多类型信息采集的勘测机器人及其控制方法与流程

1.本发明涉及机器人技术领域，特别是涉及一种多类型信息采集的勘测机器人及其控制方法。


背景技术：

2.无论是重要的建筑还是自然构造，经常需要巡检以检测缺陷或结构变化，在该作业领域中，无人机或其他类型的机器人逐渐被广泛使用。
3.专利文献cn111591095a公开了一种可栖息的多旋翼飞行爬壁机器人，既可以实现爬壁功能又可以实现飞行功能，并且可以在两者之间进行快速转换。利用四旋翼实现空间的自由飞行，爬壁时利用旋翼方向的倾转提供使机器人紧贴壁面的吸附力。然而其在垂直壁面的爬行过程中，旋翼始终需要保持高速运转以提供足够的吸附力，需要消耗较多的能量，并不能提供较长的运行时间。
4.在对建筑表面进行缺陷检测时，上述多旋翼飞行爬壁机器人仅能够进行移动控制的基本行进功能，在行进过程中的无法准确定位，也无法实现建筑表面的检测。
5.即使部分无人机可以搭载拍照设备，但功能较为单一，无法实现依附于建筑物表面直接进行近距离信息采集的工作，信息采集精度不高，也无法实现多种类信号的采集任务。


技术实现要素：

6.针对现有技术中存在的不足，本发明的第一个目的在于，提供了一种多类型信息采集的勘测机器人，本发明能够依附于建筑物表面完成近距离的单次采集多种类型信号的采集任务。
7.为解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案实现：
8.多类型信息采集的勘测机器人，包括：
9.支撑体；
10.矢量旋翼系统，所述矢量旋翼系统包括至少两套旋翼组件，各旋翼组件安装于支撑体上并向支撑体提供矢量动力；
11.行走轮，所述行走轮布置在支撑体上，所述行走轮用于与在工作面上行走；
12.静态吸附组件，所述静态吸附组件设置在支撑体上，所述静态吸附组件能够相对于支撑体上升或下降，所述静态吸附组件能够以真空吸附的方式将勘测机器人固定至工作面上；所述工作面为野外作业场所中涉及立面作业、且存在较大建筑缺陷的建筑表面；
13.超声探测组件，所述超声探测组件可升降的安装于支撑体上；
14.激光测绘组件，所述激光测绘组件安装于云台上，所述云台安装于支撑体上；
15.图像采集组件，所述图像采集组件设置于支撑体上。
16.以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方
案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。
17.可选的，所述静态吸附组件包括设置在支撑体上的能够相对支撑体上升或下降的吸盘，吸盘与真空泵连通，吸盘通过真空泵以真空吸附的方式将勘测机器人固定于工作面上，吸盘上设置基板；所述超声探测组件包括成对布置且同对之间间距可调的超声探头；所述基板内集成设置所述超声探头，同对的超声探头相对基板滑动安装。
18.可选的，所述基板开设有第一避让口，超声探头与第一避让口相对应，并向下延伸出第一避让口；所述基板的顶面罩设有第三壳体，第三壳体内部在基板上设置移动机构，所述超声探头与移动机构相连接，移动机构带动同对之间的超声探头进行相对运动。
19.可选的，每对超声探头独立配置相应的介质输出头，介质输出头用于向超声探头提供工作介质，介质输出头通过翻转机构与超声探头配合，介质输出头具有与超声探头相邻近的第一位置，以及远离超声探头的第二位置；所述介质输出头和翻转机构集成设置于基板内。
20.可选的，所述翻转机构包括翻转电机以及活动架，所述翻转电机的输出轴与活动架转动连接，所述介质输出头固定在活动架上。
21.可选的，所述介质输出头通过介质管路连通于供应装置，供应装置固定在支撑架上，所述供应装置包括：
22.料筒，所述料筒用以存储介质，料筒第一端封闭且带有出料孔，所述出料孔通过介质管路连通于介质输出头；
23.推料活塞，所述推料活塞与料筒滑动配合；
24.电动推杆，所述电动推杆与推料活塞相连，并向料筒的第二端外侧伸出设置。
25.可选的，所述移动机构包括移动电机以及滚珠丝杆螺母副，移动电机通过滚珠丝杆螺母副与超声探头连接，移动电机通过滚珠丝杆螺母副带动同对之间的超声探头进行相对运动。
26.可选的，所述激光测绘组件包括激光扫描仪，激光扫描仪安装于云台上，用于测绘三维空间。
27.可选的，所述图像采集组件与支撑体相连的安装架，安装架上安装摄像头和补光灯；所述摄像头用以拍摄采集图像；所述安装架包括多根辐条和环形件，多根辐条的顶端汇聚于同一位置，并与摄像头固定连接，底端在向外延伸的同时还向下弯曲直至与支撑体固定；所述环形件处在摄像头的下方且连接所有辐条；所述补光灯安装于环形件上，用以向工作面投射光线。
