CN106976490A - 一种吸附式表面作业平台及其加载的工作装置 - Google Patents

一种吸附式表面作业平台及其加载的工作装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种吸附式表面作业平台及其加载的工作装置，包括爬行系统、控制系统及安全系统；所述控制系统控制所述爬行系统运作，所述安全系统依据所述爬行系统的状态对所述控制系统进行控制以实现对所述爬行系统的控制；所述爬行系统设置有连接接口。使用本发明技术方案，可以在多种表面较为平整的工作表面上运动、作业，不局限于某一种表面或者某一种工作条件，环境适应性强，且稳定性和安全性均较强。

Description

一种吸附式表面作业平台及其加载的工作装置
技术领域
本发明涉及吸附式平台装置技术领域，尤其涉及一种吸附式表面作业平台及其加载的工作装置。
背景技术
大多数在高空危险环境或特殊作业表面的开展作业工作的平台技术，多数为专机专用平台，针对于某种具体的表面和工况设计，功能单一局限。
现有的针对于高空、玻璃表面、大型船体表面、有毒害气体空间内表面的使用的作业平台或设备，造型、体量千差万别，仅能适应于一种环境使用，适应性不足。
在外墙表面、大型船体表面和大型油罐内表面等表面环境使用的清洁平台(清洁机器人)，市场上暂时没有成熟产品，说明这些作业平台和设备在特殊环境下的工作稳定性不足，不能长期稳定、有效的完成设定工作，起源用是运动的稳定性不足，和处理特殊环境的能力不足。
现有设计基本都为机电一体化设备，虽然目标是完成单一工作要求，但往往设计复杂，结构设计、控制方法太复杂反而使得设备不容易具备稳定性、可靠性。机构多、连接复杂、零部件过多容易使得设备的刚度不足。这类设备为了提高刚度，就会选择较为重的轴件或者加固件，使得机器重量增加。
现有设备因为是专机专用，缺少模块化优化思维，不便于快速更换作业操作部件，使之实现多种功能。轻量化设计方面欠缺，如高空吊篮、高空作业车等具有平台功能的设备都体量很大，灵活性不足，操作要求和难度大，危险性强。现在缺少社和高危、特殊表面作业的轻型、小体积设备。
现有的一些幕墙清洁机器人专利声称可以越障，越障高度较高，但实际上这种越障牺牲了运动的平顺性和稳定性，越障动作的实现反而增加了不安全因素。
发明内容
为了克服传统作业平台稳定性不足且越障困难的缺陷，提出了一种安全性能高、用途广泛并可实现无级变速的一种吸附式表面作业平台。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种吸附式表面作业平台，包括爬行系统、控制系统及安全系统；所述控制系统控制所述爬行系统运作，所述安全系统依据所述爬行系统的状态对所述控制系统进行控制以实现对所述爬行系统的控制；所述爬行系统设置有连接接口，所述连接接口可快速拆卸式连接工作装置。
进一步，所述控制系统包括负压提供单元、驱动气缸及直线气缸，所述负压提供单元向所述爬行系统提供吸附于工作面上的负压，所述驱动气缸驱动所述爬行系统在工作面上前行，所述直线气缸控制所述爬行系统远离或靠近所述工作面。
进一步，所述安全系统包括安全绳装置、负压反馈装置、断电保护装置及传感报警装置；所述安全绳装置对所述爬行系统进行定位或收放并防止所述爬行系统坠落；所述负压反馈装置检测所述爬行系统吸附于所述工作面上的吸附力，并依据吸附力的大小来控制所述负压提供单元向所述爬行系统提供负压或停止爬行系统的运作；所述断电保护装置控制所述爬行系统自所述工作面上延迟释放；所述传感报警装置检测所述爬行系统的工作状态并对异常状态进行报警。
进一步，所述安全系统还包括越障分辨装置及步进距离控制装置；所述越障分辨装置检测并判定所述爬行系统距离所述工作面上的障碍物的距离并将所述距离信号传输给步进距离控制装置；所述步进距离控制装置依据所述越障分辨装置反馈的距离信号控制所述驱动气缸以控制爬行系统前进的距离及速度。
