CN104787143A - 一种负压吸附式仿生爬壁机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及爬壁机器人领域，具体的说是一种负压吸附式仿生爬壁机器人，包括骨架、行走装置、吸附装置、控制电路、4个压力传感器、步进电机、超声波传感器和控制电路，所述的行走装置安装在骨架的两侧用于爬壁机器人的移动；吸附装置包括微型真空泵、4个吸盘和气阀，用于爬壁机器人吸附在壁面上；控制电路包括外壳、PCB板、CPU、舵机控制器、电磁阀、稳压电路、LED状态指示灯、无线传输模块、天线、拨码开关和倾角传感器，控制电路安装在骨架上方中部，用于控制并调整爬壁机器人的工作状态。本发明的一种负压吸附式仿生爬壁机器人，环境适应性强、智能化程度高、带负载能力强、稳定性好，且允许同时控制多台爬壁机器人作业，提高了工作效率。

Description

一种负压吸附式仿生爬壁机器人

技术领域

本发明涉及爬壁机器人领域，具体的说是一种负压吸附式仿生爬壁机器人。

背景技术

爬壁机器人可广泛应用于建筑物清洗、油漆喷涂、消防救生以及军事侦察等领域，但是现有的爬壁机器人因为很多缺陷，无法被推广使用。首先，现有爬壁机器人环境适应性较差，难以在球形面、曲面以及平整性较差的壁面上行走和工作；其次，现有的爬壁机器人带负载能力较弱，可搭载工作设备的种类和数量受限，因而适用范围受限；第三，现有的爬壁机器人的操作方式完全由人远程操控，智能化程度过低，既无法检测并跨越障碍，而且无法矫正行走姿态，这使得工作人员的压力较大，而且还会使误差不断积累并影响到爬壁机器人的工作稳定性；第四，现有的爬壁机器人只能一对一遥控即一个操作者只能同时操作一个爬壁机器人，使得工作人员工作效率偏低。

中国专利申请号：201110087432.7 ，申请日：2011-04-08，该发明公开了一种吸盘式气动爬壁机器人，包括：推进气缸；第一导向滑杆与第二导向滑杆；通过所述的推进气缸、第一导向滑杆，以及第二导向滑杆连接的第一吸盘支架和第二吸盘支架；与第一导向滑杆和第二吸盘支架铰接的第一转向气缸；与第二导向滑杆和第二吸盘支架铰接的第二转向气缸；以及设置在所述第一吸盘支架和所述第二吸盘支架底部的吸盘。该申请案不足之处在于：该申请案仍然无法翻越沟槽、凸起等障碍；该申请案未提供解决智能化程度低、稳定性差等问题的技术方法。

发明内容

发明要解决的技术问题

针对现有技术中的问题，本发明提供了一种负压吸附式仿生爬壁机器人，它环境适应性强、智能化程度高、带负载能力强、稳定性好，且允许同时控制多台爬壁机器人作业，提高了工作效率。

技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

一种负压吸附式仿生爬壁机器人，包括骨架、行走装置、吸附装置和控制电路，所述的行走装置安装在骨架的两侧，所述的控制电路安装在骨架上方中部，其中：

所述的骨架包括侧板和底板，所述的侧板数量为2个，呈长方形，侧板两端均设置有一个方形通孔A；所述的底板呈长方体板状结构，底板两边分别与2个侧板相焊接；

所述的行走装置包括短臂、长臂、舵机和吸盘座，所述的短臂、长臂和吸盘座的数量均为4个；所述的舵机的数量为8个，分别为舵机A、舵机B、舵机C、舵机D、舵机E、舵机F、舵机G和舵机H,所述的舵机A、舵机B、舵机C和舵机D分两对对称的通过螺栓安装在两个侧板上的方形通孔A内；所述的短臂呈长方形，短臂上端设置有方形通孔B，4个短臂的下端分别通过舵盘与舵机A、舵机B、舵机C、舵机D的转轴相连接；所述的舵机E、舵机F、舵机G和舵机H分别通过螺栓安装在4个短臂上端的方形通孔B内；所述的长臂呈长方形，4个长臂的上端分别通过舵盘与舵机E、舵机F、舵机G和舵机H的转轴相连接；所述的吸盘座呈“L”形，底面设置有圆形通孔，4个吸盘座的侧面分别通过螺栓与4个长臂的下端相固定连接；所述的8个舵机分别通过导线与所述的控制电路相连接；

