CN104773224A - 全方位多功能攀爬机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明全方位多功能攀爬机器人，属于自动控制技术领域，解决了现有技术清洗效率低、清洗不彻底、不适用于对不平整壁面的清洗和易发生事故的技术问题；本发明包括清洗机构、前厢体、后厢体、舵机、多个气旋式真空吸盘、叶轮机、转向机构、驱动系统和履带机构；叶轮机固定连接在前厢体内，舵机分别与前厢和后厢体固定连接，清洗机构分为洒水机构和清洗盘，分别与前厢体和后厢体连接，履带机构分别与前厢体和后厢体连接，多个气旋式真空吸盘均布在前厢体和后厢体，每个气旋式真空吸盘与前厢体或后厢体为球铰连接，转向机构分布在前厢体内，驱动系统分布在前厢体和后厢体内，叶轮机通过管道与各个气旋式真空吸盘连接，为其各个气旋式真空吸盘提供气压。

Description

全方位多功能攀爬机器人
技术领域
本发明属于自动控制技术领域，具体涉及一种全方位多功能攀爬机器人。
背景技术
随着我国经济的快速增长，一座座高楼大厦拔地而起，为了获得更好的采光效果，大多高楼大厦采用了幕墙玻璃。但长期以来，对高楼大厦外墙壁和玻璃幕墙的传统清洗方式为清洗工人腰间系一根绳子，悠荡在高楼大厦之间，不仅工作效率低，且易发生事故。
随着科学技术的不断发展，对高楼大厦外墙壁和玻璃幕墙的清洗方式也不断进步。目前国内外清洗方式主要有两种：一种方式为靠升降台或吊篮搭载清洗工人对高楼大厦的外壁和玻璃进行人工清洗，此种清洗方式不仅工作效率较低，清洗也不够彻底，且事故也时有发生；另一种方式为利用安装在楼顶的轨道及索吊系统将擦窗机对准窗户进行自动清洗，此种清洗方式需要高楼在起建之初就要将擦窗系统考虑进去，且不适用于阶梯状的壁面。
发明内容
本发明的目的是提供一种全方位多功能攀爬机器人，解决现有技术清洗效率低、清洗不彻底、不适用于对不平整壁面的清洗和易发生事故的技术问题。
本发明全方位多功能攀爬机器人包括清洗机构、前厢体、后厢体、舵机、多个气旋式真空吸盘、叶轮机、转向机构、驱动系统和履带机构；叶轮机固定连接在前厢体内，舵机通过一个支架与前厢体固定连接，舵机通过另一个支架与后厢体固定连接，清洗机构分别与前厢体和后厢体连接，履带机构分别与前厢体和后厢体连接，多个气旋式真空吸盘均布在前厢体和后厢体，每个气旋式真空吸盘与前厢体或后厢体为球铰连接，转向机构分布在前厢体内，驱动系统分布在前厢体和后厢体内，叶轮机通过管道与各个气旋式真空吸盘连接，为各个气旋式真空吸盘提供气压。
所述转向机构包括差速器Ⅰ、差速器Ⅱ、联轴器Ⅰ、联轴器Ⅱ、制动器Ⅰ、制动器Ⅱ、驱动轴Ⅰ和驱动轴Ⅱ；差速器Ⅰ和差速器Ⅱ串联固定连接，差速器Ⅰ通过联轴器Ⅰ与驱动轴Ⅰ连接，制动器I与驱动轴Ⅰ固定连接，差速器Ⅱ通过联轴器Ⅱ与驱动轴Ⅱ连接，制动器II与驱动轴Ⅱ固定连接，驱动轴Ⅰ和驱动轴Ⅱ分别通过轴承与前厢体连接。
所述清洗机构包括探测器、激光器、清洗盘、水箱、水管和喷洒机构；水箱固定连接在前厢体内，喷洒机构通过水管与水箱连通，喷洒机构连接在前厢体的前部，清洗盘连接在后厢体机构的底部，探测器固定连接在前厢体的顶部，激光器固定连接在后厢体的顶部。