进一步，所述爬行系统包括外侧框架和内侧框架，所述外侧框架的前端及后端分别设置有一对对称的爬行足，所述内侧框架的前端及后端也分别设置有一对对称的爬行足；所述外侧框架两边均设置有辅助支撑轮，所述辅助支撑轮贴附于所述工作面上。
进一步，所述外侧框架与内侧框架之间通过驱动气缸连接，所述驱动气缸的活塞杆连接所述外侧框架；所述每个爬行足均连接有一个所述的直线气缸，所述直线气缸带动所述爬行足远离或靠近工作面。
进一步，所述内侧框架上设置有主导轨及辅助导轨，所述外侧框架上设置有分别沿所述主导轨及辅助导轨滑动的两个滑块，所述外侧框架沿所述主导轨及辅助导轨的导向前进。
更进一步，所述爬行足包括柔性吸盘及吸盘腿，所述吸盘连接所述负压提供单元，所述吸盘在负压提供单元的控制下吸附在工作面上；所述负压提供单元连接，当所述断电保护装置所述负压提供单元在断电时，所述断电保护装置维持所述吸盘继续吸附于所述工作面上。
优选地，一种加载于吸附式表面作业平台上的工作装置，所述工作装置可拆卸式连接所述吸附式表面作业平台的连接接口。
使用本发明技术方案，1)可以在多种表面较为平整的工作表面上运动、作业，不局限于某一种表面或者某一种工作条件，环境适应性强。可以于平台前端安装幕墙清洁机构可用于替代之主人进行幕墙清洗，于平台前端家装高压喷洗装置可以用于船体除锈、附着物切削清洗和大型油罐清洗，于清洁平台前端安装高压水管可用于高层消防。
2)爬行系统吸附行走，平台始终平行于作业表面，平台底面距离作业表面高度低(可以仅有4cm)；机身整体厚度小，整机十分贴近表面，风阻和行动限制都小。
3)全气动驱动，运行稳定、可靠性高，没有电机等用电元器件，适合有水作业的环境。
4)轻量化设计，平台整体重量优选不超过15kg。刚度高，不容易变形，有减震缓冲机构使得该作业平台的稳定性优势更明显。
5)具有流畅稳定进行越障等能力，越障高度可以超过2cm。大多数隐框和半隐框的玻璃幕墙上面的边框低于2cm，我们的机器可以不用调整及其姿态就可以实现越障。检测到障碍后，通过无级变速，自动调整步伐间距和步伐速度，不需要停顿执行单独的越障指令，就可以完成越障。
6)作业平台爬行运动过程中，多数时间高负压吸盘吸附在作业表面上，负压提供单元有断电保护，即使负压提供机构失效也不会，掉下来，而是要在10-15分钟内缓慢的释放负压。
7)吸盘连接有一定柔性，可以在弧面上爬行作业。
附图说明
图1为本发明具体实施例中作业平台的结构示意图；
图2为本发明具体实施例中平台侧视结构示意图；
图3为本发明具体实施例中平台底面结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明具体实施例中，见图1所示，一种吸附式表面作业平台，包括爬行系统100、控制系统200及安全系统300；控制系统200控制爬行系统100运作，安全系统300依据爬行系统100的状态对控制系统200进行控制以实现对爬行系统100的控制；爬行系统100设置有连接接口101，连接接口可101快速拆卸式连接需要的工作装置，比如可以是外墙清洁模块，外墙表面、大型船体表面和大型油罐内表面的清洁模块等等。
本发明具体实施例中，控制系统200包括负压提供单元201、驱动气缸8及直线气缸(6,7)，负压提供单元201向爬行系统100提供吸附于工作面上的负压，驱动气缸8驱动爬行系统100在工作面上前行，直线气缸6,7控制爬行系统100远离或靠近所述工作面。
其中，安全系统300包括安全绳装置301、负压反馈装置302、断电保护装置303及传感报警装置304；安全绳装置301防止爬行系统100坠落，当爬行系统100滑落时，安全绳装置301将拉紧爬行系统100防止其坠落。负压反馈装置302检测爬行系统100吸附于工作面上的力并控制负压提供单元201向爬行系统100提供负压，当爬行系统100吸附于工作面上的吸附力不足时，负压反馈装置302将控制负压提供单元201提高负压供应并同时停止爬行系统100的爬行动作直至负压恢复。
