CN108556941B - 壁面行走机构及爬墙机器人 - Google Patents

Abstract

一种壁面行走机构及爬墙机器人，所述行走机构包括：底座；运动机构，所述运动机构设置在所述底座上，所述运动机构包括驱动装置和吸盘，所述吸盘为多个，且多个所述吸盘间隔设置在所述驱动装置上，所述驱动装置驱动所述吸盘产生位移，且每一所述吸盘的位移轨迹形成闭合曲线；所述闭合曲线具有直线段、弧形段和连接段，所述直线段两端分别通过所述连接段与所述弧形段两端连接。本发明在直线运动状态下，多个吸盘连接组件吸附在壁面上，保证了其稳定性，而且通过类似履带的传动方式，使连续行走速度快，而且，通过设置弧形段，使本发明在转向时，可以更加灵活行，提高了跨障能力。

Description

壁面行走机构及爬墙机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种壁面行走机构及爬墙机器人。

背景技术

现如今摩天大楼广泛采用玻璃幕墙，但玻璃幕墙的清洗十分困难，高空人工清洗有几大缺点：1.非常危险；2.清洗效率很低；3.成本高；4.清洗工作只适用于部分清洗工人。为了解决这一难题，国内外研究机构和人员都做了很多尝试，但都存在一些缺陷。

上海交通大学研制的高楼玻璃幕墙清洗系统，公开号为CN1586384A，采用卷扬机牵引，依靠双吸盘吸附机构同时或者交替吸附在玻璃壁面上进行行走，但因为吸盘过少，越障能力十分有限，整机质量太大，清洗效率低。

哈尔滨工业大学研发的CLE-II型壁面清洗爬壁机器人，采用轮式移动，单吸盘吸附，移动速度较快，清洗效率较高，清洗效果较好，操作简单，造价低廉，但是无法跨越障碍，只适用于清洗单块玻璃，无法自动清洗多块玻璃，且单吸盘容错率低。

北京航空航天大学的Washman，Cleanout-I和蓝天洁士-I型真空吸附足式擦窗机器人，主要采用全气动驱动方式，多足多吸盘吸附，具有一定的越障能力，清洗效果较好，智能化程度高。但是移动速度缓慢、清洗效率低、结构复杂且造价高。机器人只能进行横向和纵向的移动，无法灵活转弯，因此移动不灵活。采用每个足配备一个气缸，导致整体重量很大，且机器人十分复杂。

中山职业技术学院一种气动高空擦玻璃机器人，公开号CN204105881U，机器人模仿四足爬行动物的行动方式，四个真空吸附足交替运动，可实现连续转弯、移动，行动灵活，结构简单，但是可靠性不高，跨越障碍能力不足。

徐州工业职业技术学院设计的一种两足式爬壁清洗机器人，公开号CN103448827A，采用两组交替运动，利用曲柄摇杆带动吸盘组进行吸附从而爬行，单独设置有转向吸盘。该机器人体积小、结构简单、移动速度稳定，但是无法跨越障碍，可靠性不强，且清洗效率不高。

北京理工大学发明研制的履带吸盘式壁面清洁机器人，公开号为CN102631173A，利用履带吸盘和真空泵连接，产生局部真空，进而达到吸附行走的目的。机器人底部设有转向吸盘，使得机器人可以围绕转向吸盘的轴线旋转，机器人可实现测障和避障，但是越障能力很低，且转向不灵活。

综上所述，爬墙机器人在行走结构方式主要分为轮式、履带式或复合履带式滚动式、类足式或类足关节爬行方式、十字架构或类十字架构滑动行走方式。而每种行走结构个有缺点：例如：轮式结构采用磁吸附式，其运动速度快，转向灵活，但要求被吸附行走面具有磁吸附性及平面性，其适应性及跨障能力均弱。履带式或复合履带式采用磁、真空或者负压等多种吸附方式，其运动平稳，接触面积大，载重量大，跨障能力较强；但转向灵活度差，控制及结构较复杂，要求在平面行走。类足似或类足关节式跨障能力较强，重心稳，行走转向灵活，但行动较慢，控制及结构复杂，载荷较小。十字架构或类十字架构行走转向灵活，结构及控制简单，重心稳。但行走速度慢，跨障弱，载荷较小，平面行走。也就是说，现有的机器人在转向灵活度、运动速度以及跨障能力这三方面不能兼顾。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种壁面行走机构及爬墙机器人，解决了现有的机器人在转向灵活度、运动速度以及跨障能力这三方面不能兼顾的问题。

