锤；

其中，所述机架、所述敲击臂、所述敲击驱动电机、所述曲柄和所述连杆组成曲柄摇杆机构。

在一个示意性的实施例中，所述力锤包括与所敲击臂平行的锤柄以及安装在所述锤柄上的锤头；

所述夹具设置在所述敲击臂的下方且夹持所述锤柄。

在一个示意性的实施例中，所述夹具包括夹持所述锤柄的夹持部以及连接于所夹持部的连接部；

所述连接部上设置有多组螺栓孔，每组螺栓孔中具有多个螺栓孔，多组螺栓孔沿垂直于所述敲击臂的延伸方向排布，螺栓穿过多组螺栓孔中的一组螺栓孔将所述连接部与所述敲击臂螺栓连接。

在一个示意性的实施例中，所述行走平台还包括多个安装在所述车体底部的车轮以及多个行走驱动电机；

多个所述行走驱动电机分别驱动多个所述车轮滚动。

在一个示意性的实施例中，所述车轮为全向轮。

在使用该机器人时，先使敲击机械臂处于上摆状态，同时使伸缩机构处于缩短状态，然后机器人通过行走平台移动到需要检测的玻璃幕墙的边缘，玻璃幕墙此时可以是平铺在地面上，然后驱动拾振机械臂将加速度传感器移动到玻璃幕墙的第一个待测点的正上方，再驱动伸缩机构伸长使得加速度传感器与玻璃幕墙的第一个待测点相抵，再驱动敲击机械臂下摆使得力锤锤击玻璃幕墙的指定点，力锤采集此次敲击的力度，敲击的震动通过玻璃幕墙传递到第一个待测点，加速度传感器采集玻璃幕墙在第一个待测点处的加速度信息。然后，机器人再次驱动机械臂上摆使得其力锤离开玻璃幕墙，同时驱动伸缩机构缩短使得加速度传感器离开第一待测点，再驱动拾振机械臂将加速度传感器移动到玻璃幕墙的第二个待测点的正上方，再驱动伸缩机构伸长使得加速度传感器与玻璃幕墙的第二个待测点相抵，再驱动敲击机械臂下摆使得力锤锤击玻璃幕墙的指定点，力锤采集此次敲击的力度，敲击的震动通过玻璃幕墙传递到第二个待测点，加速度传感器采集玻璃幕墙在第二个待测点处的加速度信息。重复上述步骤，该机器人可以采集玻璃幕墙上多个待测点处的加速度信息以及力锤落锤的力度，且无需移动该机器人，检测效率高。该机器人可以在敲击点和待测点之间的距离较远进行测量以获得更为准确的数据，同时这种机器人还能测量不同规格的玻璃幕墙，普适性高。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的其他优点可通过在说明书以及附图中所描述的方案来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本申请技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。

图1为本申请实施例中在锤击状态下的机器人的主视示意图；

图2为图1中的机器人的俯视示意图；

图3为本申请实施例中在扬起力锤状态下的机器人的主视示意图；

图4为本申请实施例中的行走平台的立体示意图；

图5为本申请实施例中的拾振机械臂的主视示意图；

图6为图5中的拾振机械臂的俯视示意图。

具体实施方式

如图1-3所示，图1-3显示了本实施例中的一种用于玻璃幕墙安全检测的机器人1。该机器人1包括运动系统和检测系统。运动系统包括行走平台2、敲击机械臂4、拾振机械臂3、伸缩机构5。敲击机械臂4和拾振机械臂3均安装在行走平台2上。行走平台2能沿地面行走。检测系统包括加速度传感器6和力锤7。

如图4所示，行走平台2包括车体21、多个车轮22和多个行走驱动电机23。车体21可以构造为板状结构。车轮22和行走驱动电机23的数量相同，可以均设置4个。车轮22可以是全向轮。多个车轮22均设置在车体21的底部。车轮22的轴线相互平行。多个行走驱动电机23与多个车轮22一一对应设置，行走驱动电机23用于驱动其所对应的车轮22滚动。

