CN107839778A - 一种机械脚、高空作业机器人及高空作业机器人行走方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种机械脚，包括吸盘、吸盘拉动机构、作用力检测部分和位移检测部分；吸盘用于吸附在幕墙块上，吸盘拉动机构用于向吸附在幕墙块上的吸盘施加作用力，作用力用于使吸盘发生位移；作用力检测部分用于检测作用力，位移检测部分用于检测位移，以对吸盘吸附的安全性进行判定。本发明提供的高空作业机器人，包括上述能够对吸附安全性进行检测的机械脚，从而能够在机械脚的吸盘吸附安全后再进行行走。本发明提供的高空作业机器人行走方法，能够对吸附的安全性进行检测，解决吸附出现的打滑、假吸、幕墙松动情况，从而保证高空作业机器人在机械脚的吸盘吸附安全后再进行行走，大大提高了行走的安全性。

Description

一种机械脚、高空作业机器人及高空作业机器人行走方法

技术领域

本发明涉及智能机器人领域，具体涉及一种机械脚、高空作业机器人及高空作业机器人行走方法。

背景技术

随着社会的进步和科技的发展，摩天大楼的数量呈现爆发式增长，同时也带来了不少由幕墙脱落引起的安全事故。现如今大部分幕墙的清洗和安全检查工作全靠人工，这类工作具有较高的风险。

智能化的机器人完全可以替代以上繁琐和危险的工作。现有的幕墙爬行机器人设计没有把安全的爬行放在第一位，特别是在幕墙块不安全(例如幕墙块松动)的情况下，高空作业机器人的爬行就非常危险。

吸附的幕墙上有异物如水、水泥碴、鸟粪、扬尘等，这些会令吸盘吸附的安全性大大降低，如吸附面有水的时候，吸附的负压再低，吸盘和幕墙面由于有水，吸盘和幕墙面的摩擦系数会比幕墙面没水时低很多，扬尘多的时候和有水的情况类似，这样高空作业机器人会很容易滑落或者假吸，而干的异物则会另吸附后漏气进入吸盘，降低吸盘的安全性。

此外，吸盘吸附在幕墙块上时，由于幕墙块表面不够平整的原因，可能会出现漏气、密封不严的情况，这也会带来危险。

本领域需要一种具有较高安全性能的机械脚、高空作业机器人及高空作业机器人行走方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机械脚，所述机械脚能够对吸附的安全性进行检测，从而保证高空作业机器人安全行走。

本发明的目的还在于提供一种高空作业机器人，包括上述能够对吸附的安全性进行检测的机械脚，从而能够安全行走。

本发明的目的还在于提供一种高空作业机器人行走方法，该方法能够对对吸附的安全性进行检测，从而保证高空作业机器人安全行走。

为实现所述目的的机械脚，用于安全吸附在幕墙块上，所述机械脚包括吸盘、吸盘拉动机构、作用力检测部分和位移检测部分；

所述吸盘用于吸附在所述幕墙块上，所述吸盘拉动机构用于向吸附在所述幕墙块上的所述吸盘施加作用力，所述作用力用于使所述吸盘发生位移；

所述作用力检测部分用于检测所述作用力，所述位移检测部分用于检测所述位移，以对所述吸盘吸附的安全性进行判定。

所述的机械脚，其进一步的特点是，所述位移包括第一位移和/或第二位移，所述第一位移为所述吸盘在所述幕墙块上的滑动位移，所述第二位移为所述吸盘或所述吸盘带动所述幕墙块共同运动的共有位移。

所述的机械脚，其进一步的特点是，所述作用力平行于所述幕墙块，以使所述吸盘发生所述第一位移；或者所述作用力垂直于所述幕墙块，以使所述吸盘发生所述第二位移。

所述的机械脚，其进一步的特点是，所述作用力具有平行于所述幕墙块的表面的第一分力，所述第一分力用于使所述吸盘发生所述第一位移；所述作用力还具有垂直于所述幕墙块的表面的第二分力，所述第二分力用于使所述吸盘发生所述第二位移；

所述第一分力和所述第二分力在空间内的矢量和为所述作用力。

所述的机械脚，其进一步的特点是，所述吸盘拉动机构包括安装在所述吸盘上的作动单元，所述作动单元用于向吸附在所述幕墙块上的所述吸盘施加所述作用力。

所述的机械脚，其进一步的特点是，所述吸盘拉动机构包括作动组件和小脚肢，所述小脚肢的一端与所述吸盘连接；所述小脚肢用于将所述吸盘下压到所述幕墙块，以使所述吸盘能够吸附在所述幕墙块上；

所述小脚肢用于被所述作动组件整体地移动，以向吸附在所述幕墙块上的所述吸盘施加所述作用力。

所述的机械脚，其进一步的特点是，所述吸盘拉动机构包括作动组件和小脚肢，所述小脚肢包括脚肢本体和活动部，所述活动部与所述吸盘和所述脚肢本体分别连接；

所述脚肢本体和所述活动部用于被所述作动组件整体地移动，以产生所述第一分力，所述活动部还被设置成能相对于所述脚肢本体移动，从而下压或者拉动所述吸盘，以产生所述第二分力。

所述的机械脚，其进一步的特点是，所述脚肢本体为套管，所述活动部为活动杆，所述活动杆的一端伸入到所述套管中，另一端与所述吸盘连接；所述活动杆被设置成能够沿所述套管的内壁滑动，以下压或者拉动所述吸盘。