所述喷洒机构包括洒水机构和洒水支架；所述洒水机构包括腔体、进水堵头、出水堵头、活塞和曲柄滑块机构；一个进水堵头和多个出水堵头分布在腔体上的孔内，活塞与曲柄滑块机构为转动副连接，腔体与洒水支架固定连接，洒水支架与前厢体的固定连接。
所述多个出水堵头的数量为39个。
所述驱动系统包括电动机、轴支架、一级皮带传动、二级皮带传动、齿轮传动、一级蜗轮蜗杆传动、二级蜗轮蜗杆传动、后厢体锥齿轮组、轴Ⅰ、轴Ⅱ、轴Ⅲ、轴Ⅳ、轴支架和锥齿轮传动；
电动机输出轴与叶轮机的输入轴为一级皮带传动，一级皮带传动中的其中一个带轮与齿轮传动中的其中一个齿轮在轴Ⅰ上，轴Ⅰ与电动机输出轴连接，齿轮传动中的另一个齿轮与一级蜗轮蜗杆传动中的蜗杆在轴Ⅱ上，一级蜗轮蜗杆传动中的蜗轮与软轴的一端固定连接，软轴的另一端与后车厢锥齿轮组中的一个锥齿轮固定连接，后车厢锥齿轮组中的另一个锥齿轮与清洗盘转动固定连接；一级皮带传动中的另一个带轮与二级皮带传动中的一个带轮在轴Ⅲ上，二级皮带传动中的另一个带轮与二级蜗轮蜗杆传动中的蜗杆在轴Ⅳ上，且曲柄滑块机构以转动副连接在轴Ⅳ上，叶轮机输入轴与轴Ⅳ为二级皮带传动，二级蜗轮蜗杆传动中的蜗轮与锥齿轮传动中的锥齿轮Ⅰ固定连接，锥齿轮传动中的锥齿轮Ⅱ为转向机构中的动力输入锥齿轮，轴Ⅰ、轴Ⅱ、轴Ⅲ和轴Ⅳ分别通过轴承与轴支架固定连接，轴支架固定连接在前厢体内。
所述履带机构包括前厢体履带机构和后厢体履带机构；前厢体履带机构包括前履带、两个驱动轮、多个前负重轮、两个诱导轮、多个前独立悬挂机构和诱导轮轴；两个驱动轮分别与驱动轴Ⅰ和驱动轴Ⅱ固定连接，诱导轮轴通过轴承与前厢体固定连接，诱导轮轴的两端分别与两个诱导轮通过键连接，多个前独立悬挂机构与前厢体螺栓连接，每个独立悬挂机构与一个前负重轮通过轴承连接，前履带包覆在前负重轮和诱导轮上；
后厢体履带机构包括后履带、多个后负重轮和六个后独立悬挂机构；多个所述前独立悬挂机构与多个所述后独立悬挂机构结构相同；多个后独立悬挂机构与后厢体螺栓连接，每个后独立悬挂机构与一个后负重轮通过轴承连接，后履带包覆在后负重轮上。
所述前厢体每侧分布4个前独立悬挂机构。
所述后厢体每侧分布3个后独立悬挂机构。
本发明的有益技术效果：本发明中喷洒机构搭载在前厢体上，曲柄滑块带动活塞运动实现进水和洒水的功能：活塞回程时水箱内的水在大气压的作用下被压入洒水机构的腔体内，活塞进程时，洒水机构的腔体内的水在压力作用下从洒水机构的出水口处洒出，实现润湿待清洗表面的功能，连接在后厢体上的清洗盘实现对待清洗表面的清洗；本发明中前厢体上均布6个气旋式真空吸盘，后厢体上也均布2个气旋式真空吸盘，且每个气旋式真空吸盘与前厢体或后厢体为球铰连接，气旋式真空吸盘不仅对攀爬面的形状、材料无要求，且能够十分可靠地吸附在攀爬面；本发明搭载的清洗盘和激光器实现了双模式清洗，即传统自动清洗和激光清洗于一身，清洗工作效率高，且清洗彻底；本发明搭载的探测器能够探测玻璃幕墙的寿命，大大降低了事故的发生率；本发明中前厢体和后厢体的制作材料为碳纤维，具有密度小、刚度和强度大、重量轻和动作灵敏的优点。
附图说明
