CN104890754A - 一种足式吸附爬壁机器人运动机构及运动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种足式吸附爬壁机器人运动机构及运动方法，涉及机器人技术领域；解决了现有爬壁机器人结构复杂，不能匀速行走、转弯、越障的技术问题；该技术方案包括：机体、内足组件、外足组件；内足组件和外足组件分别安装在机体上，在机体左右两侧呈对称结构。

Description

一种足式吸附爬壁机器人运动机构及运动方法
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种足式吸附爬壁机器人运动机构及运动方法。
背景技术
随着机器人技术的不断发展，高层建筑检测、壁面清洗，容器、船体壁面上的焊接、打磨、涂装、检测等高空作业，因安全性差、劳动强度大、效率低、作业环境恶劣等实际问题，以机器人作业替代人工作业越来越受到重视，爬壁机器人在核工业、石化工业、建筑行业、消防部门等领域将会得到更广泛的应用。综合高空作业对爬壁机器人的运动需求，有必要开发一种爬壁机器人。
目前的爬壁机器人结构复杂，且不能匀速前进、转向，不能相对壁面高度平稳可控，不能跨越障碍，不能针对不同的作业工艺要求，安装相应的工具来实现高空作业。
发明内容
本发明要解决的是现有爬壁机器人结构复杂，且不能匀速前进、转向，不能相对壁面高度平稳可控，不能跨越障碍的技术问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种足式吸附爬壁机器人运动机构，包括：机体、内足组件、外足组件；内足组件和外足组件分别安装在机体上，在机体左右两侧呈对称结构。
更优地，所述内足组件包括：两根内丝杠导杆、两个内滑块、一个内足板；所述两根内丝杠导杆平行分布，所述两个内滑块，沿内丝杠导杆方向前后分布，每个内滑块与两个内丝杠导杆之间的连接，一个为螺纹副连接，一个为移动副连接，并且两个内滑块与同一根内丝杠导杆的连接，一个为螺纹副连接，一个为移动副连接。
更优地，所述外足组件包括：两根外丝杠导杆、两个外滑块、两个外足板；所述两根外丝杠导杆平行分布，所述两个外滑块，沿外丝杠导杆方向前后分布，每个外滑块与两个外丝杠导杆之间的连接，一个为螺纹副连接，一个为移动副连接，并且两个外滑块与同一根外丝杠导杆的连接，一个为螺纹副连接，一个为移动副连接。
更优地，所述内足板通过两根以上等长的拉杆和两个内滑块用转动副连接，在内足板的两端与前后内滑块连接的拉杆呈八字形分布；或者，所述外足板通过两根以上等长的拉杆和两个外滑块用转动副连接，在外足板的两端与前后外滑块连接的拉杆呈八字形分布。
更优地，所述内足板和其中一个内滑块，或者，外足板和其中一个外滑块连接的拉杆有两根以上的，两根以上的拉杆呈相互平行分布。
更优地，所述内丝杠导杆或外丝杠导杆，两端分别有轴承与机体连接，驱动电机固定安装在机体上，所述每根丝杠导杆的一端各与一驱动电机同轴连接。
更优地，所述内足组件还包括：内足平台、转向电机，内足平台位于内足板下面，且与内足板间用转动副连接；所述转向电机固定安装在内足板上，其输出轴与内足平台的转动副同轴连接。
更优地，所述内足平台下面连接有内足吸附组件；所述两个外足板分布在两侧，在每侧的外足板下面连接有两外足吸附组件。
为了解决上述问题，本发明提供了一种足式吸附爬壁机器人运动方法，包括：机体、内足组件、外足组件；内足组件包括两根内丝杠导杆、两个内滑块、一个内足板、内足吸附组件、内足丝杆导杆驱动电机、转向电机；外足组件包括两根外丝杠导杆、两个外滑块、两个外足板、外足吸附组件、外足丝杆导杆驱动电机；
当驱动电机转动时，可驱动与之相连接的内丝杠导杆转动，就会带动与该内丝杠导杆螺纹副连接的内滑块相对机体前后移动；或者，驱动电机可驱动与之相连接的外丝杠导杆转动，就会带动与外丝杠导杆螺纹副连接的外滑块相对机体前后移动。