这样，多个行走驱动电机23能分别驱动多个车轮22滚动，而车轮22为全向轮，行走平台2能实现向任意一方向平移也可以实现原地转向，运动灵活。

拾振机械臂3安装在车体21的上方。拾振机械臂3的一端转动连接于车体21，拾振机械臂3的另一端从车体21向车体21外伸出。拾振机械臂3能在水平方向上摆动。拾振机械臂3包括第一舵机33、第二舵机34、第一臂架31和第二臂架32。第一臂架31和第二臂架32均构造为直条形。第一臂架31包括第一端311以及与以第一端311相对的第二端312。第二臂架32包括第三端321以及与第三端321相对的第四端322。

第一舵机33包括第一机壳和第一输出轴。第一输出轴从第一机壳伸出。第一舵机33的第一机壳安装在第一臂架31的第一端311，第一舵机33的第一输出轴竖直向下伸出并连接到车体21上。第一舵机33能驱动第一臂架31绕竖直的轴线相对于车体21摆动。

第二舵机34包括第二机壳和第二输出轴。第二输出轴从第二机壳伸出，第二输出轴平行于第一输出轴。第二舵机34的第二机壳安装在第一臂架31的第二端312，第二舵机34的第二输出轴连接于第二臂架32的第三端321。第二舵机34使得第一臂架31和第二臂架32形成转动连接，第一臂架31和第二臂架32处于同一个水平面内。第二舵机34能驱动第二臂架32绕竖直的轴线相对于第一臂架31摆动。

伸缩机构5可以是电动推杆。伸缩机构5包括顶端以及从顶端向下延伸的底端。伸缩机构5的一端设置在拾振机械臂3背离车体21的一端上，伸缩机构5的另一端沿竖直方向向下延伸。在本实施例中，伸缩机构5安装在第二臂架32的第四端322。加速度传感器6设置在伸缩机构5的底端。加速度传感器6用于采集玻璃幕墙上的加速度信息。伸缩机构5能伸长和缩短，伸缩机构5伸长时底端和加速度传感器6的高度下降，伸缩机构5缩短时底端和加速度传感器6的高度上升。伸缩机构5还可以是油缸或气缸。

第一舵机33能驱动拾振机械臂3相对于车体21在水平面内摆动，第二舵机34能驱动拾振机械臂3弯折。这样，第一舵机33和第二舵机34相配合能实现将加速度传感器6在水平面内移动，且能移动到指定的任意一个位置。加速度传感器6能被移动到待测点的上方，伸缩机构5伸长使得加速度传感器6下移而与被测的玻璃幕墙的待测点相抵，加速度传感器能收集玻璃幕墙的待测点的加速度信息。该加速度信息可以是加速度沿时间变化的波形信息。

敲击机械臂4包括机架42、敲击臂41、连杆45、曲柄44、敲击驱动电机43和夹具46。机架42设置在车体21上。机架42从车体21向上延伸。敲击臂41可以构造为直杆。敲击臂41的一端铰接于机架42。敲击臂41能绕水平转轴在竖直平面内摆动。在本实施例中，敲击臂41包括摇杆412和伸臂411。摇杆412和伸臂411均构造为直杆。摇杆412的一端连接于伸臂411的一端，摇杆412和伸臂411处于同一直线上。摇杆412背离伸臂411的一端铰接于机架42。伸臂411背离摇杆412的一端连接于夹具46。

夹具46包括夹持部462和连接部461。夹持部462与连接部461相连。敲击臂41背离机架42的一端连接于夹具46的连接部461。敲击臂41与夹具46的连接部461之间为可拆卸连接。敲击臂41与夹具46的连接部461之间可以是螺栓连接。连接部461位于敲击臂41的下方，夹持部462位于连接部461的下方。力锤7包括锤柄72和锤头71。锤柄72的一端连接于锤头71。锤头71上设置有压力传感器，能测量锤头71敲击的力度。夹持部462夹住力锤7的锤柄72。锤柄72平行于敲击臂41。锤柄72的一端向背离机架42的方向延伸，锤头71设置在锤柄72背离机架42的一端。这样，锤头71位于敲击臂41的最前端。

敲击驱动电机43设置在机架42的顶部。敲击驱动电机43的主轴与敲击臂41的转轴相互平行。曲柄44的一端连接于敲击驱动电机43的主轴，曲柄44的另一端铰接于连杆45的一端。曲柄44相对于连杆45转动的转轴平行于敲击驱动电机43的主轴。连杆45背离曲柄44的一端铰接于敲击臂41。连杆45相对于敲击臂41转动的转轴平行于敲击驱动电机43的主轴。敲击臂41、连杆45、曲柄44、机架42和敲击驱动电机43组成曲柄摇杆机构。