所述的吸附装置包括微型真空泵、吸盘和气阀，所述的微型真空泵安装在所述的底板上方后部，微型真空泵通过螺栓与所述的底板固定连接；所述的吸盘的数量为2个，吸盘呈圆锥形，上端设置有螺柱，4个吸盘分别通过螺母与所述的4个吸盘座底面相连接；所述的气阀数量为4个，4个气阀从左至右依次安装在底板上方中部，控制电路前方， 4个气阀的进气端分别通过导气管与微型真空泵相连接，出气端分别通过导气管与所述的4个吸盘相连接，4个气阀底部分别固定在所述的底板上；

所述的控制电路包括外壳、PCB板、CPU、舵机控制器、电磁阀、稳压电路、LED状态指示灯、无线传输模块和天线；所述的外壳固定的设置在所述的底板上方中部；所述的PCB板通过螺栓安装在外壳内；所述的CPU、舵机控制器、电磁阀、稳压电路和无线传输模块通过焊锡与PCB板相连接；所述的LED状态指示灯安装在外壳上方，LED状态指示灯通过导线与所述的PCB板相连接；所述的天线安装在外壳上方，天线通过导线与所述的无线模块相连接。

优选地：还包括步进电机和超声波传感器，所述的步进电机和超声波传感器分别通过导线与所述的控制电路相连接；所述的步进电机安装在底板上方前部，步进电机底部与所述的底板固定连接；所述的超声波传感器安装在步进电机上方，通过焊接与所述的步进电机的转轴相固定连接。

优选地：所述的吸盘，中部还安装有压力传感器，压力传感器通过导线与所述的控制电路相连接。

优选地：所述的控制电路还包括拨码开关；所述的拨码开关安装在外壳上方，拨码开关通过导线与所述的PCB板相连接。

优选地：所述的控制电路还包括倾角传感器，所述的倾角传感器通过焊锡与所述的PCB板相连接。

优选地：所述的侧板长度为30cm；所述的短臂长度为15cm；所述的长臂长度为20cm。

有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

（1）本发明的一种负压吸附式仿生爬壁机器人，所述的侧板长度为30cm；所述的短臂长度为15cm；所述的长臂长度为20cm；从而增长了机械臂的长度提高了爬壁机器人的越障能力，减小了机器人重心与壁面间的距离提高了爬壁机器人的带负载能力；

（2）本发明的一种负压吸附式仿生爬壁机器人，采用微型真空泵及硅胶吸盘产生空气负压，大大减轻了爬壁机器人的自重，提高了机器人的带负载能力；

（3）本发明的一种负压吸附式仿生爬壁机器人，还包括步进电机和超声波传感器，所述的步进电机和超声波传感器分别通过导线与所述的控制电路相连接；所述的步进电机安装在底板上方前部，步进电机底部与所述的底板固定连接；所述的超声波传感器安装在步进电机上方，通过焊接与所述的步进电机的转轴相固定连接，使爬壁机器人可以自行检测并翻越障碍，增强了机器人的智能化水平，减轻了工作人员的工作负担；

（4）本发明的一种负压吸附式仿生爬壁机器人，所述的控制电路还包括倾角传感器，所述的倾角传感器通过焊锡与所述的PCB板相连接，使爬壁机器人可以自行检测行走姿态并及时矫正，增强了机器人的智能化水平，减轻了工作人员的工作负担；