所述的机械脚，其进一步的特点是，所述位移检测部分包括位移传感器，所述移传感器安装在所述吸盘上。

所述的机械脚，其进一步的特点是，所述吸盘包括第一小吸盘和第二小吸盘，所述吸盘拉动机构包括动力伸缩连接机构；

所述动力伸缩连接机构分别与所述第一小吸盘和所述第二小吸盘连接，并被设置成能够收缩，以沿着使所述第一小吸盘和所述第二小吸盘靠近的方向施加所述作用力；所述动力伸缩连接机构还被设置成能够伸长，以沿着使所述第一小吸盘和所述第二小吸盘远离的方向施加所述作用力。

所述的机械脚，其进一步的特点是，所述位移检测部分包括拉杆和触碰开关，所述触碰开关固定在所述第一小吸盘上，所述拉杆的一端固定在所述第二小吸盘上；

所述拉杆的另一端用于与所述触碰开关配合，以检测所述第一小吸盘和/或所述第二小吸盘发生的位移。

所述的机械脚，其进一步的特点是，所述作用力的方向平行于所述幕墙块。

为实现所述目的的高空作业机器人，用于安全吸附在幕墙块上，包括机身，其特征在于，所述高空作业机器人包括如上所述的机械脚，所述机械脚的一端安装在所述机身上，另一端用于吸附在幕墙块上，从而使所述幕墙机器人能够安全吸附在所述幕墙块上。

所述的高空作业机器人，其进一步的特点是，所述机械脚的数量为多个。

为实现所述目的的高空作业机器人行走方法，包括以下步骤：

a.移动机械脚至幕墙块上的预定位置；

b.将所述机械脚的吸盘下压并吸附到所述预定位置上；

c.向吸附在所述幕墙块上的所述吸盘施加作用力，所述作用力用于使所述吸盘发生位移；

d.检测所述作用力和所述位移；

e.将所述作用力的第一分力与第一设定作用力作比较，并且同时将所述位移的第一位移与第一设定位移作比较；若所述第一分力小于所述第一设定作用力并且所述第一位移大于所述第一设定位移，则判定吸盘吸附不安全，立刻告警并停止移动；若所述第一分力达到所述第一设定作用力并且所述第一位移小于所述第一设定位移，则判定吸盘吸附安全；和/或

将所述作用力的第二分力与第二设定作用力作比较，并且同时将所述位移的第二位移与第二设定位移作比较；若所述第二分力小于所述第二设定作用力并且所述第二位移大于所述第二设定位移，则判定吸盘吸附不安全，立刻告警并停止移动；若所述第二分力达到所述第二设定作用力并且所述第二位移小于所述第二设定位移，则判定吸盘吸附安全，进行下一步正常运动。

所述的高空作业机器人行走方法，其进一步的特点是，在判定吸盘吸附安全之后，继续检测所述吸盘的位移，当检测到所述吸盘的位移大于第一设定位移和/或第二设定位移时，发出报警并停止移动。

所述的高空作业机器人行走方法，其进一步的特点是，在所述位移具有所述第二位移时，检测所述吸盘的内腔的压力；

若所述吸盘的内腔的压力为负压，则判定所述吸盘仍然吸附在所述幕墙块上，所述第二位移为所述吸盘带动所述幕墙块共同运动的共有位移；

若所述吸盘的内腔的负压消失，则判定所述吸盘脱离所述幕墙块，所述第二位移为所述吸盘脱离所述幕墙块表面的位移。

本发明的积极进步效果在于：本发明提供了一种机械脚，包括吸盘、吸盘拉动机构、作用力检测部分和位移检测部分；吸盘用于吸附在幕墙块上，吸盘拉动机构用于向吸附在幕墙块上的吸盘施加作用力，作用力用于使吸盘发生位移；作用力检测部分用于检测作用力，位移检测部分用于检测位移，以对吸盘吸附的安全性进行判定，从而保证机械脚的吸盘吸附安全后再行走。本发明提供的高空作业机器人，包括上述能够对吸附安全性进行检测的机械脚，从而能够在机械脚的吸盘吸附安全后再进行行走。本发明提供的高空作业机器人行走方法，能够对吸附的安全性进行检测，从而保证高空作业机器人在机械脚的吸盘吸附安全后再进行行走，大大提高了行走的安全性。

附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：

图1为本发明中高空作业机器人正视的示意图；

图2为本发明中高空作业机器人俯视的示意图；

图3A为本发明中的第一小吸盘和第二小吸盘的俯视图

图3B为本发明中的第一小吸盘和第二小吸盘的正视图

图4为本发明中吸盘的正视的示意图；

图5为本发明中吸盘的俯视的示意图；

图6为本发明中幕墙安全检测流程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。

需要注意的是，图1至图6均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制。

本发明提供的高空作业机器人是一种智能机器人，可以在玻璃、大理石、等具有平滑界面的幕墙块和可以用吸盘吸附的幕墙上进行安全检测和行走，为幕墙的机器人清洗提供了可行的安全保障。该结构的机器人可以利用简单的结构的模仿人行走的方式，在幕墙上可以上下左右随意行动，还能跨越一定高度的幕墙突起物，以及可以通过在其机身附加其他设备来实现幕墙和吸附安全检测、幕墙清洗、幕墙安装维修等功能。如图1所示，幕墙可以由框架结构601和幕墙块600组合而成，每一块幕墙块600都嵌合在框架结构601的特定位置，来组成幕墙。由于安装原因，幕墙所具有的数量庞大的幕墙块600中，会存在一些安装不牢固的幕墙块600，这导致高空作业机器人在爬行时会发生危险。