图1为本发明全方位多功能攀爬机器人的立体结构示意图；
图2为本发明全方位多功能攀爬机器人的另一个立体结构示意图；
图3为本发明全方位多功能攀爬机器人的俯视图；
图4为本发明全方位多功能攀爬机器人的厢体内部驱动系统的结构示意图；
图5为本发明全方位多功能攀爬机器人的厢体内部驱动系统中各个轴的分布示意图；
图6为本发明全方位多功能攀爬机器人的厢体内部驱动系统的另一个结构示意图；
图7为本发明全方位多功能攀爬机器人的转向机构的结构示意图；
其中，1、清洗机构，1001、洒水机构，1002、探测器，1003、激光器，1004、清洗盘，1005、水箱，2、前厢体，3、前厢体履带机构，3001、前履带，3002、驱动轮，3003、前负重轮，3004、诱导轮，3005、前独立悬挂机构，4、后厢体履带机构，4001、后履带，4002、后负重轮，4003、后独立悬挂机构，5、后厢体，6、舵机，7、气旋式真空吸盘，8001、轴Ⅰ，8002、电动机，8003、轴Ⅳ，8004、轴Ⅲ，8005、轴Ⅱ，8006、软轴，8007、锥齿轮组，8008、曲柄滑块机构，8009、轴支架，8010、锥齿轮Ⅰ，8011、锥齿轮Ⅱ，9、叶轮机，10、转向机构，10001、差速器Ⅰ，10002、差速器Ⅱ，10003、驱动轴Ⅱ,10004、制动器Ⅱ，10005、联轴器Ⅱ，10006、联轴器Ⅰ，10007、制动器Ⅰ，10008、驱动轴Ⅰ。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步阐述。
参见附图1、附图2、附图3、附图4、附图5、附图6和附图7，本发明全方位多功能攀爬机器人包括清洗机构1、前厢体2、后厢体5、舵机6、多个气旋式真空吸盘7、叶轮机9、转向机构10、驱动系统和履带机构；叶轮机9固定连接在前厢体2内，舵机6通过一个支架与前厢体2固定连接，舵机6通过另一个支架与后厢体5固定连接，清洗机构1分别与前厢体2和后厢体5连接，履带机构分别与前厢体2和后厢体5连接，多个气旋式真空吸盘7均布在前厢体2和后厢体5，每个气旋式真空吸盘7与前厢体2或后厢体5为球铰连接，转向机构10分布在前厢体2内，驱动系统分布在前厢体2和后厢体5内，叶轮机9通过管道与各个气旋式真空吸盘7连接，为各个气旋式真空吸盘提供气压。
前厢体2底部均布6个气旋式真空吸盘7，后厢体5底部均布2个气旋式真空吸盘7。
所述转向机构10包括差速器Ⅰ10001、差速器Ⅱ10002、联轴器Ⅰ10006、联轴器Ⅱ10005、制动器Ⅰ10007、制动器Ⅱ10004、驱动轴Ⅰ10008和驱动轴Ⅱ10003；差速器Ⅰ10001和差速器Ⅱ10002串联固定连接，差速器Ⅰ10001通过联轴器Ⅰ10006与驱动轴Ⅰ10008连接，制动器Ⅰ10007与驱动轴Ⅰ10008固定连接，差速器Ⅱ10002通过联轴器Ⅱ10005与驱动轴Ⅱ10003连接，，制动器Ⅱ10004与驱动轴Ⅱ10003固定连接，驱动轴Ⅰ10008和驱动轴Ⅱ10003分别通过轴承与前厢体2连接。