根据本发明的一个方面，公开了一种壁面行走机构，包括：底座；运动机构，所述运动机构设置在所述底座上，所述运动机构包括驱动装置和吸盘，所述吸盘为多个，且多个所述吸盘间隔设置在所述驱动装置上，所述驱动装置驱动所述吸盘产生位移，且每一所述吸盘的位移轨迹形成闭合曲线；所述闭合曲线具有直线段、弧形段和连接段，所述直线段两端分别通过所述连接段与所述弧形段两端连接；所述运动机构具有直线运动状态和转动状态，在所述直线运动状态下，当所述吸盘的位移轨迹进入所述直线段时，所述吸盘吸附在壁面上，当所述吸盘的位移轨迹离开所述直线段时，所述吸盘与所述壁面分离；在所述转动状态下，当所述吸盘的位移轨迹进入所述弧形段时，所述吸盘吸附在所述壁面上，当所述吸盘的位移轨迹离开所述弧形段时，与所述吸盘与所述壁面分离。

进一步地，所述弧形段包括共圆心的第一弧形段和第二弧形段，所述直线段第一端通过所述连接段与所述第一弧形段第二端连接，所述第一弧形段第一端通过所述连接段与所述第二弧形段第二端连接，所述第二弧形段第一端通过所述连接段与所述直线段第二端连接。

进一步地，所述驱动装置包括电机、传动链和链轮，所述电机和所述链轮均设置在所述底座上且所述电机与所述链轮驱动连接，所述传动链套设在所述链轮上，所述吸盘设置在所述传动链上。

进一步地，所述链轮至少为5个，且所述链轮沿所述闭合曲线在所述底座上的正投影间隔设置,使所述传动链的形状与所述正投影的形状相配合。

进一步地，所述运动机构还包括行走足，所述行走足包括连接组件和真空发生器，所述连接组件、真空发生器的数量分别与所述吸盘的数量相对应，所述连接组件间隔设置在所述传动链上，并与传动链固定连接，且每一所述连接组件上均设置有一个所述真空发生器，每一个所述真空发生器的吸气口上均连接有一个所述吸盘。

进一步地，所述连接组件包括：连接块、滑杆和弹性件，所述连接块与所述传动链连接，所述连接块沿垂直所述底座的方向设置有通孔，所述滑杆穿设在所述通孔内，所述滑杆靠近所述底座的第一端上套设有弹性件，所述弹性件支抵在所述滑杆第一端与所述连接块之间，所述真空发生器设置在所述滑杆的第二端上。

进一步地，所述壁面行走机构还包括真空泵、控制阀和分气装置，所述真空泵、所述控制阀和所述分气装置均设置在底座上，所述分气装置位于所述传动链内，所述真空泵与所述控制阀的一端连通、所述分气装置与所述控制阀的另一端连通连接，所述分气装置还与所述真空发生器的排气口连通。

进一步地，所述分气装置包括套筒和气室，所述气室固定设置在所述底座上，所述套筒可转动地套设在所述气室上，且所述套筒与所述气室间密封设置，所述套筒与所述传动链做同步转动。

进一步地，所述套筒上沿其周向间隔设置有第一气孔，所述第一气孔的数量与所述吸盘数量相对应；所述套筒上沿其周向还间隔设置有第二气孔，且所有所述第二气孔均与一个所述第一气孔在所述套筒轴向上对应，形成一组气孔；每一组所述气孔均通过一个三通管与一个所述真空发生器连接。