当今社会有大量的摩天大楼，经常发生一些幕墙脱落的安全事故，幕墙的清洗和安全检查全靠人工，当今智能化机器人完全可以替代以上繁琐和危险的工作。现有的幕墙爬行机器人设计没有把安全的爬行放在第一位，特别是在幕墙块不安全的情况下，高空作业机器人的爬行就非常危险。本发明采用工程力学和自动化控制原理，将高空作业机器人运动结构拟人的设计。本发明提供的高空作业机器人可以利用自控用吸盘和幕墙安全检测方法，配合完成每次移动，确保移动的安全。

本发明提供的高空作业机器人，用于在能够被吸盘吸附的幕墙上进行安全检测和行走。该结构的机器人可以利用简单的结构在幕墙上可以上下左右随意行动，还能跨越一定高度的框架结构601，以及可以通过在其机身附加其他设备来实现幕墙安全检测、幕墙清洗、幕墙安装维修等功能。该机器人进行的安全检测像在冰面行走一样，走一步测一步，确定每一步都是安全的，从而确保移动的安全，安全测试是通过该机器人吸盘脚对幕墙以一定的力拉动，检测该幕墙发生位移的情况。

本发明提供的高空作业机器人结构示意图见图1和图2。在图1中，高空作业机器人包括多根机械脚100、200和300。机械脚100、200和300的一端安装在机身17上，另一端包括吸盘1、2、3，吸盘1、2、3用于吸附幕墙块600，从而使幕墙机器人能够安全吸附在幕墙块600上。附加设备的安装平台18安装在机身17上。附加设备的安装平台18上可以安装监控云台、幕墙清洗机械臂和清洗设备。

由于幕墙块600表面会存在不洁净的情况，又或者存在吸盘老化的情况，会导致吸盘1、2、3吸附在幕墙块600表面后存在打滑的现象，即吸盘1、2、3吸附完毕后，移动机身17时，吸盘1、2、3相对于幕墙块600表面出现滑动的现象。打滑现象会对高空作业机器人的行走带来较大风险，因此，在吸盘1、2、3吸附在幕墙块600表面后，移动机身17之前，需要对吸盘1、2、3的吸附是否安全牢固作出判断。本发明的一个实施例中采用以下方式来对吸附的安全性进行判定。

机械脚100、200和300除了吸盘1、2、3之外，还包括吸盘拉动机构、作用力检测部分和位移检测部分，其中，吸盘1、2、3用于吸附在幕墙块600上，吸盘拉动机构用于向吸附在幕墙块600上的吸盘1、2、3施加作用力，作用力用于使吸盘1、2、3发生位移；

作用力检测部分用于检测作用力，位移检测部分用于检测该位移，以对吸盘1、2、3吸附的安全性进行判定。如果在一定的作用力的范围内，该位移超过了设定位移，也就是安全位移，则说明吸附不够安全牢固，反之则说明吸附安全。

具体地，吸附不够牢固的现象可分为吸附打滑现象，吸盘假吸现象和幕墙块600晃动现象。上述位移为空间内的矢量位移，可以分解为第一位移和/或第二位移，其中第一位移表征吸附打滑现象，第二位移表征吸盘假吸现象和幕墙块600晃动现象的程度，即第一位移为吸盘1、2、3在幕墙块600上的滑动位移，第二位移为吸盘1、2、3脱离幕墙块600表面的位移或吸盘1、2、3带动幕墙块600共同运动的共有位移。

吸盘假吸和幕墙松动都会导致检测时出现第二位移，吸盘假吸的吸力远低于吸盘正常时的吸附力，相应地，第二分力F2也远小该吸盘正常的吸附力。当检测出现第二位移，通过对吸盘1、2、3的内腔的压力的检测来判定第二位移是由吸盘1、2、3假吸还是幕墙块600松动产生。若吸盘的内腔的压力为负压，则判定吸盘仍然吸附在幕墙块上，第二位移为吸盘带动幕墙块共同运动的共有位移；

若吸盘的内腔的负压消失，则判定吸盘脱离幕墙块，吸盘为假吸状态，第二位移为吸盘脱离幕墙块表面的位移。

对吸盘1、2、3的内腔的压力的检测可由图4、5中的气压检测部分C来实现。

当作用力为图2中的作用力F时，作用力平行于幕墙块600，此时上述位移只具有第一位移，即只存在吸盘1、2、3在幕墙块600的滑动，幕墙块600并不会被拉动。

当作用力为图1中的作用力f时，作用力垂直于幕墙块600，此时上述位移只具有第二位移，即不存在吸盘1、2、3在幕墙块600的滑动，只存在吸盘1、2、3或吸盘带着幕墙块600被拉动。