所述清洗机构1包括探测器1002、激光器1003、清洗盘1004、水箱1005、水管和喷洒机构；水箱1005固定连接在前厢体2内，喷洒机构通过水管与水箱1005连通，喷洒机构连接在前厢体2的前部，清洗盘1004连接在后厢体机构的底部，探测器1002固定连接在前厢体2的顶部，激光器1003固定连接在后厢体5的顶部。
所述喷洒机构包括洒水机构1001和洒水支架；所述洒水机1001构包括腔体、进水堵头、出水堵头、活塞和曲柄滑块机构8008；一个进水堵头和多个出水堵头分布在腔体上的孔内，活塞与曲柄滑块机构8008为转动副连接，腔体与洒水支架固定连接，洒水支架与前厢体2的固定连接。
所述多个出水堵头的数量为39。
所述驱动系统包括电动机8002、轴支架8009、一级皮带传动、二级皮带传动、齿轮传动、一级蜗轮蜗杆传动、二级蜗轮蜗杆传动、后厢体锥齿轮组、轴Ⅰ8001、轴Ⅱ8005、轴Ⅲ8004、轴Ⅳ8003、轴支架8009和锥齿轮传动；
电动机8002输出轴与叶轮机9的输入轴为一级皮带传动，一级皮带传动中的其中一个带轮与齿轮传动中的其中一个齿轮在轴Ⅰ8001上，轴Ⅰ8001与电动机8002输出轴连接，齿轮传动中的另一个齿轮与一级蜗轮蜗杆传动中的蜗杆在轴Ⅱ8005上，一级蜗轮蜗杆传动中的蜗轮与软轴的一端固定连接，软轴的另一端与后厢体锥齿轮组中的一个锥齿轮固定连接，后厢体锥齿轮组中的另一个锥齿轮与清洗盘1004固定连接；一级皮带传动中的另一个带轮与二级皮带传动中的一个带轮在轴Ⅲ8004上，二级皮带传动中的另一个带轮与二级蜗轮蜗杆传动中的蜗杆在轴Ⅳ上，且曲柄滑块机构8008以转动副连接在轴Ⅳ上，叶轮机输入轴与轴Ⅳ8003为二级皮带传动，二级蜗轮蜗杆传动中的蜗轮与锥齿轮传动中的锥齿轮Ⅰ8010固定连接，锥齿轮传动中的锥齿轮Ⅱ8011为转向机构10中的动力输入锥齿轮，轴Ⅰ8001、轴Ⅱ8005、轴Ⅲ8004、轴Ⅳ8003分别通过轴承与轴支架8009固定连接，轴支架8009固定连接在前厢体2内。
所述一级皮带传动中小带轮直径为10mm，大带轮直径为10mm，传动比为1：1；
所述二级皮带传动中小带轮直径为20mm，大带轮直径为10mm，传动比为2：1；
所述齿轮传动中大齿轮和小齿轮的模数为1，小齿轮齿数为17，大齿轮的齿数为25，传动比为0.68；
所述一级蜗轮蜗杆传动中蜗轮蜗杆模数为1，蜗轮齿数为20，蜗杆头数为4，传动比0.2；
所述二级蜗轮蜗杆传动中蜗轮蜗杆模数为1，蜗轮吃食为20，蜗杆头数为4，传动比0.2；
锥齿轮传动中大齿轮和小齿轮模数为1，小齿轮齿数为17，大齿轮齿数为18，传动比1.05。
所述履带机构包括前厢体履带机构3和后厢体履带机构4；所述前厢体履带机构3包括前履带3001、两个驱动轮3002、多个前负重轮3003、两个诱导轮3004、多个前独立悬挂机构3005和诱导轮轴；两个驱动轮3002分别与驱动轴Ⅰ10008和驱动轴Ⅱ10003固定连接，诱导轮轴通过轴承与前厢体2连接，诱导轮轴两端分别与两个诱导轮3004通过键连接，多个前独立悬挂机构3005与前厢体2螺栓连接，每个前独立悬挂机构3005与一个前负重轮3003通过轴承连接，前履带3001包覆在前负重轮3003和诱导轮3004上；