敲击驱动电机43的主轴转动能通过曲柄44和连杆45带动敲击臂41上、下摆动，从而实现上扬力锤7和下落力锤7的动作。具体地，在曲柄44向上转动时曲柄44通过连杆45将敲击臂41拉起，敲击臂41向上摆动，力锤7被敲击臂41向上提起；而在曲柄44向下转动时，曲柄44通过连杆45下压敲击臂41，敲击臂41在重力和连杆45施加的下压力的作用下向下摆动，力锤7下落。

在使用该机器人1时，先使敲击机械臂4处于上摆状态，同时使伸缩机构5处于缩短状态，然后机器人1通过行走平台2移动到需要检测的玻璃幕墙的边缘，玻璃幕墙此时可以是平铺在地面上，然后驱动拾振机械臂3将加速度传感器6移动到玻璃幕墙的第一个待测点的正上方，再驱动伸缩机构5伸长使得加速度传感器6与玻璃幕墙的第一个待测点相抵，再驱动敲击机械臂4下摆使得力锤7锤击玻璃幕墙的指定点，力锤7采集此次敲击的力度，敲击的震动通过玻璃幕墙传递到第一个待测点，加速度传感器6采集玻璃幕墙在第一个待测点处的加速度信息。然后，机器人1再次驱动机械臂上摆使得其力锤7离开玻璃幕墙，同时驱动伸缩机构5缩短使得加速度传感器6离开第一待测点，再驱动拾振机械臂3将加速度传感器6移动到玻璃幕墙的第二个待测点的正上方，再驱动伸缩机构5伸长使得加速度传感器6与玻璃幕墙的第二个待测点相抵，再驱动敲击机械臂4下摆使得力锤7锤击玻璃幕墙的指定点，力锤7采集此次敲击的力度，敲击的震动通过玻璃幕墙传递到第二个待测点，加速度传感器6采集玻璃幕墙在第二个待测点处的加速度信息。重复上述步骤，该机器人1可以采集玻璃幕墙上多个待测点处的加速度信息以及力锤落锤的力度，且无需移动该机器人1，检测效率高。可以通过分析每次敲击的力度以及每个待测点的加速度信息可以准确获得该玻璃幕墙的自身振动特性，例如玻璃幕墙的固有频率，进而分析出该玻璃幕墙是否符合安全标准。

在一个示意性的实施例中，检测系统还包括数据存储装置(图中未示出)。数据存储装置通过数据线电连接于力锤7和加速度传感器6。力锤7将其所采集的敲击力度发送到数据存储装置，加速度传感器6将所采集的加速度信息发送到数据存储装置。数据存储装置用于存储加速度传感器6所采集的加速度信息以及力锤7所采集的敲击力度。数据存储装置上可以设置读取接口，外部设备可以通过连接该读取接口来获取数据存储装置中所存储的数据。

在一个示意性的实施例中，如图5、6所示，第一臂架31包括第一支撑板313、第二支撑板314以及第一连接件315。第一支撑板313和第二支撑板314均为直条形的平板。第二支撑板314位于第一支撑板313的下方，且其两端分别与第一支撑板313的两端对齐。第一支撑板313和第二支撑板314的延伸方向相互平行。第一支撑板313和第二支撑板314的板面相互平行，且均平行于水平面。第一连接件315构造为柱状。第一连接件315设置在第一支撑板313和第二支撑板314之间，第一连接件315的一端连接于第一支撑板313，第一连接件315的另一端连接于第二支撑板314。第一支撑板313与第一连接件315之间以及第二支撑板314与第一连接件315之间均可以是螺钉连接，也可以是焊接。第一连接件315可以是连接于第一支撑板313和第二支撑板314的中部。这种结构的第一臂架31的结构强度大，重力小。

第一舵机33的第一机壳设置在第一支撑板313和第二支撑板314之间。第一舵机33的第一机壳分别连接于第一支撑板313和第二支撑板314，该第一机壳将第一支撑板313和第二支撑板314连接在一起，加强了第一臂架31的第一端311的结构强度。第一舵机33的第一输出轴向下贯穿第二支撑板314而连接到车体21上。