更普遍的情况是，结合图1和图2，作用力也可以与幕墙块600的表面成一个夹角，这样作用力可以具有平行于幕墙块600表面的第一分力F1，第一分力F1用于使吸盘1、2、3在幕墙块600上滑动而产生第一位移；作用力还可以具有垂直于幕墙块600的表面的第二分力F2，第二分力F2用于使吸盘脱离幕墙块表面或幕墙块600被驱动而产生第二位移；第一分力F1和第二分力F2在空间内的矢量和为该作用力。

第一位移表征的是吸盘1、2、3是否有打滑现象。将作用力的第一分力F1与第一设定作用力作比较，并且同时将位移的第一位移与第一设定位移作比较；若第一分力F1小于第一设定作用力并且第一位移大于第一设定位移，则判定吸盘吸附不安全，立刻告警并停止移动；若第一分力F1达到第一设定作用力并且第一位移小于第一设定位移，则判定吸盘吸附安全，移动机身。需要说明的是当作用力平行于幕墙块600的表面时，作用力F即为第一分力F1。第一设定作用力是一个设定的力，在空间内可具有不同的角度和大小。为比较过程方便，第一设定作用力可以是方向平行于幕墙块600的表面的力，可人工设定，具体大小与外部因素相关，外部因素包括幕墙块600的表面的洁净度，外界大气压情况，海拔高度、机器人重量等等。第一设定位移又叫做安全位移，可人工设定，其与幕墙块600的表面的洁净度，外界大气压情况，风速、机器人重量等外部因素相关。

第二位移表征的是幕墙块600是否有晃动现象。将作用力的第二分力F2与第二设定作用力作比较，并且同时将位移的第二位移与第二设定位移作比较；若第二分力F2小于第二设定作用力并且第二位移大于第二设定位移，则判定吸盘吸附不安全，立刻告警并停止移动；若第二分力F2达到第二设定作用力并且第二位移小于第二设定位移，则判定吸盘吸附安全，移动机身。需要说明的是当作用力垂直于幕墙块600的表面时，作用力F即为第二分力F2。第二设定作用力是二个设定的力，可人工设定，在空间内可具有不同的角度和大小。为比较过程方便，第二设定作用力可以是方向垂直于幕墙块600的表面的力，可人工设定，具体大小与外部因素相关，外部因素包括幕墙块600的安装形式，制造材料，使用年份等等。第二设定位移又叫做安全位移，可人工设定，其与幕墙块600的安装形式，制造材料、使用年份等外部因素相关。

机械脚上的吸盘可以如图4、5所示，为尺寸较大的单只吸盘A，也可以如图3A、3B所示，包括第一小吸盘31和第二小吸盘32。此时，吸盘拉动机构包括动力伸缩连接机构；

动力伸缩连接机构分别与第一小吸盘31和第二小吸盘32连接，并被设置成能够收缩，以沿着使第一小吸盘31和第二小吸盘32靠近的方向施加作用力；动力伸缩连接机构还被设置成能够伸长，以沿着使第一小吸盘31和第二小吸盘32远离的方向施加作用力。

更具体地，动力伸缩连接机构包括第一伸缩杆37、伸缩动力装置38和第二伸缩杆36。第一伸缩杆37的一端与伸缩动力装置38可移动地连接，另一端与第一小吸盘31的顶部连接器件40固定连接；第二伸缩杆36的一端与伸缩动力装置38可移动地连接，另一端与第二小吸盘32的顶部连接器件41固定连接。伸缩动力装置38能够驱动第一伸缩杆37和第二伸缩杆36运动，从而能够带动第一小吸盘31和第二小吸盘32相互靠近或者远离，以产生作用力。可选地，该作用力的方向平行于幕墙块。

位移检测部分包括拉杆34和触碰开关35，触碰开关35固定在第一小吸盘31上，拉杆34的一端通过固定件33固定在第二小吸盘32上；拉杆34的另一端用于与触碰开关35配合，以检测第一小吸盘31和/或第二小吸盘32发生的位移。当第一小吸盘31和/或第二小吸盘32的位移出现时，拉杆34触动触碰开关35，发出报警。

伸缩动力装置38的顶部可设置连接件39，用于与小脚肢101、201、301的下端连接。

更具体地，如图1、2所示，第一设定作用力的大小可以由机器本身重力G、第一安全系数A1、最少同时吸附的吸盘数B来联合确定，具体地，第一设定作用力＝A1*G/B，其中，第一安全系数A1越大，说明吸盘1、2、3可以承受的第一分力F1也就越大。第一安全系数A1与幕墙块600的表面的洁净度，外界大气压情况，风速等外部因素相关。如图3A、3B所示，当吸盘1、2、3均包括第一小吸盘31和第二小吸盘32且第一小吸盘31和第二小吸盘32同时受力时，这个公式一样成立，F1直接作用在第一小吸盘31和第二小吸盘32上，两个小吸盘算作一个大吸盘。当每个小吸盘单独受力时，吸盘数量等于同时吸附的小吸盘数量。

如图1、2所示，第二设定作用力的大小可以由机器本身重力G、第二安全系数A2、最少同时吸附的吸盘数B来联合确定，具体地，第二设定作用力＝A2*G/B，其中，第二安全系数A2越大，说明吸盘1、2、3可以承受的第二分力F2也就越大。第二安全系数A2与幕墙块600的安装形式，制造材料、使用年份等外部因素相关。如图3A、3B所示，当吸盘1、2、3均包括第一小吸盘31和第二小吸盘32且第一小吸盘31和第二小吸盘32同时受力时，这个公式一样成立，F1直接作用在第一小吸盘31和第二小吸盘32上，两个小吸盘算作一个大吸盘。当每个小吸盘单独受力时，吸盘数量等于同时吸附的小吸盘数量。