断电保护装置303控制爬行系统100自工作面上延迟释放，当负压提供单元201断电时，爬行系统可继续保持吸附在工作面上的吸附力并持续15分钟以上，传感报警装置304检测爬行系统100的工作状态并对异常状态进行报警，一旦检测爬行系统100出现运行异常则停止爬行系统100运行并进行报警。
安全系统300还包括越障分辨装置305及步进距离控制装置306；越障分辨装置305检测并判定爬行系统100距离工作面上的障碍物的距离，并将距离信号传输给步进距离控制装置306；步进距离控制装置306依据越障分辨装置305反馈的距离信号控制驱动气缸8以控制爬行系统100前进的距离及速度。调整爬行系统100前进的距离及速度，可以直接实现跨越障碍物。
见图2及图3所示，吸附式表面作业平台中，爬行系统100包括外侧框架3和内侧框架5，外侧框架3的前端及后端分别设置有一对对称的爬行足，内侧框架5的前端及后端也分别设置有一对对称的爬行足；优选地，在外侧框架3两边还均设置有辅助支撑轮2，辅助支撑轮2贴附于工作面上，且辅助支撑轮2设置在辅助支撑轮腿11上。
本发明具体实施例中，外侧框架3与内侧框架5之间通过驱动气缸8连接，驱动气缸8的活塞杆连接外侧框架3，由此随着驱动气缸8的活塞杆伸长或缩短可以带动爬行系统100前行；每个爬行足均连接有一个直线气缸6,7，直线气缸6,7带动爬行足远离或靠近工作面。在此，将外侧框架3上的爬行足定义为第一爬行足，将内侧框架5上的爬行足定义为第二爬行足，
本发明具体实施例中，当爬行系统100前进时，外侧框架3上的第一爬行足在直线气缸7的带动下离开作业面，同时驱动气缸8将推动外侧框架3前移；当到达设定位置时，直线气缸7将控制第一爬行足贴紧作业面，同时内侧框架5上的直线气缸6将控制内侧框架5上的第二爬行足远离作业面，此时活塞杆在外侧框架3中第一爬行足贴紧在作业面上的摩擦力的带动下将使驱动气缸前移，而驱动气缸将带动内侧框架5前移；到达设定位置时，第二爬行足将在直线气缸6的带动下贴紧工作面。
其中，内侧框架5上设置有主导轨9及辅助导轨10，外侧框架5上设置有分别沿主导轨9及辅助导轨10滑动的两个滑块，外侧框架5沿主导轨9及辅助导轨10的导向前进。
本发明具体实施例中，爬行足包括柔性吸盘1,4及吸盘腿，吸盘1,4连接负压提供单元，吸盘1,4在负压提供单元201的控制下吸附在工作面上；负压提供单元201连接断电保护装置303，当负压提供单元201断电时，断电保护装置303维持吸盘1,4继续吸附于工作面上。即使负压提供单元201失效，也不会使得爬行系统100掉落，而是可以维持吸盘(1,4)继续吸附于共工作面上15分钟以上之后缓慢的释放负压。
显然，本发明另一种具体实施例中，加载于吸附式表面作业平台上的工作装置，可将具体实施例一中的吸附式表面作业平台可拆卸式的连接接口101上快速可拆卸的连接一工作装置400，比如外墙清洁装置，大型船体表面和大型油罐内表面的清洁装置等等。
本发明技术方案中，爬行系统100的每个吸盘1,4均可单独受直线气缸的控制，单个吸盘失效不影响其他吸盘，系统安全性和稳定性高。且框架式结构保证运动平台可以连续吸附，保持运动平台和作业平面的距离恒定；运动平台可以实现快速收放和定位，运动平台释放全部吸盘，利用辅助支撑轮和运动平台上负压提供单元提供的高负压反向作用力紧贴在工作面上，通过卷扬机等安全绳装置快速收放和定位爬行系统位置。