28.本发明第二个目的在于，提供一种多类型信息采集的勘测机器人的控制方法。
29.为此，本发明的上述目的通过如下技术方案实现：
30.一种多类型信息采集的勘测机器人的控制方法，所述勘测机器人在多个工作位置之间转移，在到达预定的工作位置时利用信息采集设备采集工作面的信息数据，且在采集过程中以攀爬模式保持于当前的工作位置。
31.本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
32.本发明多类型信息采集的勘测机器人可以配置多种信息采集的组件，具体包括激光测绘组件、图像采集组件以及超声探测组件，通过多种信息采集的组件能够完成单次采集多种类型信号的采集任务。本发明通过设置超声探测组件可以根据实际工作面的情况进
行随时涂抹和裂缝深度勘测，提高了工作效率，获得更精准的数据。
附图说明
33.图1a为本发明提供的采用四旋翼矢量驱动的勘测机器人的结构示意图；
34.图1b为图1a中支撑体的结构示意图；
35.图2a为本发明提供的采用双旋翼矢量驱动的勘测机器人的结构示意图；
36.图2b为图2a中支撑体的结构示意图；
37.图3～图4为图像采集组件的结构示意图；
38.图5为激光测绘组件的结构示意图；
39.图6为超声探测组件中介质输出头处于第二位置的结构示意图；
40.图7为图6的剖视图；
41.图8为超声探测组件中介质输出头处于第一位置的结构示意图；
42.图9为供应装置的爆炸图；
43.图10为静态吸附组件的结构示意图；
44.图11a为图10中静态吸附组件打开第一壳体的结构示意图；
45.图11b为静态吸附组件的剖视图；
46.图11c为第二壳体与支撑体配合的结构示意图；
47.图12为升降驱动机构的结构示意图；
48.图13为图12中分动机构的结构示意图；
49.图14为勘测机器人省略支撑体的剖视图；
50.图15为图14中a的放大图；
51.图16为泄压阀的爆炸图；
52.图17为吸盘的结构示意图；
53.图18～图19为旋翼组件的结构示意图；
54.图20为行走轮的结构示意图；
55.图21为图20中行走轮的剖视图。
56.图中附图标记说明如下：
57.100、顶侧；101、底侧；200、勘测机器人；
58.1、支撑体；11、顶框；12、底框；13、立柱；14、环形部；15、轮座；16、加强杆；161、边缘杆；162、内侧杆；
59.2、旋翼组件；21、第一翻转架；22、第一舵机；23、第二翻转架；24、第二舵机；25、主电机；26、桨叶；28、第一枢轴；29、第二枢轴；
60.3、行走轮；31、减震机构；
61.4、信息采集设备；41、图像采集组件；411、摄像头；412、第一摄像头；413、第二摄像头；414、补光灯；415、环形件；416、辐条；417、照明灯；42、激光测绘组件；421、云台；422、激光扫描仪；423、支撑臂；424、减震部件；43、超声探测组件；431、超声探头；4311、弹簧；432、移动机构；433、介质输出头；4331、输出孔；434、翻转机构；4341、翻转电机；4342、活动架；4343、显微摄像头；435、供应装置；4351、料筒；4352、出料孔；4353、推料活塞；4354、电动推杆；436、介质管路；
62.5、静态吸附组件；51、外套；52、筒体；521、外螺纹；53、升降驱动机构；531、电机；5311、输出轴一；532、分动机构；5321、主伞齿轮；5322、副伞齿轮；5323、中间轴；5324、万向节；5325、输出轴二；533、主动齿轮；534、齿圈；535、轮齿；54、吸盘；541、真空口；542、泄压口；543、泄压阀；5431、密封套；5432、阀芯；5433、阀杆；5434、弹性件；5435、凸缘；544、限位垫；545、基板；5451、第三壳体；5452、扩展区；5453、第一扩展区；5454、第二扩展区；5455、第一避让口；5456、第二避让口；546a、密封圈一；546b、密封圈二；546c、密封圈三；55、真空泵；551、真空管路；552、内部管路；5521a、刚性管一；5521b、刚性管二；553、外部管路；56、第一壳体；57、控制主板；58、第二壳体；581、桥臂。
具体实施方式
63.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，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