进一步地，所述气室为柱状体，所述气室沿侧壁周向划分为靠近所述气室第一端面的第一区域和靠近所述气室第二端面的第二区域；在所述第一区域内，所述气室沿其周向间隔设置有相互隔离的第一气槽、第二气槽、第三气槽；所述第一端面上分别设置有与所述第一气槽连通的第三气孔、与所述第二气槽连通的第四气孔、与所述第三气槽连通的第五气孔；在所述第二区域内，所述气室沿其周向间隔设置有多个第四气槽，且所述第四气槽轴向上与所述第一气槽、所述第二气槽、所述第三气槽之间的间隔处相对应；所述第二端面上设置有多个与所述第四气槽连通的第六气孔，且每一个所述第六气孔均与一个所述第四气槽连通。

进一步地，当所述吸盘的位移轨迹进入所述直线段时，与所述吸盘连通的所述第一气孔与所述第一气槽连通，与所述吸盘连通的所述第二气孔与任一气腔均隔离；当所述吸盘的位移轨迹离开所述直线段时，与所述吸盘连通的所述第一气孔与任一气腔均隔离，且与所述吸盘连通的所述第二气孔与所述第四气槽连通。

进一步地，当所述吸盘的位移轨迹进入所述第一弧形段时，与所述吸盘连通的所述第一气孔与所述第二气槽连通，且与所述吸盘连通的所述第二气孔与任一气腔均隔离；当所述吸盘的位移轨迹离开所述第一弧形段时，与所述吸盘连通的所述第一气孔与任一气腔均隔离，且与所述吸盘连通的所述第二气孔与所述第四气槽连通；当所述吸盘的位移轨迹进入所述第二弧形段时，与所述吸盘连通的所述第一气孔与所述第三气槽连通，且与所述吸盘连通的所述第二气孔与任一气腔均隔离；当所述吸盘的位移轨迹离开所述第二弧形段时，与所述吸盘连通的所述第一气孔与任一气腔均隔离，且与所述吸盘连通的所述第二气孔与所述第四气槽连通。

进一步地，所述第一气槽槽口的周向长度与所述气室周向长度的比值，与所述直线段长度与所述闭合曲线长度的比值相等；所述第二气槽的槽口周向长度与所述气室周向长度的比值，与所述第一弧形段长度与所述闭合曲线长度的比值相等；所述第三气槽的槽口周向长度与所述气室周向长度的比值，与所述第一弧形段长度与所述闭合曲线长度的比值相等。

进一步地，所述控制阀包括第一控制阀、第二控制阀和第三控制阀，所述真空泵分别与所述第一控制阀的第一端、所述第二控制阀的第一端、所述第三控制阀的第一端连通；所述第三气孔与所述第一控制阀的第二端连通、所述第四气孔与所述第二控制阀的第二端、所述第五气孔与所述第三控制阀的第二端连通；所有所述第六气孔均与大气连通。

进一步地，在所述直线运动状态下，所述第一控制阀开启，且所述第二控制阀、所述第三控制阀关闭；在所述转动状态下，所述第二控制阀、所述第三控制阀开启，且所述第一控制阀关闭。

进一步地，所述壁面行走机构还包括升降装置，所述升降装置设置在底座上，用于控制所述吸盘贴至所述壁面上。

进一步地，在所述直线运动状态下，所述升降装置控制位于所述直线段路径内的吸盘贴至所述壁面上。

进一步地，在所述转动状态下，所述升降装置控制位于所述弧形段路径内的吸盘贴至所述壁面上。

进一步地，所述运动机构为两个，且对称设置在所述底座上，且两个所述驱动装置的运动方向相反。

根据本发明的另一个方面，公开了一种爬墙机器人，包括上述的壁面行走机构。

本发明通过在驱动装置上间隔设置多个吸盘连接组件，且使每个吸盘连接组件的运动路径形成闭合曲线连接组件，在直线运动状态下，多个吸盘连接组件吸附在壁面上，保证了其稳定性，即使一个吸盘连接组件没有吸附牢固，还有其他吸盘连接组件吸附，而且通过类似履带的传动方式，使连续行走速度快，而且，通过设置弧形段，使本发明在转向时，可以更加灵活行，提高了跨障能力。