使用本发明技术方案的有益效果：本平台可以在多种表面较为平整的工作表面上运动、作业，不局限于某一种表面或者某一种工作条件，环境适应性强。可以于平台前端安装幕墙清洁机构可用于替代之主人进行幕墙清洗，于平台前端家装高压喷洗装置可以用于船体除锈、附着物切削清洗和大型油罐清洗，于清洁平台前端安装高压水管可用于高层消防。爬行系统吸附行走，平台始终平行于作业表面，平台底面距离作业表面高度低(可以仅有4cm)；机身整体厚度小，整机十分贴近表面，风阻和行动限制都小。全气动驱动，运行稳定、可靠性高，没有电机等用电元器件，适合有水作业的环境。轻量化设计，平台整体重量优选不超过15kg。刚度高，不容易变形，有减震缓冲机构使得该作业平台的稳定性优势更明显。具有流畅稳定进行越障等能力，越障高度可以超过2cm。大多数隐框和半隐框的玻璃幕墙上面的边框低于2cm，我们的机器可以不用调整及其姿态就可以实现越障。检测到障碍后，通过无级变速，自动调整步伐间距和步伐速度，不需要停顿执行单独的越障指令，就可以完成越障。作业平台爬行运动过程中，多数时间高负压吸盘吸附在作业表面上，负压提供单元有断电保护，即使负压提供机构失效也不会，掉下来，而是要维持一段时间后缓慢的释放负压。吸盘连接有一定柔性，可以在弧面上爬行作业。
以上仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种吸附式表面作业平台，其特征在于：包括爬行系统、控制系统及安全系统；所述控制系统控制所述爬行系统运作，所述安全系统依据所述爬行系统的状态对所述控制系统进行控制以实现对所述爬行系统的控制；所述爬行系统设置有连接接口。
2.根据权利要求1所述的吸附式表面作业平台，其特征在于：所述控制系统包括负压提供单元、驱动气缸及直线气缸，所述负压提供单元向所述爬行系统提供吸附于工作面上的负压，所述驱动气缸驱动所述爬行系统在工作面上前行，所述直线气缸控制所述爬行系统远离或靠近所述工作面。
3.根据权利要求2所述的吸附式表面作业平台，其特征在于：所述安全系统包括安全绳装置、负压反馈装置、断电保护装置及传感报警装置；所述安全绳装置对所述爬行系统进行定位或收放并防止所述爬行系统坠落；所述负压反馈装置检测所述爬行系统吸附于所述工作面上的吸附力，并依据吸附力的大小来控制所述负压提供单元向所述爬行系统提供负压或停止爬行系统的运作；所述断电保护装置控制所述爬行系统自所述工作面上延迟释放；所述传感报警装置检测所述爬行系统的工作状态并对异常状态进行报警。
4.根据权利3所述的吸附式表面作业平台，其特征在于：所述安全系统还包括越障分辨装置及步进距离控制装置；所述越障分辨装置检测并判定所述爬行系统距离所述工作面上的障碍物的距离并将所述距离信号传输给步进距离控制装置；所述步进距离控制装置依据所述越障分辨装置反馈的距离信号控制所述驱动气缸以控制爬行系统前进的距离及速度。
5.根据权利要求4任意一项所述的吸附式表面作业平台，其特征在于：所述爬行系统包括外侧框架和内侧框架，所述外侧框架的前端及后端分别设置有一对对称的爬行足，所述内侧框架的前端及后端也分别设置有一对对称的爬行足；所述外侧框架两边均设置有辅助支撑轮，所述辅助支撑轮贴附于所述工作面上。
6.根据权利要求5所述的吸附式表面作业平台，其特征在于：所述外侧框架与内侧框架之间通过驱动气缸连接，所述驱动气缸的活塞杆连接所述外侧框架；所述每个爬行足均连接有一个所述的直线气缸，所述直线气缸带动所述爬行足远离或靠近工作面。
7.根据权利要求6所述的吸附式表面作业平台，其特征在于：所述内侧框架上设置有主导轨及辅助导轨，所述外侧框架上设置有分别沿所述主导轨及辅助导轨滑动的两个滑块，所述外侧框架沿所述主导轨及辅助导轨的导向前进。
8.根据权利要求7所述的吸附式表面作业平台，其特征在于：所述爬行足包括柔性吸盘及吸盘腿，所述吸盘连接所述负压提供单元，所述吸盘在负压提供单元的控制下吸附在工作面上；所述负压提供单元连接所述断电保护装置，当所述负压提供单元在断电时，所述断电保护装置维持所述吸盘继续吸附于所述工作面上。
9.一种加载于吸附式表面作业平台上的工作装置，其特征在于：所述吸附式表面作业平台为权利要求1～8中任意一项所述的吸附式表面作业平台，所述工作装置可拆卸式连接所述吸附式表面作业平台的连接接口。
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