如图1、2所示，作用力的施加机构，也就是吸盘拉动机构的形式可以有多种，例如，吸盘拉动机构可以包括安装在吸盘上的作动单元(未图示)，当吸盘1、2、3吸附在幕墙块600的表面上后，该作动单元开始工作。作动单元可以是安装吸盘1、2、3上的有源式作动机构，例如由电动马达驱动的可上升和下降的轮式机构。当吸盘1、2、3吸附在幕墙块600的表面上后，该轮式机构可以下降至与幕墙块600接触并开始转动，从而产生作用在吸盘上的作用力。上述有源式作动机构还可以是一个固定在吸盘上的小型的喷气机构，上述作用力为该喷气机构喷出高压气体时的反作用力。喷气机构喷出高压气体的角度可以调整，从而产生不同方向的上述作用力。

在如图1、2、3所示的实施例中，吸盘拉动机构包括作动组件和小脚肢101、201、301，小脚肢101、201、301的一端(下端)与吸盘1、2、3连接；小脚肢101、201、301用于将吸盘1、2、3下压到幕墙块600，下压后气压控制部分E(显示在图4、5中)开始对吸盘1、2、3的内腔抽真空，以使吸盘1、2、3能够吸附在幕墙块600上；

小脚肢101、201、301可被设置成被作动组件整体地移动，以向吸附在幕墙块上的吸盘施加作用力。例如，作动组件可以是安装在机身17上的丝杠电机，小脚肢101、201、301可以是丝杠，小脚肢101、201、301可以被丝杠电机整体驱动，完成下压吸盘1、2、3和拉动吸盘1、2、3的动作。由于与机身17的连接位置不同，机械脚100和300的作动组件与机械脚200的作动组件在结构上会存在差异。

如图1、2、3所示的实施例，为方便地产生不同方向上的分力，吸盘拉动机构包括作动组件和小脚肢101、201、301，小脚肢101、201、301包括脚肢本体10、11、12和活动部7、8、9，活动部7、8、9与吸盘1、2、3和脚肢本体10、11、12分别连接；脚肢本体10、11、12和活动部7、8、9用于被作动组件整体地移动，以产生第一分力F1，活动部7、8、9还被设置成能相对于脚肢本体10、11、12移动，从而下压或者拉动吸盘1、2、3，以产生第二分力F2。可选地，脚肢本体10、11、12为套管，活动部7、8、9为活动杆，活动杆的一端伸入到套管中，另一端与吸盘连接；活动杆被设置成能够沿套管的内壁滑动，以下压或者拉动吸盘。

由于与机身17的连接位置不同，机械脚100和300的作动组件与机械脚200的作动组件在结构上会存在差异。对于机械脚100和300来说，作动组件包括固定安装在机身17上的作动单元15、16，比如减速电机，作动组件还包括大脚臂13、14，大脚臂13、14的一端可转动地与机身17连接，另一端与小脚肢101、301的脚肢本体10、12连接。作动单元15、16用于驱动大脚臂13、14，从而带动小脚肢101、301整体运动，以产生作用于吸盘1、3上的第一分力F1。对于机械脚200来说，作动组件可根据需要设置在机身17内部，并通过固定部件20与机械脚200连接。当然，机械脚200也可以通过前述采用安装在吸盘上的作动单元(未图示)来对吸盘2来施加第一分力F1。

位移检测部分用于检测幕墙块600上的吸盘1、2、3被拉动时的第一位移和第二位移。如图4、5所示，位移检测部分所包括的位移检测设备G可以是安装在吸盘1、2、3上的位移传感器，如能在空间内测量位移的电子陀螺仪、角度仪、激光测距仪或者加速度仪等。

继续参考图1，本发明提供的高空作业机器人可包括多根机械脚，在图1中，机械脚的数量为3个，分别是机械脚100、机械脚200和机械脚300。在一个实施例中，也可以只有两个机械脚，例如只保留机械脚100和机械脚300，这样也可以实现高空作业机器人的行走过程。

机身17上固定有一个机械脚200。可选地，固定在机身17上的机械脚200与固定在大脚臂13、14上的机械脚100、300平行设置。机械脚200用于辅助支撑机身17。

机身17的辅助支撑也可以通过其他机构来实现，并不一定需要用机械脚200来实现。因此，大脚臂的数量为至少两个，机身17两边各至少对称连接有一个大脚臂。

在一个实施例中，大脚臂13、14的一端可转动地与机身17连接的连接方式包括枢轴连接、球铰连接等等，大脚臂13、14的另一端与机械脚100、300可以是固定连接，也可以是可活动地连接，机械脚200与机身17可以是固定连接，也可以是可活动地连接，这与机械脚100、200、300的具体结构有关，详见后文叙述。

前述具体的连接方式可根据需求设定，从结构简单的角度考虑，在一个实施例中，如图1、2、3所示，大脚臂13、14的一端与机身17枢轴连接，另一端与机械脚100、300垂直固定连接。在图1中，大脚臂13、14能够在垂直于纸面的平面内摆动，并带动机械脚100、300运动，产生第一分力F1。