64.需要说明的是，当组件被称为与另一个组件“连接”时，它可以直接与另一个组件连接或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。
65.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
66.本发明提供一种多类型信息采集的勘测机器人，包括：
67.支撑体1，具有相对的顶侧100和底侧101；
68.矢量旋翼系统，包括至少两套旋翼组件2，各旋翼组件2安装于所述支撑体1并向所述支撑体1提供矢量动力；
69.行走轮3，布置在所述支撑体1的底侧101，所述行走轮3用于在工作面上行走；
70.超声探测组件43，可升降的安装于所述支撑体1；
71.激光测绘组件42，所述支撑体1上安装有云台421，所述激光测绘组件42安装于所述云台421；
72.图像采集组件41，设置于所述支撑体1。
73.针对涵洞、水库大坝等野外作业场所，尤其是涉及立面作业、且工作面可能存在较大建筑缺陷的情况，传统的无人机无论是续航还是采集信息时空间姿态的稳定性都无法满足要求，尽管一些现有技术披露了飞行机构结合行走机构的技术，但其沿工作面移动的动力主要来自行走机构，不仅装置复杂且行走机构的灵活性受限，本发明中勘测机器人200沿工作面移动的动力来自于矢量旋翼系统，反而简化了控制方式以及行走机构的硬件需求，就提供矢量动力本身而言，可以通过旋翼组件2自身的姿态以及多套之间的相互配合实现，在控制上也可以应用常规技术。
74.本发明中支撑体1的顶侧100和底侧101为相对概念，例如在机器人沿工作面行走时，朝向工作面的一侧为底侧101，另一侧为顶侧100。
75.参考图1a～2b，支撑体1为框架结构，框架结构整体上为扁平构型，厚度方向的两侧分别为顶侧100和底侧101。框架结构存在大量的镂空区可更好的适应本发明的应用场景，在保证结构强度的前提下尽可能的减重，扁平构型可提高抗风以及抗倾覆性能。
76.框架结构包括间隔叠置的且均为片状的顶框11和底框12，以及固定在顶框11和底框12之间的多个加强件，顶框11和底框12两者形状相互匹配，且均包括多个环形部14以及多个轮座15，其中各套旋翼组件2位于对应的环形部14内，轮座15相对于邻近的环形部14外凸设置，行走轮3为多个分别安装于对应的轮座15上。考虑到简化整体结构的问题，顶框11和底框12分别为一体结构，加强件为间隔布置的多根立柱13，各环形部14直接相连或通过呈条状加强杆16相连。
77.本发明的框架结构采用碳纤维材质，具有较轻的重量和相对较高的强度，使得勘测机器人200工作时更加灵活。在本实施例中，顶框11和底框12之间的距离为2～6cm，顶框11和底框12的单片厚度为2～5mm。
78.关于旋翼组件2的数量可以按照其功率以及勘测机器人200的负载相应配置，考虑到整体布局的合理性并且兼顾操控，优选四套，相应的，框架结构中具有四个环形部14，分布于矩形区域(四个环形部14连接围成的区域)的四角，加强杆16包括：
79.边缘杆161，环布于矩形区域的四周；
80.内侧杆162，将处在矩形区域同侧的两环形部14彼此相连。
81.轮座15为四个，外凸于矩形区域的四角并与所在部位的环形部14相连。
82.作为优选的简化并兼顾搭载设备的总量部分，旋翼组件2还可以采用两套。
83.环形部14为两个且相互邻近呈8字形，旋翼组件2相应的为两套，轮座15为四个，成对的布置于相应环形部14的相对侧。
84.具体的，两环形部14中心连线为参照线，每一环形部14连接有两个轮座15，且位于参照线的两侧。
85.参考图3～图9，所述图像采集组件41包括与支撑体1相连的安装架，安装架上安装摄像头411和补光灯414；所述摄像头411用以拍摄采集图像；所述安装架包括多根辐条416和环形件415，多根辐条416的顶端汇聚于同一位置，并与所述摄像头411固定连接，底端在向外延伸的同时还向下弯曲直至与所述支撑体1固定；所述环形件415处在所述摄像头411的下方且连接所有辐条416；所述补光灯414安装于所述环形件415上，并间隔布置于摄像头411的投影位置，用以向工作面投射光线。支撑体1上还安装有照明灯417，用于提供前进方向的照明。
86.摄像头411可采用一个或多个，单个摄像头411分辨率为2000万像素或更高，拍摄面积为0.12-0.24m2，最小分辨率为0.01mm，测缝精度为0.01mm，最小曝光时间10ms，支持最高2m/s的运动图像采集，可以多个摄像头411组合。