附图说明

图1是本发明实施例壁面行走机构的结构示意图；

图2是本发明实施例吸盘位移轨迹示意图；

图3是本发明实施例运动机构的结构示意图；

图4是本发明实施例行走足的结构示意图；

图5是本发明实施例分气装置的结构示意图；

图6是本发明实施例气室的第一气槽、第二气槽、第三气槽分布示意图；

图7是本发明实施例气室的第四气槽分布示意图；

图8是本发明实施例升降装置的装配示意图；

图9是本发明实施例工作原理方框图。

图例：10、底座；20、运动机构；21、驱动装置；22、吸盘；23、连接组件；231、连接块；232、滑杆；233、弹性件；24、真空发生器；30、闭合曲线；31、直线段；32、弧形段；321、第一弧形段；322、第二弧形段；33、连接段；40、传动链；50、链轮；60、分气装置；61、套筒；611、第一气孔；612、第二气孔；62、气室；621、第一气槽；622、第二气槽；623、第三气槽；624、第四气槽；625、第三气孔；626、第四气孔；627、第五气孔；628、第六气孔；70、升降装置；71、气缸；72、引导板；80、真空泵。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明，但不局限于说明书上的内容。

本发明公开了一种壁面行走机构，包括：底座10和运动机构20，运动机构20，运动机构20设置在底座10上，运动机构20包括驱动装置21和吸盘22，吸盘22为多个，且多个吸盘22间隔设置在驱动装置21上，驱动装置21驱动吸盘22运动，且每一吸盘22的位移轨迹形成闭合曲线30；闭合曲线30具有直线段31、弧形段32和连接段33，直线段31两端分别通过连接段33与弧形段32两端连接；运动机构20具有直线运动状态和转动状态，在直线运动状态下，当吸盘22的位移轨迹进入直线段31，吸盘22吸附在壁面上，当吸盘22的位移轨迹离开直线段31，吸盘22与壁面分离；在转动状态下，当吸盘22的位移轨迹进入弧形段32，吸盘22吸附在壁面上，当吸盘22的位移轨迹离开弧形段32，与吸盘22与壁面分离。本发明通过在驱动装置21上间隔设置多个吸盘22，且使每个吸盘22的运动路径形成闭合曲线30，在直线运动状态下，多个吸盘22吸附在壁面上，达到吸盘22交替吸附地面行走的效果保证了其稳定性，在通过不平整的表面时，即使一两个吸盘22因为吸到棱角漏气，也不会因此掉落，从而增加了工作过程中的安全性，而且仿照毛虫行走的方式，使连续行走速度快，通过设置弧形段，使本发明在转向时，可以更加灵活行，提高了跨障能力，使得机器人可以绕圆心做任意角度转向，十分灵活，且可以原地转向。

在上述实施例中，运动机构20为两个，且对称设置在底座10上，且两个驱动装置21的运动方向相反。本发明一方面提高了机器人吸附机构的运动效率，可以快速连续直线行走和连续转弯，大大提高了行走效率，同时，多个吸盘22同时吸附，提高了越障能力。

在上述实施例中，弧形段32包括共圆心的第一弧形段321和第二弧形段322，直线段31第一端通过连接段33与第一弧形段321第二端连接，第一弧形段321第一端通过连接段33与第二弧形段322第二端连接，第二弧形段322第一端通过连接段33与直线段第二端连接。本发明的吸盘22形成类D型的行走轨迹，直线行走时，可以通过直段快速连续行走，转弯时，由于多个弧形段共圆心，可以通过弧形段连续转弯，而且保证多个吸盘22同时吸附在壁面上，更加稳定，越障能力更强。

在上述实施例中，驱动装置21包括电机、传动链40和链轮50，电机和链轮50均设置在底座10上，且电机与链轮50驱动链接，传动链40套设在链轮50上，吸盘22设置在传动链40上。链轮50至少为5个，且链轮50沿闭合曲线30在底座10上的正投影间隔设置,使传动链40的形状与正投影的形状相配合。本发明使传动链40形成类似D的形状，从而是吸盘22路径轨迹可以形成相应的形状，直线行走时，可以通过直段快速连续行走，转弯时可以通过弧形段连续转弯，而且保证多个吸盘22同时吸附在壁面上，更加稳定，越障能力更强，同时进采用传动链交软，一来因为链条可以稍微变形，从而提升了机器人的越野能力，二来可以省去制作硬轨道的板材的重量。

