CN101367413A

CN101367413A - 一种爬墙多功能机器人

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Publication number: CN101367413A
Application number: CNA2007100757806A
Authority: CN
Inventors: 高汉光
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-08-17
Filing date: 2007-08-17
Publication date: 2009-02-18
Anticipated expiration: 2027-08-17
Also published as: CN101367413B

Abstract

一种爬墙多功能机器人，包括工作主机、抽真空泵、主控制器、电磁阀组，尤其是工作主机驱动12条机械腿，每条机械腿的前端设置有真空吸盘，每个真空吸盘的盘内设置有气压传感器，各气压传感器连接A/D转换器，由主控制器判定12个真空吸盘中有至少10只能够工作在吸附状态后，则驱动机械腿进行爬行作业，并在爬行过程中根据操作指令驱动前工作机械臂进行操作。本发明吸附牢靠，操作方便。

Description

一种爬墙多功能机器人

技术领域本发明涉及用程序控制机械臂的可爬行的机器人，特别是涉及带旋转臂的机器人，尤其涉及以真空吸盘吸附攀爬的机器人。

背景技术随着城市高楼的大量兴建和要求改善工作环境呼声越来越高，但高楼大厦的安装、清洁工作和维护等高空危险工作仍是人工操作，特别是恶劣环境的工作、施救更是一大难题。这是现实工作中经常碰到、目前又未能得到圆满解决的难题。

现有技术中，已经有多种多样的攀爬机器人，所述这些机器人也都能按照使用者的意愿及本身所具备的功能完成一些操作。但是对于真空吸盘吸附攀爬的机器人来说，最大的问题莫过于吸附不牢靠。这是机器人制造者所孜孜以求的核心目标。

例如，中国发明专利申请200610150939.1，所公开的一种名为“仿壁虎小型机器人”的技术方案，该方案中，机器人只有四条机械腿，每个腿的末端也各自有一个吸盘。通过对该专利申请整个文件的分析发现，该机器人只能工作在理想的墙壁上，所说的理想墙壁是指整面墙平整光滑，且没有拼接的缝隙。众所周知，理想的墙壁并不多见，因为任何墙面总有拼接的缝隙，这是无法回避的现实，又由于该专利申请的机器人只有四条腿，所以当有两条腿吸附不牢时，机器人将不能移动，一旦移动，还很可能会由高空坠落。

发明内容本发明的目的是为了避免现有技术的不足之处而提出一种爬墙多功能机器人，本发明的机器人有10条以上的机械腿，每条腿的末端都有真空吸盘，这些机械腿错落有致地分布在工作主机周围，以保证总有一些真空吸盘不落在墙面拼接的缝隙上，同时，对所有真空吸盘实时检测负压状态，智能化控制各个真空吸盘，确保总有一些真空吸盘牢靠地吸附，在运行过程中，判断出无法前进时，本发明的机器人将会智能化选择前进方向。

为了解决上述技术问题，爬墙机器人是通过以下技术方案实现的：

设计制造一种爬墙多功能机器人，包括工作主机、抽真空泵、主控制器、电磁阀组，尤其是工作主机驱动10条以上的机械腿，在第一实施方式中为12条机械腿，每条机械腿的前端设置有真空吸盘，每个真空吸盘的盘内设置有气压传感器，各气压传感器连接A/D转换器，所述A/D转换器连接主控制器，在机器人进行爬墙作业时，主控制器按如下步骤进行操作：

A.将所述机器人置于待攀爬的墙壁，开启工作主机驱动12条机械腿使12个真空吸盘都接触墙壁；然后开启抽真空泵，对12个真空吸盘逐个进行抽真空，通过1#～12#气压传感器和A/D转换器，实时检测真空吸盘内的真空度；