87.在本实施例中，摄像头411包括高于辐条416顶端设置的第一摄像头412和低于辐条416的顶端设置的第二摄像头413，其中，第一摄像头412用于拍摄外部整体工作面(在本实施例中，第一摄像头412具体为双目摄像头，且在该位置设置有用于测量障碍物距离、运动距离以及辅助系统定位的距离传感器)，第二摄像头413用于拍摄勘测机器人200的实时工作面。
88.其中，双目摄像头可通过旋转云台安装至安装架，能够根据需要旋转至合适的拍
摄角度。当然，为了避免光照不足引起图像噪声的问题，环形件415的底面设置有环形布置用于给第二摄像头413提供光照的补光灯414，该补光灯414具体为荧光灯，为了进一步增强拍摄的效果，多根辐条416围拢形成半球空间，第二摄像头413处在球顶部位，荧光灯处在半球空间内，该半球空间朝向工作面开放。安装架上加盖遮光布(例如摄影黑布)封闭半球空间的外周，可在第二摄像头413拍摄的工作面区域形成接近封闭的拍摄空间，配合荧光灯的补光效果，其图像采集效果可大幅提升，保障后期的图像拼接以及图像中建筑缺陷的特征识别效果。
89.同样的，为了保证第一摄像头412的光照强度，环形件45侧面朝向第一摄像头412的投影位置也设置有补光灯414(例如led灯)。
90.激光测绘组件42包括激光扫描仪422，所述激光扫描仪422安装于所述云台421，用于测绘三维空间。
91.激光扫描仪422所采集的信息通过处理后可以获得工作面周边的三维形态数据，并可据此进行三维建模，建模后通过图像采集组件41获得的图像进行贴图渲染，可生动的表达工作面。
92.云台421的底部带有多条支撑臂423，在本实施例中，支撑臂423的数量为4条，且大致呈x形，为了使激光扫描仪422测绘时更加平稳，各支撑臂423的底端通过减震部件424(例如减震垫)连接至支撑体1的底框12。具体的，支撑臂423的底端开设有螺孔，安装时，螺栓依次穿过螺孔、减震部件424、与支撑体1的底框12固定连接。
93.当勘测机器人200遇到障碍时，减震部件424能够较大程度地缓解支撑臂423的震动，达到较好的减震效果，减震部件424还可以过滤来自旋翼的震动。其中，激光扫描仪422可采用现有技术，能够根据实际拍摄需求跟随云台421旋转至合适的角度进行三维空间测绘。
94.为了便于理解，以下实施例的第一位置为x1，第二位置为x2。超声探测组件43可用于测量工作面上裂缝的深度，关于其安装位置，超声探测组件43可直接安装于支撑体1，当然也可设置于其他部件，即与其他组件进行集成，间接的安装于支撑体1。
95.超声探测组件43，包括：
96.超声探头431，成对布置且同对之间的间距可调；
97.移动机构432，带动同对之间的超声探头431相对运动；
98.介质输出头433，用于向超声探头431提供工作介质。
99.超声探测组件43能够自动涂抹工作介质，相比于传统人工涂抹的方式，本发明可以根据实际工作面的情况进行随时涂抹勘测，提高了工作效率。
100.同对超声探头431中，一个探头发射探测信号，另一个探头接收返回的信号，两探头的相对位置能够调整，便于在不同的相对位置下进行探测，以获得更精准的数据，
101.依据超声探测组件43与支撑体1的不同连接方式，在优选的方式中，超声探头431还可以相对支撑体1升降配合，以调整与工作面之间的距离。
102.所述移动机构432包括移动电机以及滚珠丝杆螺母副，移动电机通过滚珠丝杆螺母副与所述超声探头连接，移动电机通过所述滚珠丝杆螺母副带动同对之间的超声探头431进行相对运动。为了便于操作，每对超声探头431中独立的探头独立配置移动机构432以及相应的介质输出头433。
103.介质输出头433具有与超声探头431相邻近的第一位置(x1)，以及远离超声探头431的第二位置(x2)。介质输出头433向超声探头431供应工作介质后，可改变位置避开超声探头431，例如通过翻转机构434安装于支撑体1，翻转机构434包括翻转电机4341以及活动架4342，翻转电机4341的输出轴与活动架4342联动，介质输出头433固定于活动架4342并通过介质管路436连通于供应装置435。其中，翻转机构434的翻转角度即为第一位置和第二位置之间的旋转角度，可根据需求自行设置，在本实施例中，翻转角度为180
°
。
104.超声探测组件43还包括向介质输出头433提供工作介质的供应装置435，供应装置435输出工作介质。介质输出头433为盘状，中部带有与介质管路436连通的输出孔4331，供应装置435通过该输出孔4331将工作介质输出于该介质输出头433。
105.供应装置435包括：
106.料筒4351，用以存储工作介质，料筒4351第一端封闭且带有出料孔4352，该出料孔4352通过介质管路436连通于介质输出头433；