在上述实施例中，运动机构20还包括行走足，行走足包括连接组件23和真空发生器24，连接组件23、真空发生器24的数量分别与吸盘22的数量相对应，连接组件23间隔设置在传动链40上，并与传动链40固定连接，且每一连接组件23上均设置有一个真空发生器24，每一个真空发生器24的吸气口上均连接有一个吸盘22。工作时，可以通过真空发生器24将吸盘22内的空气抽出，使吸盘22牢固地吸附在壁面上，不工作时，真空发生器24将外部气体充入吸盘22内，使吸盘22与壁面分离。

在上述实施例中，连接组件23包括：连接块231、滑杆232和弹性件233，连接块231与传动链40连接，连接块231沿垂直底座10的方向设置有通孔，滑杆232穿设在通孔内，滑杆232靠近底座10的第一端上套设有弹性件233，弹性件233支抵在滑杆232第一端与连接块231之间，真空发生器24设置在滑杆232的第二端上。通过设置弹性件使连接组件23具有一定弹性，一方面可以将吸盘22弹性复位，还具有一定减震能力，提高稳定性。

在上述实施例中，壁面行走机构还包括真空泵80、控制阀和分气装置60，真空泵80、控制阀和分气装置60均设置在底座10上，分气装置60位于传动链40内，真空泵80与控制阀的一端连通、分气装置60与控制阀的另一端连通连接，分气装置60还与真空发生器24的排气口连通。真空泵80通过分气装置60带动真空发生器24抽气，使真空发生器24将各自吸盘22内的气体抽出或补充，再通过控制阀控制真空泵80与分气装置60的连通与隔离，从而控制吸盘22的进气与排气。

在上述实施例中，分气装置60包括套筒61和气室62，气室62固定设置在底座10上，套筒61套设在气室62上，并可相对于气室62转动，且套筒61与传动链40做同步转动。从而使套筒61与每一个行走足相对静止。

在上述实施例中，套筒61上沿其周向间隔设置有第一气孔611，第一气孔611的数量与吸盘22数量相对应；套筒61上沿其周向还间隔设置有第二气孔612，且所有第二气孔612均与一个第一气孔611在套筒61轴向上对应，形成一个气孔组；每一个气孔组通过三通管与一个真空发生器24连接。气室62为柱状体，气室62沿侧壁周向划分为靠近气室62第一端面的第一区域和靠近气室62第二端面的第二区域；在第一区域内，气室62沿其周向间隔设置有相互隔离的第一气槽621、第二气槽622、第三气槽623；第一端面上分别设置有与第一气槽621连通的第三气孔625、与第二气槽622连通的第四气孔626、与第三气槽623连通的第五气孔627；在第二区域内，气室62沿其周向间隔设置有多个第四气槽624，且第四气槽624轴向上与第一气槽621、第二气槽622、第三气槽623之间的间隔处相对应；第二端面上设置有多个与第四气槽624连通的第六气孔628，且每一个第六气孔628均与一个第四气槽624连通。

在上述实施例中，当吸盘22的位移轨迹进入直线段31时，与吸盘22连通的第一气孔611与第一气槽621连通，且与吸盘22连通的第二气孔612与任一气腔均隔离，这样，真空泵80可以将第一气槽621内的气体抽出，形成负压，吸盘22中的气体经过真空发生器24、三通管进入第一气槽621，从而使吸盘22内形成负压，吸盘22吸附在墙壁表面；当吸盘22的位移轨迹离开直线段31时，与吸盘22连通的第一气孔611与任一气腔均隔离，且与吸盘22连通的第二气孔612与第四气槽624连通，外部气体经过第四气槽624，再通过三通管进入真空发生器24，在进入吸盘22内，使吸盘22负压消失，从而使吸力消失，从而与壁面分离。