（5）本发明的一种负压吸附式仿生爬壁机器人，所述的控制电路还包括拨码开关；所述的拨码开关安装在外壳上方，拨码开关通过导线与所述的PCB板相连接，使得工作人员可以选择或改变爬壁机器人的通讯地址，从而不仅防止了多个爬壁机器人之间的遥控干扰还使得工作人员同时控制多个机器人作业成为可能，提高了工作效率；

（6）本发明的一种负压吸附式仿生爬壁机器人，所述的吸盘，中部还安装有压力传感器，压力传感器通过导线与所述的控制电路相连接，使爬壁机器人可以自行检测吸盘是否与壁面吸合并及时调整，增强了机器人的智能化水平，减轻了工作人员的工作负担；

（7）本发明一种负压吸附式仿生爬壁机器人，结构设计合理，原理简单，便于推广使用。

附图说明

图1是本发明的一种负压吸附式仿生爬壁机器人的立体结构示意图；

图2是本发明的一种负压吸附式仿生爬壁机器人的仰视图；

图3是本发明的一种负压吸附式仿生爬壁机器人的骨架结构图；

图4是本发明的一种负压吸附式仿生爬壁机器人的短臂结构图；

图5是本发明的一种负压吸附式仿生爬壁机器人的舵机结构图；

图6是本发明的一种负压吸附式仿生爬壁机器人的吸盘座结构图；

图7是本发明的一种负压吸附式仿生爬壁机器人的控制电路立体结构图；

图8是本发明的一种负压吸附式仿生爬壁机器人的步进电机和超声波传感器结构图；

图9是本发明的一种负压吸附式仿生爬壁机器人的吸盘和压力传感器结构图。

示意图中的标号说明：1、骨架；2、行走装置；3、吸附装置；4、控制电路；5、步进电机；6、超声波传感器；7、压力传感器；11、侧板；12、底板；13、方形通孔A；21、短臂；22、长臂；23、舵机；24、吸盘座；25、方形通孔B；26、圆形通孔；31、微型真空泵；32、吸盘；33、气阀；41、外壳；42、LED状态指示灯；43、天线；44、拨码开关。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图对本发明作详细描述。

实施例1

如图1和图2所示：本实施例的一种负压吸附式仿生爬壁机器人，包括骨架1、行走装置2、吸附装置3和控制电路4，所述的行走装置2安装在骨架1的两侧，所述的控制电路4安装在骨架1上方中部；其中：

如图3所示：所述的骨架1包括侧板11和底板（12），所述的侧板（11）数量为2个，呈长方形，侧板（11）两端均设置有一个方形通孔A（13）；所述的底板（12）呈长方体板状结构，底板（12）两边分别与2个侧板（11）相焊接；

如图1、图2、图4、图5和图6所示：所述的行走装置（2）包括短臂（21）、长臂（22）、舵机（23）和吸盘座（24），所述的短臂（21）、长臂（22）和吸盘座（24）的数量均为4个；所述的舵机（23）的数量为8个，分别为舵机A、舵机B、舵机C、舵机D、舵机E、舵机F、舵机G和舵机H,所述的舵机A、舵机B、舵机C和舵机D分两对对称的通过螺栓安装在两个侧板（11）上的方形通孔A（13）内；所述的短臂（21）呈长方形，短臂（21）上端设置有方形通孔B（25），4个短臂（21）的下端分别通过舵盘与舵机A、舵机B、舵机C、舵机D的转轴相连接；所述的舵机E、舵机F、舵机G和舵机H分别通过螺栓安装在4个短臂（21）上端的方形通孔B（25）内；所述的长臂（22）呈长方形，4个长臂（22）的上端分别通过舵盘与舵机E、舵机F、舵机G和舵机H的转轴相连接；所述的吸盘座（24）呈“L”形，底面设置有圆形通孔（26），4个吸盘座（24）的侧面分别通过螺栓与4个长臂（22）的下端相固定连接；所述的8个舵机（22）分别通过导线与所述的控制电路（4）相连接；行走装置（2）用于爬壁机器人在墙面的移动；