107.推料活塞4353，滑动配合在料筒4351内；
108.电动推杆4354，与所述推料活塞4353相连，并向料筒4351的第二端外侧伸出设置。
109.具体的，超声探测组件43利用供应装置435，将料筒4351里面的工作介质通过电动推杆4354推送至介质输出头433，再利用翻转机构，将处于第二位置的介质输出头433翻转至第一位置给超声探头431涂抹工作介质，接着翻转机构再次工作，将处于第一位置的介质输出头433翻转至起始位置(即第二位置)，此时超声探头431正式工作。
110.超声探测组件43还包括显微摄像头4343，该显微摄像头4343设置于同对超声探头431的中间位置，能够对裂缝进行显微拍照，其分辨率精度可达0.005mm。超声探头431内部有弹簧4311，与工作面接触时弹簧4311可以缓冲保护，还可以适应工作面的崎岖。
111.参考图10～图17，为了能与工作面牢固贴合使其他设备作业时勘测机器人200保持稳定静止，勘测机器人200还包括静态吸附组件5，静态吸附组件5可通过真空吸附固定于工作面。勘测机器人200吸附固定于工作面时，获得的数据更加精确，长时间作业时甚至可以停止旋翼工作以节能、滤噪。
112.旋翼工作时会产生声波干扰，无法同时进行超声波探测，因此，当需要使用超声探测组件43时，必须先使用静态吸附组件5将勘测机器人200吸附于工作面，接着停止旋翼工作，最后超声探测组件43才开始工作。
113.静态吸附组件5包括：筒体52，活动安装于支撑体1；升降驱动机构53，安装于支撑体1且与筒体52联动，驱使筒体52相对于支撑体1升降；吸盘54，固定于筒体52的底部；真空泵55，通过管路连通于吸盘54。
114.具体工作时，吸盘54下降贴靠至工作面，真空泵55通过管路将吸盘54与工作面之间的气体抽出直至到达预设的真空度，当然，为了能够将吸盘54长时间稳定地吸附于工作面，真空泵55还具有自动补压的功能，通过检测传感器检测真空度变化、使其能够时刻保持真空状态。
115.考虑到勘测机器人200整体负载的均匀以及解除吸附后机器人状态的平稳切换，各旋翼组件2整体上布置在静态吸附组件5的外周。
116.筒体52为两套且并排布置，两套筒体52能够在升降驱动机构53的作用下同步升降，保持了升降的稳定以及必要的结构强度。
117.真空泵55处在两筒体52的顶部之间，为了起到防尘等保护作用，在各筒体52顶部的外周可以罩设外套51，外套51的顶部以及真空泵55的外围设置有第一壳体56，第一壳体56既能保护里面的部件，还能实现降噪的效果。
118.当旋翼组件2为四套时，第一壳体56的下方设置有第二壳体58，升降驱动机构53处在第二壳体58内且位于两筒体52之间，筒体52向下延伸出第二壳体58，第二壳体58通过多根桥臂581连接于支撑体1。具体的，桥臂581的数量为四根，一端连接于第二壳体58，另一端向外辐射连接至对应方向的环形部14。
119.第二壳体58与支撑体1大致等高或略高于支撑体1，升降驱动机构53以及勘测机器人200的控制主板57设置于第二壳体58中，真空泵55固定于第二壳体58的顶面上。
120.当旋翼组件2为两套时，升降驱动机构53处在顶框11和底框12之间且位于两筒体52之间，筒体52向下延伸出底框12。在本实施例中，勘测机器人200的控制主板57处在顶框11和底框12之间，为了便于固定，真空泵55直接固定于顶框11的顶面上。勘测机器人200自身携带的陀螺仪、距离传感器等，可以集成安装至该控制主板57上。
121.升降驱动机构53包括：电机531；分动机构532，与电机531联动且具有两根输出轴二5325，各输出轴二5325上固定有主动齿轮533；两个齿圈534，分别转动套设于筒体52的外周，且分别与对应的主动齿轮533啮合，各齿圈534的内周分别与相应的筒体52之间螺纹配合。
122.齿圈534轴向的端面带有轮齿535，并通过该轮齿535与相应的主动齿轮533啮合。
123.分动机构532可实现由同一电机531驱动两套筒体52同步运动，分动机构532包括：
124.主伞齿轮5321，固定于电机531的输出轴一5311；
125.两个副伞齿轮5322，分别与主伞齿轮5321啮合，且处在主伞齿轮5321的两侧，各副伞齿轮5322上固定有中间轴5323，
126.两根输出轴二5325，分别通过万向节5324与对应的中间轴5323相连。
127.具体工作时，电机531带动主伞齿轮5321旋转，相应的，与主伞齿轮5321啮合的两个副伞齿轮5322也开始旋转，从而带动主动齿轮533转动，主动齿轮533带动位于筒体52外周的齿圈534。