B.当其中某一真空吸盘在规定时间内不能按设定速率降低气压，则判定此真空吸盘工作在非吸附状态，主控制器在内置的标志模块内给该真空吸盘的标志单元写为“0”；

C.当其中某一真空吸盘能够在规定时间内按设定速率降低气压，则判定此真空吸盘工作在吸附状态，主控制器在内置的标志模块内给该真空吸盘的标志单元写为“1”；

D.判定12个真空吸盘中有至少10只能够工作在吸附状态，则主控制器给出能够进行下一步工作的指示；

E.接下来主控制器驱动真空吸盘能够工作在吸附状态的机械腿进行爬行作业，并在爬行过程中根据操作指令驱动前工作机械臂进行操作。

所述12条机械腿，分为左右两列排列在工作主机的两侧；所述真空吸盘都有一吸盘软垫，保证吸盘与墙壁之间的密闭性。

所述工作主机连接一主机外壳，所述主机外壳上设置前摄像探头、后摄像探头，还设置有遥控天线；所述前摄像探头、后摄像探头将影像数据传输至影像数据处理模块，然后经影像数据发送模块和遥控天线无线发出。

所述的前工作机械臂前端有一机械卡爪，该机械卡爪与主机外壳上挂接的清扫刷卡头、刮刀卡头、钻头卡头相配套。

所述工作主机还连接一机械臂钻头。

所述主机外壳内设置蓄电池或整流稳压装置。

所述主机外壳上设置工作照明灯。

所述主机外壳上设置工具挂口，所述工具挂口挂接清扫刷、刮刀、钻头。

所述主机外壳上设置电源插座，该电源插座一端连接整流稳压装置，另一端连接电源线引入插头。

所述12条机械腿，分为左右两列排列在工作主机的两侧，在每一侧也错开设置。

从以上技术方案可以看出，本发明两侧的机械腿，可交替机械运动。机器人的前后设置有摄像探头，前部有工作照明灯以方便视线不好时能有效摇控机器人正常工作。前部机械臂可进行洞穿墙体、进行墙体或地面清洗、高空安装、维修、施救等机械工作。12条机械腿交叉动，防止了在高空工作中因接触面不平时个别吸盘抓不牢墙体产生的不良后果。本发明的机器人能替代人们在高空、悬崖峭壁以及其他恶劣环境下施工、维修、营救。由于本发明的机器人工作机械臂可进行多工具更换、组合，可以适应不同环境下的不同工作。

附图说明图1是本发明一种爬墙多功能机器人的立体示意图；

图2是本发明一种爬墙多功能机器人的主视示意图；

图3是本发明一种爬墙多功能机器人的清扫刷示意图；

图4是本发明一种爬墙多功能机器人的传感器控制示意图；

图5是发明的一种爬墙多功能机器人抽真空电磁阀控制示意图；

图6是本发明一种爬墙多功能机器人放气电磁阀控制示意图。

图中，1、工作主机，85、后摄像探头，40、机械腿，41、真空吸盘，42、吸盘软垫，84、前摄像探头，83、遥控天线，80、前工作机械臂，81、钻头，86、工具挂口，82、前工作照明灯，88、清扫刷。

具体实施方式下面结合附图以及各实施例对本发明做进一步详尽的描述。

参见图1～图3，设计制造一种爬墙多功能机器人，包括工作主机1、抽真空泵50、主控制器10、电磁阀组，尤其是工作主机10驱动10条以上的机械腿40，在第一实施方式中为12条机械腿40，每条机械腿40的前端设置有真空吸盘41，每个真空吸盘的盘内设置有气压传感器301～312，各气压传感器连接A/D转换器20，所述A/D转换器20连接主控制器10，在机器人进行爬墙作业时，主控制器10按如下步骤进行操作：

A.将所述机器人置于待攀爬的墙壁，开启工作主机1驱动12条机械腿40使12个真空吸盘41都接触墙壁；然后开启抽真空泵50，对12个真空吸盘41逐个进行抽真空，通过1#～12#气压传感器301～312和A/D转换器20，实时检测真空吸盘41内的真空度；