为了驱动大脚臂13、14，作动单元15、16固定设置在机身17上并被设置成能够驱动大脚臂13、14相对于机身17转动。例如，在枢轴连接及大脚臂13、14的一端的外缘为齿轮缘的情况下，作动单元15、16可以是由电动机、减速齿轮箱组成的减速电机。齿轮缘的齿和减速电机齿轮咬合，在减速电机的带动下，大脚臂13、14就可以实现摆动。大脚臂13、14的摆动能够带动机械脚100、300的运动。

机械脚100、200、300用于吸附在幕墙块上来支撑机身17。具体地，机械脚100、200、300包括吸盘1、2、3和小脚肢101、201、301。小脚肢101、201、301的一端与吸盘1、2、3连接，此处的连接可以是直接固定连接，也可以是间接连接，如通过万向节4、5、6来连接，此时机械脚100、200、300还包括万向节4、5、6，万向节4、5、6设置在小脚肢101、201、301和吸盘1、2、3之间，并且将小脚肢101、201、301的一端与吸盘1、2、3通过万向节4、5、6连接。

从结构简单的角度考虑，如图1所示，小脚肢101、201、301可均做成可伸缩的结构，以方便安装。

参考图4、5，吸盘A可以是前述吸盘1、2、3中的任何一个。机械脚100、200、300还包括气压控制部分E和气压检测部分C，气压控制部分E用于完成吸盘A内腔的气体的减压和恢复压力，气压检测部分C用于检测吸盘A内腔的气压值。吸盘A具有控制用孔，气压控制部分E和气压检测部分C公用一个控制用孔；或者控制用孔中的一个用于气压控制部分E，另一个用于气压检测部分C。

气压控制部分E还可以包括负压装置，如真空泵，该负压装置通过穿过控制用孔的管道与吸盘A的内腔连通，来进行抽吸工作，实现减压，从而使得吸盘A能够吸附到幕墙块上。位于控制用孔外侧的管道部可以设置控制阀，在需要时开启，来恢复吸盘A内腔的压力，从而使得吸盘A能够从幕墙块上离开。

气压检测部分C还可以包括设置在吸盘A的内腔的气压计，气压计可通过穿过控制用孔的线缆与外界交换信息。交换的信息中包括上述负压装置和控制阀的控制信号，该控制信号用于控制负压装置和控制阀的动作。

吸盘系统采用主动负压吸附和主动压力恢复，采用真空泵和放气阀连通吸盘，控制吸盘的吸附和放开。

为了实现对幕墙块的安全性进行检测和判定，机械脚100、200、300还包括作用力检测部分和位移检测部分，其中，作用力检测部分可以包括压力传感器，位移检测部分包括位移检测设备。作用力检测部分还可以是一个压力指示装置，例如，可以在活动部上预先设置表示压力大小的刻度线，在脚肢本体上设置固定的指针线；当小脚肢拉动吸盘或者下压吸盘时，指针线可以指向刻度线的不同位置，从而可以表征拉力和压力的大小。检测的力还可以由动力装置的最大推力决定，通过变速电机的堵转力矩，换算成作用到的最大拉推力，这样可以省去检测力的过程。当吸附不打滑时，推动电机堵转，此时堵转力矩可以换算成最大推拉力。

压力传感器可以安装在吸盘1、2、3和万向节4、5、6之间；压力传感器还可以安装在万向节4、5、6和小脚肢101、201、301之间。作用力检测部分用于检测小脚肢101、201、301拉动吸盘1、2、3的拉力，其中压力传感器用于采集压力数据。

位移检测部分用于检测第一位移和第二位移。位移检测设备G可以是红外测距设备，采用红外测距设备可拓展位移检测设备G的安装位置。可选地，位移检测设备G还可以是安装在吸盘1、2、3上的位移传感器，包括能在空间内测量位移的电子陀螺仪。

位移检测部分检测到的幕墙块的位移和作用力检测部分检测到的小脚肢101、201、301拉动吸盘1、2、3的拉力之间的关系可用来判定幕墙块安全性。具体见后文叙述。

图6是该高空作业机器人一个移动时的幕墙安全检测流程，为了吸附的安全，该高空作业机器人的每个机械脚单独吸附在一个幕墙块上，该高空作业机器人每次移动机身17时机身17下吸盘2就松开抬起，若是移动一只机械脚时，该机械脚的吸盘就松开抬起。机械脚在每次吸附完成后会对其吸附的幕墙块做拉动安全检测，这样可以确保每次移动的安全性。一个吸盘脚系统可以由多套吸盘脚组合在一个平面上，共用一个压力传感连接件B和小脚肢连接。

在图1中，高空作业机器人包括三个机械脚100、200、300，在进行幕墙安全检测时，该三个机械脚100、200、300分别吸附在三块不同的幕墙块上。在进行拉动动作时，每次只拉动一块幕墙块，这样能够更加保证幕墙检测过程的安全。