更优地，当两个内丝杠导杆驱动电机转动的转速及方向不同时，两个内丝杠导杆驱动电机就会驱动两内滑块改变之间的相对距离，两内滑块距离的改变会通过内拉杆来带动内足板及内足吸附组件上下移动，改变内足吸附组件与壁面之间的距离，实现内足的抬脚或落脚；或者，当两个外丝杠导杆驱动电机转动的转速及方向不同时，两个外丝杠导杆驱动电机就会驱动两外滑块改变之间的相对距离，两外滑块距离的改变会通过外拉杆来带动外足板及外足吸附组件上下移动，改变外足吸附组件与壁面之间的距离，实现外足的抬脚或落脚。
更优地，当两个内丝杠导杆驱动电机以相同方向及转速转动时，就会带动两个内滑块沿内导杆匀速移动，并且两个内滑块之间的距离保持不变；或者，当两个外丝杠导杆驱动电机以相同方向及转速转动时，就会驱动两个外滑块沿外导杆匀速移动，并且两个内滑块之间的距离保持不变。
更优地，当内足组件吸附壁面，并且外足组件抬脚时，若两个内丝杠导杆驱动电机若以相同方向及转速转动，可以驱动机体带动外足吸附组件相对于内足组件做匀速移动；或者，当外足组件吸附壁面，并且内足组件抬脚时，若两个外丝杠导杆驱动电机若以相同方向及转速转动时，可以驱动机体带动内足吸附组件相对于外足组件做匀速移动；或者，再当内足组件及外足组件同时吸附壁面时，两个内丝杠导杆驱动电机和两个外丝杠导杆驱动电机若以相同方向及转速转动时，可以驱动机体相对于内足组件及外足组件做匀速移动。
更优地，当内足组件吸附壁面，外足组件抬脚时，转向电机转动会带动机体转向。
通过以上技术方案可知，本发明提供一种足式吸附爬壁机器人运动机构，本发明的优点在于提供一种结构简单、易控制、移动平稳、匀速行走、灵活、转弯、越障、机体相对壁面保持相对距离、能搭载作业工具，并且能适应多种作业环境的一种足式吸附爬壁机器人运动机构。
附图说明
图1一种足式吸附爬壁机器人运动机构结构示意图；
图2一种足式吸附爬壁机器人运动机构的内足组件结构示意图；
图3一种足式吸附爬壁机器人运动机构的外足组件结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本发明的技术方案进行更详细的说明。
需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例以及实施例中的各个特征可以相互结合，均在本发明的保护范围之内。
图1、图2、图3所示，其中：1-机体；2-内足组件；3-外足组件；21-内丝杠导杆；22-内丝杠导杆驱动电机；23-内滑块；24-内拉杆；25-内足板；26-转向电机；27-内足平台；28-内足吸附组件；31-外丝杠导杆；32-外丝杠导杆驱动电机；33-外滑块；34-外拉杆；35-外足板；36-外足吸附组件。
实施例一，一种足式吸附爬壁机器人运动机构结构示意图，如图1所示，
一种足式吸附爬壁机器人运动机构，包括：机体、内足组件、外足组件；内足组件和外足组件分别安装在机体上，在机体左右两侧呈对称结构。
具体的，包括：机体1、内足组件2以及外足组件3，内足组件2和外足组件3分别安装在机体1上，内足组件2及外足组件3在丝杠导杆的两侧方向呈对称结构。由于对称结构，机器人移动平稳。
实施例二，一种足式吸附爬壁机器人运动机构结构示意图，如图2所示，
在实施例一的基础上，进一步包括：
内足组件2包括内丝杠导杆21、内丝杠导杆驱动电机22、内滑块23分别各有两个，其中两个内丝杠导杆21呈平行分布，两端分别有轴承与机体1连接，两个内丝杠导杆驱动电机22固定安装在机体1上，每根内丝杠导杆21的一端各与一内丝杠导杆驱动电机22同轴连接。
两个内滑块23沿内丝杠导杆21方向前后分布；每个内滑块23与两个内丝杠导杆21之间的连接，一个为螺纹副连接，一个为移动副连接，并且两个内滑块分别与同一根内丝杠导杆21的连接，一个为螺纹副连接，一个为移动副连接。
两个内滑块23下面有一个内足板25，内足板25通过三个等长的内拉杆24和两个内滑块23连接，和其中一个内滑块23连接的有两根内拉杆24，并且是相互平行关系，在内足板25的两端与前后内滑块23连接的内拉杆24呈八字形分布；每个内拉杆24两端分别用转动副与内足板25和内滑块23连接；内足板25做成一体的，有助于增加内足板的刚性，同样内足板两侧的各3个拉杆中，每左右对称的两个拉杆做成一体的，也有助于增加内足组件的刚性。