如图1和图9所示：所述的吸附装置（3）包括微型真空泵（31）、吸盘（32）和气阀（33），所述的微型真空泵（31）安装在所述的底板（12）上方后部，微型真空泵（31）通过螺栓与所述的底板（12）固定连接；所述的吸盘（32）的数量为2个，吸盘（32）呈圆锥形，上端设置有螺柱，4个吸盘（32）分别通过螺母与所述的4个吸盘座（24）底面相连接；所述的气阀（33）数量为4个，4个气阀（33）从左至右依次安装在底板（12）上方中部，控制电路（4）前方， 4个气阀（33）的进气端分别通过导气管与微型真空泵（31）相连接，出气端分别通过导气管与所述的4个吸盘（32 ）相连接，4个气阀底部分别固定在所述的底板（12）上；吸附装置（3）用于使爬壁机器人吸附在壁面上；

如图7所示：所述的控制电路（4）包括外壳（41）、PCB板、CPU、舵机控制器、电磁阀、稳压电路、LED状态指示灯（42）、无线传输模块和天线（43）；所述的外壳（41）固定的设置在所述的底板（12）上方中部；所述的PCB板通过螺栓安装在外壳（41）内；所述的CPU、舵机控制器、电磁阀、稳压电路和无线传输模块通过焊锡与PCB板相连接；所述的LED状态指示灯（42）安装在外壳（41）上方，LED状态指示灯（42）通过导线与所述的PCB板相连接；所述的天线（43）安装在外壳（41）上方，天线（43）通过导线与所述的无线模块相连接；

如图1、图2和图8所示：本实施例的一种负压吸附式仿生爬壁机器人，还包括步进电机（5）和超声波传感器（6），所述的步进电机（5）和超声波传感器（6）分别通过导线与所述的控制电路（4）相连接；所述的步进电机（5）安装在底板（12）上方前部，步进电机（5）底部与所述的底板（12）固定连接；步进电机（5）用于调整超声波传感器（6）测距的方向；所述的超声波传感器（6）安装在步进电机（5）上方，通过焊接方式与所述的步进电机（5）的转轴相固定连接；超声波传感器（6）用于检测爬壁机器人与障碍物之间的距离；

如图1、图2和图9所示：所述的吸盘（32），中部还安装有压力传感器（7），压力传感器（7）通过导线与所述的控制电路（4）相连接；压力传感器（7）用于检测吸盘（32）是否与壁面紧密接触；

如图1和图7所示：所述的控制电路（4）还包括拨码开关（44）；所述的拨码开关（44）安装在外壳（41）上方，拨码开关（44）通过导线与所述的PCB板相连接；拨码开关（44）用于选择或改变爬壁机器人的通讯地址，从而不仅防止了多个爬壁机器人之间的遥控干扰还使得工作人员同时控制多个机器人作业成为可能；

如图1和图7所示：所述的控制电路（4）还包括倾角传感器，所述的倾角传感器通过焊锡与所述的PCB板相连接；倾角传感器用于检测行走姿态并发送给CPU,以及时矫正机器人运动姿态；

如图1和图2所示：所述的侧板（11）长度为30cm；所述的短臂（21）长度为15cm；所述的长臂（22）长度为20cm。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种负压吸附式仿生爬壁机器人，包括骨架（1）、行走装置（2）、吸附装置（3）和控制电路（4），其特征在于：所述的行走装置（2）安装在骨架（1）的两侧，所述的控制电路（4）安装在骨架（1）上方中部，其中：

所述的骨架（1）包括侧板（11）和底板（12），所述的侧板（11）数量为2个，呈长方形，侧板（11）两端均设置有一个方形通孔A（13）；所述的底板（12）呈长方体板状结构，底板（12）两边分别与2个侧板（11）相焊接；