B.当其中某一真空吸盘41在规定时间内不能按设定速率降低气压，则判定此真空吸盘41工作在非吸附状态，主控制器10在内置的标志模块内给该真空吸盘的标志单元写为“0”；

C.当其中某一真空吸盘41能够在规定时间内按设定速率降低气压，则判定此真空吸盘41工作在吸附状态，主控制器10在内置的标志模块内给该真空吸盘41的标志单元写为“1”；

D.判定12个真空吸盘41中有至少10只能够工作在吸附状态，则主控制器10给出能够进行下一步工作的指示；

E.接下来主控制器10驱动真空吸盘41能够工作在吸附状态的机械腿40进行爬行作业，并在爬行过程中根据操作指令驱动前工作机械臂80进行操作。

所述的前工作机械臂80进行操作，至少包括清扫、刮除、钻孔。

如图1所示，所述12条机械腿40，分为左右两列排列在工作主机1的两侧；所述真空吸盘41都有一吸盘软垫42，保证吸盘与墙壁之间的密闭性。

所述工作主机1连接一主机外壳，所述主机外壳上设置前摄像探头84、后摄像探头85，还设置有遥控天线83；所述前摄像探头84、后摄像探头85将影像数据传输至影像数据处理模块，然后经影像数据发送模块和遥控天线82无线发出。

所述的前工作机械臂80前端有一机械卡爪，该机械卡爪与主机外壳上挂接的清扫刷卡头、刮刀卡头、钻头卡头相配套。

所述工作主机1还可以单独连接一机械臂钻头81。

所述主机外壳内设置蓄电池或整流稳压装置。

所述主机外壳上设置工作照明灯82。

所述主机外壳上设置工具挂口86，所述工具挂口86挂接清扫刷88、刮刀、钻头。

如图2所示，所述12条机械腿40，分为左右两列排列在工作主机1的两侧，在每一侧也错开设置。

本发明的机器人各组件之间采用螺钉铆接或弹簧软接方式相互连接。机械腿40的吸盘软垫42粘接在吸盘上。机械腿40通过机械转动使工作主机1自由运动。前后摄像探头84、85可使操控人员清楚知道爬墙机器人工作的环境。前方的工作照明灯82可解决爬墙机器人在黑暗、恶劣环境下，方便操控爬墙机器人。机械腿的吸盘软垫42以克制吸盘接触面不平而不能吸附的问题。

如图1～图6所示，真空吸盘41上有输气孔、送气孔，分别连接抽真空电磁阀501～512，以及放气电磁阀601～612使吸盘产生正、负气压。

遥控天线83可保证爬墙机器人与操控人员的人机联络。前工作机械臂80和电动钻头81配合能穿透墙体；前工作机械臂80和清扫刷88相配合能进行高空清扫、清洗。爬墙机器人主机底盘工具挂口86配以其他工具，能进行高空、悬崖峭壁上、其他恶劣环境下的施工、维修、营救等许多工作。爬墙机器人所采用材料为工程塑料、轻金属材料，以减少机器自身重量和能量消耗，并能增强其灵活性。

如图4所示，第一吸盘气压传感器301～第十二吸盘气压传感器312可以连接一只A/D转换器20。由转换开关控制，轮流将第一吸盘气压传感器301～第十二吸盘气压传感器312的输出接入A/D转换器20，主控制器10或者实时将每一只传感器的气压数值存入，或者在传感器对应的真空吸盘41工作在吸附状态时，对其进行检测。而对于开放的真空吸盘41则不进行气压检测。一般情况下，机械腿40进行交替运动时，任一时间要保证有4条机械腿40的真空吸盘41牢靠地吸附在墙壁上，在进行钻孔、刮除操作时，至少保证6条机械腿40的真空吸盘41牢靠地吸附在墙壁上。