后厢体履带机构4包括后履带4001、多个后负重轮4002和多个个后独立悬挂机构4003；多个所述前独立悬挂机构3005与多个所述后独立悬挂机构4003结构相同；多个后独立悬挂机构4003与后厢体5螺栓连接，每个后独立悬挂机构4003与一个后负重轮4002通过轴承连接，后履带4001包覆在后负重轮4002上。
所述前厢体2每侧分布4个前独立悬挂机构3005。
所述后厢体5每侧分布3个后独立悬挂机构4003。

Claims (9)

1.全方位多功能攀爬机器人，其特征在于，包括清洗机构(1)、前厢体(2)、后厢体(5)、舵机(6)、多个气旋式真空吸盘(7)、叶轮机(9)、转向机构(10)、驱动系统和履带机构；叶轮机(9)固定连接在前厢体(2)内，舵机(6)通过一个支架与前厢体(2)固定连接，通过另一个支架与后厢体(5)固定连接，清洗机构(1)分别与前厢体(2)和后厢体(5)连接，履带机构分别与前厢体(2)和后厢体(5)连接，多个气旋式真空吸盘(7)均布在前厢体(2)和后厢体(5)，每个气旋式真空吸盘(7)与前厢体(2)或后厢体(5)为球铰连接，转向机构(10)分布在前厢体(2)内，驱动系统分布在前厢体(2)和后厢体(5)内，叶轮机(9)通过管道与各个气旋式真空吸盘(7)连接，为各个气旋式真空吸盘提供气压。
2.根据权利要求1所述的全方位多功能攀爬机器人，其特征在于，所述转向机构(10)包括差速器Ⅰ(10001)、差速器Ⅱ(10002)、联轴器Ⅰ(10006)、联轴器Ⅱ(10005)、制动器Ⅰ(10007)、制动器Ⅱ(10004)、驱动轴Ⅰ(10008)和驱动轴Ⅱ(10003)；差速器Ⅰ(10001)和差速器Ⅱ(10002)串联固定连接，差速器Ⅰ(10001)通过联轴器Ⅰ(10006)与驱动轴Ⅰ(10008)连接，制动器I(10007)与驱动轴Ⅰ(10008)固定连接，差速器Ⅱ(10002)通过联轴器Ⅱ(10005)与驱动轴Ⅱ(10003)连接，制动器II(10004)与驱动轴Ⅱ(10003)固定连接，驱动轴Ⅰ(10008)和驱动轴Ⅱ(10003)分别通过轴承与前厢体(2)连接。
3.根据权利要求1所述的全方位多功能攀爬机器人，其特征在于，所述清洗机构(1)包括探测器(1002)、激光器(1003)、清洗盘(1004)、水箱(1005)、水管和喷洒机构；水箱(1005)固定连接在前厢体(2)内，喷洒机构通过水管与水箱(1005)连通，喷洒机构连接在前厢体(2)的前部，清洗盘(1004)连接在后厢体机构的底部，探测器(1002)固定连接在前厢体(2)的顶部，激光器(1003)固定连接在后厢体(5)的顶部。
4.根据权利要求3所述的全方位多功能攀爬机器人，其特征在于，所述喷洒机构包括洒水机构(1001)和洒水支架；所述洒水机构(1001)包括腔体、进水堵头、出水堵头、活塞和曲柄滑块机构(8008)；一个进水堵头和多个出水堵头分布在腔体上的孔内，活塞与曲柄滑块机构(8008)为转动副连接，腔体与洒水支架固定连接，洒水支架与前厢体(2)的固定连接。
5.根据权利要求4所述的全方位多功能攀爬机器人，其特征在于，所述多个出水堵头的数量为39个。