所述的行走装置（2）包括短臂（21）、长臂（22）、舵机（23）和吸盘座（24），所述的短臂（21）、长臂（22）和吸盘座（24）的数量均为4个；所述的舵机（23）的数量为8个，分别为舵机A、舵机B、舵机C、舵机D、舵机E、舵机F、舵机G和舵机H,所述的舵机A、舵机B、舵机C和舵机D分两对对称的通过螺栓安装在两个侧板（11）上的方形通孔A（13）内；所述的短臂（21）呈长方形，短臂（21）上端设置有方形通孔B（25），4个短臂（21）的下端分别通过舵盘与舵机A、舵机B、舵机C、舵机D的转轴相连接；所述的舵机E、舵机F、舵机G和舵机H分别通过螺栓安装在4个短臂（21）上端的方形通孔B（25）内；所述的长臂（22）呈长方形，4个长臂（22）的上端分别通过舵盘与舵机E、舵机F、舵机G和舵机H的转轴相连接；所述的吸盘座（24）呈“L”形，底面设置有圆形通孔（26），4个吸盘座（24）的侧面分别通过螺栓与4个长臂（22）的下端相固定连接；所述的8个舵机（22）分别通过导线与所述的控制电路（4）相连接；

所述的吸附装置（3）包括微型真空泵（31）、吸盘（32）和气阀（33），所述的微型真空泵（31）安装在所述的底板（12）上方后部，微型真空泵（31）通过螺栓与所述的底板（12）固定连接；所述的吸盘（32）的数量为2个，吸盘（32）呈圆锥形，上端设置有螺柱，4个吸盘（32）分别通过螺母与所述的4个吸盘座（24）底面相连接；所述的气阀（33）数量为4个，4个气阀（33）从左至右依次安装在底板（12）上方中部，控制电路（4）前方， 4个气阀（33）的进气端分别通过导气管与微型真空泵（31）相连接，出气端分别通过导气管与所述的4个吸盘（32 ）相连接，4个气阀底部分别固定在所述的底板（12）上；

所述的控制电路（4）包括外壳（41）、PCB板、CPU、舵机控制器、电磁阀、稳压电路、LED状态指示灯（42）、无线传输模块和天线（43）；所述的外壳（41）固定的设置在所述的底板（12）上方中部；所述的PCB板通过螺栓安装在外壳（41）内；所述的CPU、舵机控制器、电磁阀、稳压电路和无线传输模块通过焊锡与PCB板相连接；所述的LED状态指示灯（42）安装在外壳（41）上方，LED状态指示灯（42）通过导线与所述的PCB板相连接；所述的天线（43）安装在外壳（41）上方，天线（43）通过导线与所述的无线模块相连接。

2.根据权利要求1所述的一种负压吸附式仿生爬壁机器人，其特征在于：还包括步进电机（5）和超声波传感器（6），所述的步进电机（5）和超声波传感器（6）分别通过导线与所述的控制电路（4）相连接；所述的步进电机（5）安装在底板（12）上方前部，步进电机（5）底部与所述的底板（12）固定连接；所述的超声波传感器（6）安装在步进电机（5）上方，通过焊接方式与所述的步进电机（5）的转轴相固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种负压吸附式仿生爬壁机器人，其特征在于：所述的吸盘（32），中部还安装有压力传感器（7），压力传感器（7）通过导线与所述的控制电路（4）相连接。

4.根据权利要求1所述的所述的一种负压吸附式仿生爬壁机器人，其特征在于：所述的控制电路（4）还包括拨码开关（44）；所述的拨码开关（44）安装在外壳（41）上方，拨码开关（44）通过导线与所述的PCB板相连接。

5.根据权利要求1所述的所述的一种负压吸附式仿生爬壁机器人，其特征在于：所述的控制电路（4）还包括倾角传感器，所述的倾角传感器通过焊锡与所述的PCB板相连接。

6.根据权利要求1所述的所述的一种负压吸附式仿生爬壁机器人，其特征在于：所述的侧板（11）长度为30cm；所述的短臂（21）长度为15cm；所述的长臂（22）长度为20cm。