在不需要幕墙安全检测时，不用同时吸附在一个幕墙块上，幕墙检测时只吸附两个幕墙块也可以进行，但操作的安全隐患大。

仅滑动做检测时，所有吸盘只吸附在一个幕墙块上也可以运行；只在跨幕墙移动时完成幕墙拉动检测。

现在根据图6对该设备的安全检测和移动做下说明，在三个吸盘都吸附完成后，松开要移动的小脚肢下的吸盘(通过其气压控制部分E恢复吸盘内的气压)，然后通过伸缩小脚肢抬起H1高度(这高度要大于该幕墙上的凸起的边框高度)，抬起完成后，移动该机械小脚肢，小脚肢是由其连接的部分移动带动其移动，如机身17或者大脚臂13、14，移动大脚臂13、14时，只需该大脚臂13、14对应的作动单元15、16带动就可以完成，机身17的移动需要两个小脚肢的传动协同完成机身的移动。

当小脚肢101、201、301为可以是可伸缩的结构时，通过伸缩过程可实现吸盘的抬起和下压。当小脚肢101、201、301为不可伸缩的结构时，小脚肢101、201、301可通过整体的上下运动来实现吸盘的抬起和下压。

当小脚肢移动到设定位置后，小脚肢开始伸长，将吸盘A下压到幕墙块上，当吸盘A接触到幕墙块时，压力传感连接件B上会感应到压力，当这个压力大于第一设定压力T1时，说明吸盘A下压到位，下压完成后气压控制部分E气压控制开始给吸盘A减压，气压控制部分E可以是独立的减压泵或者是个连接气管和吸盘A内腔的接头连接件，独立的减压泵可以直接给吸盘A的内腔减压，在整个系统共用一个减压泵时，气压控制部分E可以仅通过气管连接减压泵和吸盘内腔。气管可以通过上文提到的控制用孔伸入到吸盘A的内腔中，以使得气压控制部分E能够进行抽吸动作。减压完成后，吸盘A就吸附在幕墙块600上，进而可以进行位移安全检测。

当出现报警导致机器人暂停运行后，可以进行人工介入处理。对于无法克服的问题，比如幕墙块的状况太差而无法继续进行行走作业的，可由人工远程操作其返回。对于经过评估后可以克服的问题，比如幕墙块的状况处于临界水平，可由人工判断后远程给出继续进行行走的指令。

为了防止突然断电，影响到吸盘压力控制系统，失灵而发生机器人掉落，吸盘系统的压力控制系统在断电情况下应该是常闭状态，也就是没电时该压力控制系统的通气阀门会关闭，从而保持住压力，该机器人可以设置一个备用电源，为紧急情况下机器人提供重启，自检和保护的电力来源。

图1中脚肢本体11和活动部8、脚肢本体10和活动部7、脚肢本体12和活动部9是三组伸缩机械小脚肢，可以利用电动伸缩杆实现，也可以用气动伸缩杆实现。

图1中吸盘1、2、3可以将1个吸盘演变为多个小吸盘组合在一个平面再接到压力传感器或者万向节上。

由于压力传感器可以由整个脚肢感应到，可以将吸盘1、2、3上的压力传感器装在脚肢上的任何部分。压力传感器安装位置的变通方法：把压力传感器移动到万向节4、5、6和小脚肢101、201、301之间，再变通的办法也可以把压力传感器安装在小脚肢101、301和大脚臂13、14之间。使用压力传感器的好处可以在吸盘1、2、3运动时遇到障碍物，该传感器能感应到并报警提示移动要停止，行动路线可能要调整。实际使用中可以故意去碰触幕墙框类的凸起物，再回调一定距离再开始吸附过程，这样方便下一次能有足够的距离跨过该凸起物。

本发明的积极进步效果在于：本发明提供了一种机械脚，包括吸盘、吸盘拉动机构、作用力检测部分和位移检测部分；吸盘用于吸附在幕墙块上，吸盘拉动机构用于向吸附在幕墙块上的吸盘施加作用力，作用力用于使吸盘发生位移；作用力检测部分用于检测作用力，位移检测部分用于检测位移，以对吸盘吸附的安全性进行判定，从而保证机械脚的吸盘吸附安全后再行走。本发明提供的高空作业机器人，包括上述能够对吸附安全性进行检测的机械脚，从而能够在机械脚的吸盘吸附安全后再进行行走。本发明提供的高空作业机器人行走方法，能够对吸附的安全性进行检测，从而保证高空作业机器人在机械脚的吸盘吸附安全后再进行行走，大大提高了行走的安全性。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种机械脚，用于安全吸附在幕墙块上，其特征在于，所述机械脚包括吸盘、吸盘拉动机构、作用力检测部分和位移检测部分；

所述吸盘用于吸附在所述幕墙块上，所述吸盘拉动机构用于向吸附在所述幕墙块上的所述吸盘施加作用力，所述作用力用于使所述吸盘发生位移；

所述作用力检测部分用于检测所述作用力，所述位移检测部分用于检测所述位移，以对所述吸盘吸附的安全性进行判定。

2.如权利要求1所述的机械脚，其特征在于，所述位移包括第一位移和/或第二位移，所述第一位移为所述吸盘在所述幕墙块上的滑动位移，所述第二位移为所述吸盘脱离所述幕墙块表面的位移或所述吸盘带动所述幕墙块共同运动的共有位移。

3.如权利要求2所述的机械脚，其特征在于，所述作用力平行于所述幕墙块，以使所述吸盘发生所述第一位移；或者所述作用力垂直于所述幕墙块，以使所述吸盘发生所述第二位移。