第二臂架32包括第三支撑板323、第四支撑板324以及第二连接件325。第三支撑板323和第四支撑板324均为直条形的平板。第四支撑板324位于第三支撑板323的下方，且其两端分别与第三支撑板323的两端对齐。第四支撑板324和第三支撑板323的延伸方向相互平行。第三支撑板323和第四支撑板324的板面相互平行，且均平行于水平面。第二连接件325构造为柱状。第二连接件325设置在第三支撑板323和第四支撑板324之间，第二连接件325的一端连接于第三支撑板323，第二连接件325的另一端连接于第四支撑板324。第三支撑板323与第二连接件325之间以及第四支撑板324与第二连接件325之间均可以是螺钉连接，也可以是焊接。第二连接件325可以是连接于第三支撑板323和第四支撑板324的中部。这种结构的第二臂架32的结构强度大，重力小。

第二舵机34的第二机壳设置在第一支撑板313和第二支撑板314之间。第二舵机34的第二机壳分别连接于第一支撑板313和第二支撑板314，该第二机壳将第一支撑板313和第二支撑板314连接在一起，加强了第一臂架31的第二端312的结构强度。第二舵机34的第二输出轴的两端分别从第二机壳的上端和下端伸出。第二舵机34的第二输出轴的两端分别连接于第三支撑板323和第四支撑板324相互靠近的一端。

第二臂架32还包括安装架35。安装架35设置在第二臂架32背离第一臂架31的一端。伸缩机构5的顶端连接于安装架35。安装架35可以是设置在第三支撑板323和第四支撑板324之间，且安装架35的相对两端分别连接于第三支撑板323和第四支撑板324背离第二舵机34的一端。伸缩机构5的顶端固定在安装架35的一侧。安装架35能将其第二臂架32背离第一臂架31一端的结构强度，且能稳固地安装伸缩机构5。

在一个示意性的实施例中，夹具46的连接部461上设置有多组螺栓孔463。每组螺栓孔463中具有多个螺栓孔463。每组螺栓孔463的数量可以是2个，2个螺栓孔463并排排布。多组螺栓孔463沿垂直于敲击臂41的延伸方向排布。螺栓穿过多组螺栓孔463中的一组螺栓孔463将连接部461与敲击臂41螺栓连接。

这样，螺栓穿过不同的螺栓孔组时夹具46具有不同的高度，可以通过调整螺栓所穿过的螺栓孔组来调节夹具46的高度，使得该夹具46能适应不同高度的玻璃幕墙以及不同型号的力锤7。

本申请描述了多个实施例，但是该描述是示例性的，而不是限制性的，并且对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，在本申请所描述的实施例包含的范围内可以有更多的实施例和实现方案。尽管在附图中示出了许多可能的特征组合，并在具体实施方式中进行了讨论，但是所公开的特征的许多其它组合方式也是可能的。除非特意加以限制的情况以外，任何实施例的任何特征或元件可以与任何其它实施例中的任何其他特征或元件结合使用，或可以替代任何其它实施例中的任何其他特征或元件。

本申请包括并设想了与本领域普通技术人员已知的特征和元件的组合。本申请已经公开的实施例、特征和元件也可以与任何常规特征或元件组合，以形成由权利要求限定的独特的发明方案。任何实施例的任何特征或元件也可以与来自其它发明方案的特征或元件组合，以形成另一个由权利要求限定的独特的发明方案。因此，应当理解，在本申请中示出和/或讨论的任何特征可以单独地或以任何适当的组合来实现。因此，除了根据所附权利要求及其等同替换所做的限制以外，实施例不受其它限制。此外，可以在所附权利要求的保护范围内进行各种修改和改变。

此外，在描述具有代表性的实施例时，说明书可能已经将方法和/或过程呈现为特定的步骤序列。然而，在该方法或过程不依赖于本文所述步骤的特定顺序的程度上，该方法或过程不应限于所述的特定顺序的步骤。如本领域普通技术人员将理解的，其它的步骤顺序也是可能的。因此，说明书中阐述的步骤的特定顺序不应被解释为对权利要求的限制。此外，针对该方法和/或过程的权利要求不应限于按照所写顺序执行它们的步骤，本领域技术人员可以容易地理解，这些顺序可以变化，并且仍然保持在本申请实施例的精神和范围内。