内足平台27位于内足板25下面，且与内足板25间用转动副连接；转向电机26固定安装在内足板25上，其输出轴与内足平台27的转动副同轴连接，转向电机26转动可驱动内足平台27转动；当内足组件吸附壁面，外足组件抬脚时，转向电机转动会带动机体转向。
在内足平台27的下面有内足吸附组件28安装在内足平台27上。内足吸附组件可以选择磁性吸附或真空吸附。
实施例三，一种足式吸附爬壁机器人运动机构结构示意图，如图3所示，
在实施例一、二的基础上，进一步包括：
外足组件3包括外丝杠导杆31、外丝杠导杆驱动电机32、外滑块33分别各有两个，其中两个外丝杠导杆31呈平行分布，两端分别有轴承与机体1连接，两个外丝杠导杆驱动电机32固定安装在机体1上，每根外丝杠导杆31的一端各与一外丝杠导杆驱动电机32同轴连接。
两个外滑块33沿外丝杠导杆31方向前后分布；每个外滑块33与两个外丝杠导杆31之间的连接，一个为螺纹副连接，一个为移动副连接，并且两个外滑块33分别与同一根外丝杠导杆31的连接，一个为螺纹副连接，一个为移动副连接。
在丝杠导杆31的两侧方向，在外滑块33下面，每侧有一个外足板35，每个外足板35通过三个等长的外拉杆34和两个外滑块33连接，和其中一个外滑块33连接的有两根外拉杆34，并且是相互平行关系，外足板35两端分别与前后外滑块33连接的外拉杆34呈八字形分布；每个外拉杆34两端分别用转动副与外足板35和外滑块33连接。
在每侧的外足板35下面有外足吸附组件36安装在外足板35上。外足吸附组件可以选择磁性吸附或真空吸附。
实施例四，一种足式吸附爬壁机器人运动方法，本发明的运动实现如下：
当内丝杠导杆驱动电机转动时，可驱动与之相连接的内丝杠导杆转动，就会带动与该内丝杠导杆间为螺纹副连接的内滑块相对机体前后移动。同理，外丝杠导杆驱动电机可驱动与之相连接的外丝杠导杆转动，就会带动与外丝杠导杆间为螺纹副连接的外滑块相对机体前后移动。
当两个内丝杠导杆驱动电机转动的转速及方向不同时，两个内丝杠导杆驱动电机就会驱动两内滑块改变之间的相对距离，两内滑块距离的改变会通过内拉杆来带动内足板及内足吸附组件上下移动，改变内足吸附组件与壁面之间的距离，实现内足的抬脚或落脚。
当两个外丝杠导杆驱动电机转动的转速及方向不同时，两个外丝杠导杆驱动电机就会驱动两外滑块改变之间的相对距离，两外滑块距离的改变会通过外拉杆来带动外足板及外足吸附组件上下移动，改变外足吸附组件与壁面之间的距离，实现外足的抬脚或落脚。
如果两个内丝杠导杆驱动电机以相同方向及转速转动，就会带动两个内滑块沿内导杆以相同的速度和方向移动，并且两个内滑块之间的距离保持不变；同理，两个外丝杠导杆驱动电机以相同方向及转速转动，就会驱动两个外滑块沿外导杆以相同的速度和方向移动，并且两个外滑块之间的距离保持不变。
当内足组件吸附壁面，并且外足组件抬脚时，若两个内丝杠导杆驱动电机若以相同方向及转速转动，可以驱动机体带动外足组件相对于内足组件做匀速移动；同理当外足组件吸附壁面，并且内足组件抬脚时，若两个外丝杠导杆驱动电机若以相同方向及转速转动时，可以驱动机体带动内足组件相对于外足组件做匀速移动；再当内足组件及外足组件同时吸附壁面时，两个内丝杠导杆驱动电机和两个外丝杠导杆驱动电机若以相同方向及转速转动时，可以驱动机体相对于内足组件及外足组件做匀速移动。
当检测到下一步落脚点有障碍时，可以改变调整步长越过障碍。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims (13)

1.一种足式吸附爬壁机器人运动机构，其特征在于，包括：机体、内足组件、外足组件；内足组件和外足组件分别安装在机体上，在机体左右两侧呈对称结构。
2.根据权利要求1所述的机器人运动机构，其特征在于，所述内足组件包括：两根内丝杠导杆、两个内滑块、一个内足板；所述两根内丝杠导杆平行分布，所述两个内滑块，沿内丝杠导杆方向前后分布，每个内滑块与两个内丝杠导杆之间的连接，一个为螺纹副连接，一个为移动副连接，并且两个内滑块与同一根内丝杠导杆的连接，一个为螺纹副连接，一个为移动副连接。