128.筒体52带有外螺纹521，齿圈534带有内螺纹并与外螺纹521之间相互配合，驱使筒体52相对于支撑体1上升或下降，即实现了吸盘54的升降。
129.吸盘54包括固定安装于筒体52底端的基板545，基板545的底面设置有真空口541、泄压口542，真空泵55通过真空管路551连通至真空口541，泄压口542处安装有泄压阀543；
130.真空管路551经由其中一筒体延伸至真空口541，泄压阀543处在另一筒体处。
131.真空管路551包括内部管路552和外部管路553，其中内部管路552包括活动插接、且密封配合的两根刚性管，其中一刚性管一5521a对接至真空口541，另一刚性管二5521b在筒体52中延伸再经由外套51相应部位的开口连通外部管路553直至连通到真空泵55。
132.内部管路552主要为了适应筒体52(即基板545)相对于支撑体1的升降，在升降驱动机构53的作用下，与真空口541相对接的刚性管一5521a相对于另一根刚性管二5521b向下运动并彼此保持密封。虽然可采用软管方式来适应该相对运动，但本实施例两根刚性管活动插接的方式可避免管线盘绕干涉，并可提供额外的稳定导向。
133.作业完成后，在解除真空时，可开启泄压阀543，泄压阀543包括：密封套5431，固定
于泄压口542的边缘；阀芯5432，与密封套5431相匹配；阀杆5433，穿过密封套5431与阀芯5432相连，阀杆5433与密封套5431的径向间隙为泄压间隙；弹性件5434，作用于阀杆5433，驱使阀芯5432与密封套5431密封配合；电磁驱动组件，作用于阀杆5433，驱使阀芯5432与密封套5431分离泄压。
134.密封套5431的端面具有环形的凸缘5435，密封状态下、阀芯5432与密封套5431的端面配合并贴紧凸缘5435，需要泄压时，电磁驱动组件驱动阀杆5433向下移动，此时，阀芯5432与密封套5431的端面脱离，气体从泄压间隙进入，吸盘54与工作面之间恢复常压，随后可上升吸盘54，避免其他设备作业时吸盘54与工作面的干涉。
135.吸盘54的底面还设有限位垫544，限位垫544的位置低于真空口541以及泄压口542，即限位垫544为工作面与吸盘54两者贴合的极限位置，能够防止真空口541与泄压口542与工作面接触、产生不必要的干涉和摩擦。
136.吸盘54包括：
137.基板545，可升降的安装于支撑体1，真空口541、泄压口542均设置在基板545的底面；在配置限位垫544时，限位垫544也设置在基板545的底面；
138.密封组件，包括内外布置的多道密封圈，用于与工作面贴合密封，多道密封圈位于真空口541、泄压口542(设置限位垫544时)的外围。多道密封圈与基板545围拢形成罩体结构，与工作面配合时，罩体结构内形成真空腔。
139.为了保证密封效果，尤其是适应存在建筑缺陷(表面存在凸凹结构或裂缝等，即并不光滑平整)的工作面，密封组件包括由内而外依次布置的三道密封圈，分别为密封圈一546a、密封圈二546b、密封圈三546c，各密封圈底面距离工作面的高度依次降低。最外围的一道，最先接触工作面，其余两者同理。
140.其中，最外层密封圈三546c的高度为2.5～3cm，中间层密封圈二546b的高度为1.3～1.7cm，内层密封圈一546a的高度为0.75～1.25cm。作为优选，三道密封圈由内而外宽度依次变宽，其中密封圈三546c、密封圈二546b可采用发泡材料。
141.为了便于集成其他组件，提供硬件利用率，基板545的底面带有延伸至密封组件外侧的扩展区5452，超声探头431等其他组件可安装至对应的扩展区5452。
142.基板545具有长度方向，两筒体52沿该长度方向依次布置；
143.扩展区5452至少包括第一扩展区5453和第二扩展区5454，沿该长度方向两者扩展区5452分别处在密封组件的两侧。
144.本发明的超声探头431可安装于上述静态吸附组件5，具体的，超声探测组件43安装于扩展区5452(第一扩展区5453)，其中，同对的超声探头431相对基板545滑动安装，扩展区5452开设有第一避让口5455，超声探头431位置与第一避让口5455对应，并向下延伸出第一避让口5455。
145.基板545的顶面罩设有第三壳体5451，移动机构432处在第三壳体5451内、带动超声探头431滑动，两个超声探头431的间距调节方向为基板545的宽度方向，供应装置435安装在第一壳体56内，并架设于两外套51顶面上。