6.根据权利要求1所述的全方位多功能攀爬机器人，其特征在于，所述驱动系统包括电动机(8002)、轴支架(8009)、一级皮带传动、二级皮带传动、齿轮传动、一级蜗轮蜗杆传动、二级蜗轮蜗杆传动、后厢体锥齿轮组、轴Ⅰ(8001)、轴Ⅱ(8005)、轴Ⅲ(8004)、轴Ⅳ(8003)、轴支架(8009)和锥齿轮传动；
电动机(8002)输出轴与叶轮机(9)的输入轴为一级皮带传动，一级皮带传动中的其中一个带轮与齿轮传动中的其中一个齿轮在轴Ⅰ(8001)上，轴Ⅰ(8001)与电动机(8002)输出轴连接，齿轮传动中的另一个齿轮与一级蜗轮蜗杆传动中的蜗杆在轴Ⅱ(8005)上，一级蜗轮蜗杆传动中的蜗轮与软轴的一端固定连接，软轴的另一端与后厢体锥齿轮组中的一个锥齿轮固定连接，后厢体锥齿轮组中的另一个锥齿轮与清洗盘(1004)固定连接；一级皮带传动中的另一个带轮与二级皮带传动中的一个带轮在轴Ⅲ(8004)上，二级皮带传动中的另一个带轮与二级蜗轮蜗杆传动中的蜗杆在轴Ⅳ(8003)上，且曲柄滑块机构(8008)以转动副连接在轴Ⅳ上，叶轮机输入轴与轴Ⅳ为二级皮带传动，二级蜗轮蜗杆传动中的蜗轮与锥齿轮传动中的锥齿轮Ⅰ(8010)固定连接，锥齿轮传动中的锥齿轮Ⅱ(8011)为转向机构(10)中的动力输入锥齿轮，轴Ⅰ(8001)、轴Ⅱ(8005)、轴Ⅲ(8004)、轴Ⅳ(8003)、轴支架(8009)分别通过轴承与轴支架(8009)固定连接，轴支架(8009)固定连接在前厢体(2)内。
7.根据权利要求1所述的全方位多功能攀爬机器人，其特征在于，所述履带机构包括前厢体履带机构(3)和后厢体履带机构(4)；前厢体履带机构(3)包括前履带(3001)、两个驱动轮(3002)、多个前负重轮(3003)、两个诱导轮(3004)、多个前独立悬挂机构(3005)和诱导轮轴；两个驱动轮(3002)分别与驱动轴Ⅰ(10008)和驱动轴Ⅱ(10003)固定连接，诱导轮轴通过轴承与前厢体(2)连接，诱导轮轴的两端分别与两个诱导轮(3004)通过键连接，多个前独立悬挂机构(3005)与前厢体(2)螺栓连接，每个独立悬挂机构(3005)与一个前负重轮(3003)通过轴承连接，前履带(3001)包覆在前负重轮(3003)和诱导轮(3004)上；
后厢体履带机构(4)包括后履带(4001)、多个后负重轮(4002)和多个个后独立悬挂机构(4003)；多个所述前独立悬挂机构(3005)与多个所述后独立悬挂机构(4003)结构相同；多个后独立悬挂机构(4003)与后厢体(5)螺栓连接，每个后独立悬挂机构(4003)与一个后负重轮(4002)通过轴承连接，后履带(4001)包覆在后负重轮(4002)上。
8.根据权利要求8所述的全方位多功能攀爬机器人，其特征在于，所述前厢体(2)每侧分布4个前独立悬挂机构(3005)。
9.根据权利要求8所述的全方位多功能攀爬机器人，其特征在于，所述后厢体(5)每侧分布3个后独立悬挂机构(4003)。
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