3.根据权利要求1所述的机器人运动机构，其特征在于，所述外足组件包括：两根外丝杠导杆、两个外滑块、两个外足板；所述两根外丝杠导杆平行分布，所述两个外滑块，沿外丝杠导杆方向前后分布，每个外滑块与两个外丝杠导杆之间的连接，一个为螺纹副连接，一个为移动副连接，并且两个外滑块与同一根外丝杠导杆的连接，一个为螺纹副连接，一个为移动副连接。
4.根据权利要求2或3所述的机器人运动机构，其特征在于，所述内足板通过两根以上等长的拉杆和两个内滑块用转动副连接，在内足板的两端与前后内滑块连接的拉杆呈八字形分布；或者，所述外足板通过两根以上等长的拉杆和两个外滑块用转动副连接，在外足板的两端与前后外滑块连接的拉杆呈八字形分布。
5.根据权利要求4所述的机器人运动机构，其特征在于，所述内足板和其中一个内滑块，或者，外足板和其中一个外滑块连接的拉杆有两根以上的，两根以上的拉杆呈相互平行分布。
6.根据权利要求2或3所述的机器人运动机构，其特征在于，所述内丝杠导杆或外丝杠导杆，两端分别有轴承与机体连接，驱动电机固定安装在机体上，所述每根丝杠导杆的一端各与一驱动电机同轴连接。
7.根据权利要求2所述的机器人运动机构，其特征在于，所述内足组件还包括：内足平台、转向电机，内足平台位于内足板下面，且与内足板间用转动副连接；所述转向电机固定安装在内足板上，其输出轴与内足平台的转动副同轴连接。
8.根据权利要求3或7所述的机器人运动机构，其特征在于，所述内足平台下面连接有内足吸附组件；所述两个外足板分布在两侧，在每侧的外足板下面连接有两外足吸附组件。
9.一种足式吸附爬壁机器人运动方法，其特征在于，包括：机体、内足组件、外足组件；内足组件包括两根内丝杠导杆、两个内滑块、一个内足板、内足吸附组件、内足丝杆导杆驱动电机、转向电机；外足组件包括两根外丝杠导杆、两个外滑块、两个外足板、外足吸附组件、外足丝杆导杆驱动电机；
当驱动电机转动时，可驱动与之相连接的内丝杠导杆转动，就会带动与该内丝杠导杆螺纹副连接的内滑块相对机体前后移动；或者，驱动电机可驱动与之相连接的外丝杠导杆转动，就会带动与外丝杠导杆螺纹副连接的外滑块相对机体前后移动。
10.根据权利要求9所述的机器人运动方法，其特征在于，当两个内丝杠导杆驱动电机转动的转速及方向不同时，两个内丝杠导杆驱动电机就会驱动两内滑块改变之间的相对距离，两内滑块距离的改变会通过内拉杆来带动内足板及内足吸附组件上下移动，改变内足吸附组件与壁面之间的距离，实现内足的抬脚或落脚；或者，当两个外丝杠导杆驱动电机转动的转速及方向不同时，两个外丝杠导杆驱动电机就会驱动两外滑块改变之间的相对距离，两外滑块距离的改变会通过外拉杆来带动外足板及外足吸附组件上下移动，改变外足吸附组件与壁面之间的距离，实现外足的抬脚或落脚。
11.根据权利要求9所述的机器人运动方法，其特征在于，当两个内丝杠导杆驱动电机以相同方向及转速转动时，就会带动两个内滑块沿内导杆匀速移动，并且两个内滑块之间的距离保持不变；或者，当两个外丝杠导杆驱动电机以相同方向及转速转动时，就会驱动两个外滑块沿外导杆匀速移动，并且两个内滑块之间的距离保持不变。
12.根据权利要求9所述的机器人运动方法，其特征在于，当内足组件吸附壁面，并且外足组件抬脚时，若两个内丝杠导杆驱动电机若以相同方向及转速转动，可以驱动机体带动外足吸附组件相对于内足组件做匀速移动；或者，当外足组件吸附壁面，并且内足组件抬脚时，若两个外丝杠导杆驱动电机若以相同方向及转速转动时，可以驱动机体带动内足吸附组件相对于外足组件做匀速移动；或者，再当内足组件及外足组件同时吸附壁面时，两个内丝杠导杆驱动电机和两个外丝杠导杆驱动电机若以相同方向及转速转动时，可以驱动机体相对于内足组件及外足组件做匀速移动。
13.根据权利要求9所述的机器人运动方法，其特征在于，当内足组件吸附壁面，外足组件抬脚时，转向电机转动会带动机体转向。
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