146.参考图19～图20，矢量旋翼系统用于提供勘测机器人200的行走、飞行、越障等运动的动力，为了便于理解，以下实施例旋翼组件2中涉及的第一轴线和第二轴线具体为l1方向和l2方向。
147.旋翼组件2包括：第一翻转架21，绕第一轴线转动安装于环形部14；第一舵机22，作用在环形部14和第一翻转架21之间；第二翻转架23，绕第二轴线转动安装于第一翻转架21，第二轴线和第一轴线相互垂直；第二舵机24，作用在第二翻转架23和第一翻转架21之间；主电机25，安装于第二翻转架23；桨叶26，安装于主电机25的输出轴。
148.第一舵机22和第二舵机24能够分别驱动第一翻转架21和第二翻转架23进行360
°
旋转，此外主电机25的输出轴还可以选用角度能够微调的机型。因此，桨叶26可以进行全方位旋转，实现球形矢量的全矢量控制转换，将勘测机器人调制成各种适合行走、攀爬、飞行形态。此外在可选的控制方式中，优选勘测机器人各旋翼的功率保持恒定，以简化模式控制和形态切换。
149.在本实施例中，主电机25安装于第二翻转架23的中间位置，输出轴大致与第二轴线相互垂直。为了减少旋翼系统工作时各旋翼组件2之间力的干涉，各个旋翼组件2的第一轴线相互平行且共面。另外所有旋翼组件2的第一轴线位于框架结构中的顶框11和底框12之间，使得机器人在旋翼组件2工作时受力更加均匀，不易侧翻。
150.第一翻转架21为圆环形，该圆环形径向的两端分别通过第一枢轴28安装于环形部14，第一舵机22安装于环形部14且与至少一第一枢轴28联动；第二翻转架23为条形，该条形长度方向的两端分别通过第二枢轴29安装于第一翻转架21，第二舵机24安装于第二翻转架23且与至少一第二枢轴29联动。
151.所有旋翼组件2的第一枢轴28以及第一舵机22均安装于框架结构中的顶框11，或均安装于框架结构中的底框12。所有旋翼组件2的第一翻转架21在共面状态下，所有旋翼组件2的第二轴线相互平行且共面。
152.勘测机器人200内部设置有感应装置(例如陀螺仪、距离传感器等)，用于感应当前姿态以及相对位置，当遇到与工作面明显带角度的障碍面(例如直角面、反斜面等)时，可根据采集的实时信息或历史数据进行识别，在进行旋翼的全矢量控制时，感应装置进行实时反馈。越障时第一舵机22和第二舵机24开始工作，改变矢量旋翼系统的旋转角度，使其勘测机器人200前端翘起直接爬上该障碍面。当遇到无法爬过的障碍时可以通过切换成飞行模式飞跃障碍，飞跃过障碍后再切换成攀爬模式。
153.利用本发明提供的机器人实施下文提供的控制方法时，勘测机器人具有攀爬模式和飞行模式。攀爬模式下，行走轮在矢量旋翼系统的作用下与工作面行走配合，在工作面较倾斜时，通过矢量旋翼系统提供行走轮与工作面的下压力。飞行模式下，行走轮远离工作面。
154.在本实施例中，切换飞行模式有两种方法，一种是手动操作，一种为系统自动操作，当切换成飞行模式时，系统自动调整第一舵机22和第二舵机24，将桨叶26调整到便于飞行的角度，勘测机器人200便能够顺利地飞起越过障碍物，在飞跃障碍物落地后，切换成攀爬模式。本实施例的勘测机器人200能够根据所处位置的角度自动调节桨叶26角度，使其能够顺利的在当前环境下自由运动。
155.参考图20～图21，行走轮3均为万向轮，以保证行走的灵活性，在矢量旋翼系统的驱动下，可沿工作面向任意方向移动，无论考虑转向半径等，这一点在作业路线规划以及作业行走中优势更加明显。
156.按照轮座15的分布，行走轮3可以配置4套或更多，同一套中，可采用单轮或双轮结
构，并通过减震机构31安装于对应的轮座15。其中，减震机构31可采用现有技术中的阻尼器，还可以采用多种方式的结合，例如空气阻尼以及机械弹簧，当车轮在不平整的工作面上运动时，减震机构31可将瞬间的多次弹跳合并为一次比较平缓的运动，从而起到减震的效果。
157.应该理解的是，虽然本发明各实施例中的步骤依次表述，但是这些步骤并不是必然按照表述的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
158.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。不同实施例中的技术特征体现在同一附图中时，可视为该附图也同时披露了所涉及的各个实施例的组合例。
159.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于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。

技术特征：