4.如权利要求2所述的机械脚，其特征在于，所述作用力具有平行于所述幕墙块的表面的第一分力，所述第一分力用于使所述吸盘发生所述第一位移；所述作用力还具有垂直于所述幕墙块的表面的第二分力，所述第二分力用于使所述吸盘发生所述第二位移；

所述第一分力和所述第二分力在空间内的矢量和为所述作用力。

5.如权利要求4所述的机械脚，其特征在于，所述吸盘拉动机构包括安装在所述吸盘上的作动单元，所述作动单元用于向吸附在所述幕墙块上的所述吸盘施加所述作用力。

6.如权利要求4所述的机械脚，其特征在于，所述吸盘拉动机构包括作动组件和小脚肢，所述小脚肢的一端与所述吸盘连接；所述小脚肢用于将所述吸盘下压到所述幕墙块，以使所述吸盘能够吸附在所述幕墙块上；

所述小脚肢用于被所述作动组件整体地移动，以向吸附在所述幕墙块上的所述吸盘施加所述作用力。

7.如权利要求4所述的机械脚，其特征在于，所述吸盘拉动机构包括作动组件和小脚肢，所述小脚肢包括脚肢本体和活动部，所述活动部与所述吸盘和所述脚肢本体分别连接；

所述脚肢本体和所述活动部用于被所述作动组件整体地移动，以产生所述第一分力，所述活动部还被设置成能相对于所述脚肢本体移动，从而下压或者拉动所述吸盘，以产生所述第二分力。

8.如权利要求7所述的机械脚，其特征在于，所述脚肢本体为套管，所述活动部为活动杆，所述活动杆的一端伸入到所述套管中，另一端与所述吸盘连接；所述活动杆被设置成能够沿所述套管的内壁滑动，以下压或者拉动所述吸盘。

9.如权利要求1所述的机械脚，其特征在于，所述位移检测部分包括位移传感器，所述位移传感器安装在所述吸盘上。

10.如权利要求1所述的机械脚，其特征在于，所述吸盘包括第一小吸盘和第二小吸盘，所述吸盘拉动机构包括动力伸缩连接机构；

所述动力伸缩连接机构分别与所述第一小吸盘和所述第二小吸盘连接，并被设置成能够收缩，以沿着使所述第一小吸盘和所述第二小吸盘靠近的方向施加所述作用力；所述动力伸缩连接机构还被设置成能够伸长，以沿着使所述第一小吸盘和所述第二小吸盘远离的方向施加所述作用力。

11.如权利要求10所述的机械脚，其特征在于，所述位移检测部分包括拉杆和触碰开关，所述触碰开关固定在所述第一小吸盘上，所述拉杆的一端固定在所述第二小吸盘上；

所述拉杆的另一端用于与所述触碰开关配合，以检测所述第一小吸盘和/或所述第二小吸盘发生的所述位移。

12.如权利要求10所述的机械脚，其特征在于，所述作用力的方向平行于所述幕墙块。

13.一种高空作业机器人，用于安全吸附在幕墙块上，包括机身，其特征在于，所述高空作业机器人包括如权利要求1至12中任意一项权利要求所述的机械脚，所述机械脚的一端安装在所述机身上，另一端用于吸附幕墙块，从而使所述幕墙机器人能够安全吸附在所述幕墙块上。

14.如权利要求13所述的高空作业机器人，其特征在于，所述机械脚的数量为多个。

15.一种高空作业机器人行走方法，包括以下步骤：

a.移动机械脚至幕墙块上的预定位置；

b.将所述机械脚的吸盘下压并吸附到所述预定位置上；

c.向吸附在所述幕墙块上的所述吸盘施加作用力，所述作用力用于使所述吸盘发生位移；

d.检测所述作用力和所述位移；

e.将所述作用力的第一分力与第一设定作用力作比较，并且同时将所述位移的第一位移与第一设定位移作比较；若所述第一分力小于所述第一设定作用力并且所述第一位移大于所述第一设定位移，则判定吸盘吸附不安全，立刻告警并停止移动；若所述第一分力达到所述第一设定作用力并且所述第一位移小于所述第一设定位移，则判定吸盘吸附安全，进行下一步正常运动；和/或

将所述作用力的第二分力与第二设定作用力作比较，并且同时将所述位移的第二位移与第二设定位移作比较；若所述第二分力小于所述第二设定作用力并且所述第二位移大于所述第二设定位移，则判定吸盘吸附不安全，立刻告警并停止移动；若所述第二分力达到所述第二设定作用力并且所述第二位移小于所述第二设定位移，则判定吸盘吸附安全，进行下一步正常运动。

16.如权利要求15所述的高空作业机器人行走方法，其特征在于，在判定吸盘吸附安全之后，继续检测所述吸盘的位移，当检测到所述吸盘的位移大于第一设定位移和/或第二设定位移时，发出报警并停止移动。

17.如权利要求15所述的高空作业机器人行走方法，其特征在于，在所述位移具有所述第二位移时，检测所述吸盘的内腔的压力；

若所述吸盘的内腔的压力为负压，则判定所述吸盘仍然吸附在所述幕墙块上，所述第二位移为所述吸盘带动所述幕墙块共同运动的共有位移；

若所述吸盘的内腔的负压消失，则判定所述吸盘脱离所述幕墙块，所述第二位移为所述吸盘脱离所述幕墙块表面的位移。