真空吸盘41是否牢靠地吸附在墙壁上，是由主控制器10判断真空吸盘41内的负压值而得知。

如图5所示，抽真空泵50受主控制器10控制工作在抽真空状态，在初始化阶段，主控制器10要将12只真空吸盘41都放置到墙壁表面，然后逐个对1#～12#真空吸盘41都进行抽真空测试，也就是在全部关闭第一吸盘放气电磁阀601～第十二吸盘放气电磁阀612的时候，逐个打开第一吸盘抽真空电磁阀501～第十二吸盘抽真空电磁阀512，同时相对应的检测第一吸盘气压传感器301～第十二吸盘气压传感器312，看哪一只气压传感器的输出数据在规定时间内达不到规定数值，变在主控制器10内部的标志模块内给该真空吸盘的标志单元写为“0”；这样初步确定该真空吸盘41已经不可用。当然在工作过程中，随着环境参数变化，还要对该真空吸盘41进行测试，看其是否可以通得过测试，如果能够通过测试，则该真空吸盘41就可以投入使用。主控制器10在内置的标志模块内给该真空吸盘41的标志单元写为“1”。

如图6所示，第一吸盘放气电磁阀601～第十二吸盘放气电磁阀612的打开放气，是与主控制器10的控制程序紧密相关的。主控制器10一旦选择了哪些机械腿40要移动，首先要解除该真空吸盘41的负压状态，也就是打开该真空吸盘41的放气电磁阀，使该真空吸盘41脱离墙面，再由主控制器10驱动机械腿40移动，该机械腿40移动到新的位置后，真空吸盘41与墙面接触，放气电磁阀关闭，抽真空电磁阀开通，真空吸盘41内抽真空，主控制器10同样要检测在规定时间内，真空吸盘41内的负压是否达到规定值。

以上对发明所提供的爬墙机器人进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种爬墙多功能机器人，包括工作主机、抽真空泵、主控制器、电磁阀组，其特征在于：工作主机驱动12条机械腿，每条机械腿的前端设置有真空吸盘，每个真空吸盘的盘内设置有气压传感器，各气压传感器连接A/D转换器，所述A/D转换器连接主控制器，在机器人进行爬墙作业时，主控制器按如下步骤进行操作：

2.根据权利要求1所述的爬墙多功能机器人，其特征在于：所述12条机械腿，分为左右两列排列在工作主机的两侧；所述真空吸盘都有一吸盘软垫，保证吸盘与墙壁之间的密闭性。

3.根据权利要求1所述的爬墙多功能机器人，其特征在于：所述工作主机连接一主机外壳，所述主机外壳上设置前摄像探头、后摄像探头，还设置有遥控天线；所述前摄像探头、后摄像探头将影像数据传输至影像数据处理模块，然后经影像数据发送模块和遥控天线无线发出。

4.根据权利要求1所述的爬墙多功能机器人，其特征在于：所述的前工作机械臂前端有一机械卡爪，该机械卡爪与主机外壳上挂接的清扫刷卡头、刮刀卡头、钻头卡头相配套。

5.根据权利要求1所述的爬墙多功能机器人，其特征在于：所述工作主机还连接一机械臂钻头。

6.根据权利要求1所述的爬墙多功能机器人，其特征在于：所述主机外壳内设置蓄电池或整流稳压装置。

7.根据权利要求1所述的爬墙多功能机器人，其特征在于：所述主机外壳上设置工作照明灯。

8.根据权利要求1所述的爬墙多功能机器人，其特征在于：所述主机外壳上设置工具挂口，所述工具挂口挂接清扫刷、刮刀、钻头。

9.根据权利要求1所述的爬墙多功能机器人，其特征在于：所述主机外壳上设置电源插座，该电源插座一端连接整流稳压装置，另一端连接电源线引入插头。

10.根据权利要求2所述的爬墙多功能机器人，其特征在于：所述12条机械腿，分为左右两列排列在工作主机的两侧，在每一侧也错开设置。