1.多类型信息采集的勘测机器人，其特征在于，包括：支撑体；矢量旋翼系统，所述矢量旋翼系统包括至少两套旋翼组件，各旋翼组件安装于支撑体上并向支撑体提供矢量动力；行走轮，所述行走轮布置在支撑体上，所述行走轮用于在工作面上行走；静态吸附组件，所述静态吸附组件设置在支撑体上，所述静态吸附组件能够相对于支撑体上升或下降，所述静态吸附组件能够以真空吸附的方式将勘测机器人固定至工作面上；所述工作面为野外作业场所中涉及立面作业、且存在较大建筑缺陷的建筑表面；超声探测组件，所述超声探测组件可升降的安装于支撑体上；激光测绘组件，所述激光测绘组件安装于云台上，所述云台安装于支撑体上；图像采集组件，所述图像采集组件设置于支撑体上。2.根据权利要求1所述的多类型信息采集的勘测机器人，其特征在于，所述静态吸附组件包括设置在支撑体上的能够相对支撑体上升或下降的吸盘，吸盘与真空泵连通，吸盘通过真空泵以真空吸附的方式将勘测机器人固定于工作面上，吸盘上设置基板；所述超声探测组件包括成对布置且同对之间间距可调的超声探头；所述基板内集成设置所述超声探头，同对的超声探头相对基板滑动安装。3.根据权利要求2所述的多类型信息采集的勘测机器人，其特征在于，所述基板开设有第一避让口，超声探头与第一避让口相对应，并向下延伸出第一避让口；所述基板的顶面罩设有第三壳体，第三壳体内部在基板上设置移动机构，所述超声探头与移动机构相连接，移动机构带动同对之间的超声探头进行相对运动。4.根据权利要求2所述的多类型信息采集的勘测机器人，其特征在于，每对超声探头独立配置相应的介质输出头，介质输出头用于向超声探头提供工作介质，介质输出头通过翻转机构与超声探头配合，介质输出头具有与超声探头相邻近的第一位置，以及远离超声探头的第二位置；所述介质输出头和翻转机构集成设置于基板内。5.根据权利要求4所述的多类型信息采集的勘测机器人，其特征在于，所述翻转机构包括翻转电机以及活动架，所述翻转电机的输出轴与活动架转动连接，所述介质输出头固定在活动架上。6.根据权利要求4所述的多类型信息采集的勘测机器人，其特征在于，所述介质输出头通过介质管路连通于供应装置，供应装置固定在支撑架上，所述供应装置包括：料筒，所述料筒用以存储介质，料筒第一端封闭且带有出料孔，所述出料孔通过介质管路连通于介质输出头；推料活塞，所述推料活塞与料筒滑动配合；电动推杆，所述电动推杆与推料活塞相连，并向料筒的第二端外侧伸出设置。7.根据权利要求3所述的多类型信息采集的勘测机器人，其特征在于，所述移动机构包括移动电机以及滚珠丝杆螺母副，移动电机通过滚珠丝杆螺母副与超声探头连接，移动电机通过滚珠丝杆螺母副带动同对之间的超声探头进行相对运动。8.根据权利要求1所述的多类型信息采集的勘测机器人，其特征在于，所述激光测绘组件包括激光扫描仪，激光扫描仪安装于云台上，用于测绘三维空间；。9.根据权利要求1所述的多类型信息采集的勘测机器人，其特征在于，所述图像采集组
件与支撑体相连的安装架，安装架上安装摄像头和补光灯；所述摄像头用以拍摄采集图像；所述安装架包括多根辐条和环形件，多根辐条的顶端汇聚于同一位置，并与摄像头固定连接，底端在向外延伸的同时还向下弯曲直至与支撑体固定；所述环形件处在摄像头的下方且连接所有辐条；所述补光灯安装于环形件上，用以向工作面投射光线。10.如权利要求1～9中任一项所述的多类型信息采集的勘测机器人的控制方法，其特征在于，所述勘测机器人在多个工作位置之间转移，在到达预定的工作位置时利用信息采集设备采集工作面的信息数据，且在采集过程中以攀爬模式保持于当前的工作位置。

技术总结
本发明公开了一种多类型信息采集的勘测机器人及其控制方法。包括：支撑体；矢量旋翼系统，所述矢量旋翼系统包括至少两套旋翼组件，各旋翼组件安装于支撑体上并向支撑体提供矢量动力；行走轮，所述行走轮布置在支撑体上，所述行走轮用于在工作面上行走；静态吸附组件，所述静态吸附组件设置在支撑体上，所述静态吸附组件能够相对于支撑体上升或下降，所述静态吸附组件能够以真空吸附的方式将勘测机器人固定至工作面上；所述工作面为野外作业场所中涉及立面作业、且存在较大建筑缺陷的建筑表面；超声探测组件，所述超声探测组件可升降的安装于支撑体上；激光测绘组件，所述激光测绘组件安装于云台上，所述云台安装于支撑体上；图像采集组件，所述图像采集组件设置于支撑体上。发明能够依附于建筑物表面完成近距离的单次采集多种类型信号的采集任务。次采集多种类型信号的采集任务。次采集多种类型信号的采集任务。


技术研发人员：吴启民 陈通权 李高年 刘德明 叶谦
受保护的技术使用者：杭州国电大坝安全工程有限公司
技术研发日：2022.10.31
技术公布日：2023/5/13