在上述实施例中，当吸盘22的位移轨迹进入第一弧形段321时，与吸盘22连通的第一气孔611与第二气槽622连通，且与吸盘22连通的第二气孔612与任一气腔均隔离，这样，真空泵80可以将第二气槽622内的气体抽出，形成负压，吸盘22中的气体经过真空发生器24、三通管进入第二气槽622，从而使吸盘22内形成负压，吸盘22吸附在墙壁表面；当吸盘22的位移轨迹离开第一弧形段321时，与吸盘22连通的第一气孔611与任一气腔均隔离，且与吸盘22连通的第二气孔612与第四气槽624连通，外部气体经过第四气槽624，再通过三通管进入真空发生器24，在进入吸盘22内，使吸盘22负压消失，从而使吸力消失，从而与壁面分离；当吸盘22的位移轨迹进入第二弧形段322时，与吸盘22连通的第一气孔611与第三气槽623连通，且与吸盘22连通的第二气孔612与任一气腔均隔离，真空泵80可以将第三气槽623内的气体抽出，形成负压，吸盘22中的气体经过真空发生器24、三通管进入第三气槽623，从而使吸盘22内形成负压，吸盘22吸附在墙壁表面；当吸盘22的位移轨迹离开第二弧形段322时，与吸盘22连通的第一气孔611与任一气腔均隔离，且与吸盘22连通的第二气孔612与第四气槽624连通，外部气体经过第四气槽624，再通过三通管进入真空发生器24，在进入吸盘22内，使吸盘22负压消失，从而使吸力消失，从而与壁面分离。

在上述实施例中，第一气槽621槽口的周向长度与气室62周向长度的比值，与直线段31长度与闭合曲线30长度的比值相等，可以使每个吸盘22位移轨迹进入直线段31时，该吸盘22所连通的第一气孔611正好与第一气槽621槽口连通，直到该吸盘22位移轨迹离开直线段31时，该第一气孔611正好与其他气槽隔离，并且第二气孔612与第四气槽624的槽口连通；第二气槽622的槽口周向长度与气室62周向长度的比值，与第一弧形段321长度与闭合曲线30长度的比值相等，使每个吸盘22位移轨迹进入第一弧形段321时，该吸盘22所连通的第一气孔611正好与第二气槽622槽口连通，直到该吸盘22位移轨迹离开第一弧形段321时，该第一气孔611正好与其他气槽隔离，并且第二气孔612与第四气槽624的槽口连通；第三气槽623的槽口周向长度与气室62周向长度的比值，与第一弧形段321长度与闭合曲线30长度的比值相等，这样设置，使每个吸盘22位移轨迹进入第二弧形段322时，该吸盘22所连通的第一气孔611正好与第三气槽623槽口连通，直到该吸盘22位移轨迹离开第二弧形段322时，该第一气孔611正好与其他气槽隔离，并且第二气孔612与第四气槽624的槽口连通。

在上述实施例中，控制阀包括第一控制阀、第二控制阀和第三控制阀，真空泵80分别与第一控制阀的第一端、第二控制阀的第一端、第三控制阀的第一端连通，第三气孔625与第一控制阀的第二端连通、第四气孔626与第二控制阀的第二端、第五气孔627与第三控制阀的第二端连通，所有第六气孔628均与大气连通。通过控制控制阀分别控制真空泵80对第一气槽621抽气、对第二气槽622和第三气槽623抽气或都不抽气，在直线运动状态下，第一控制阀开启，且第二控制阀、第三控制阀关闭；在转动状态下，第二控制阀、第三控制阀开启，且第一控制阀关闭。

在上述实施例中，还包括升降装置70，升降装置70设置在底座上，用于控制吸盘22贴至壁面上，在直线运动状态下，升降装置70控制位于直线段31路径内的吸盘22贴至壁面上；升降装置70分别设置在直线段31和弧形段32所对应的底座10上，升降装置包括气缸71和引导板72，气缸71与气源连接，引导板72连接在气缸活塞杆上，在转动状态下，气缸71推动引导板72，引导板72将位于弧形段32路径内的行走足的滑杆232下压，从而使吸盘22向壁面移动并吸附住，引导板72边缘设有斜面，通过引导板72的所有行走足都会被下压并吸附住壁面。机器人转弯时，位于弧形段32内的引导板72先落下，然后抬起直道引导板72，便可使机器人绕着弯道所对应的圆的圆心转动。

根据本发明的另一方面，还公开了一种爬墙机器人，包括上述的壁面行走机构。通过行走机构的多个吸盘22采用类D型位移轨迹，直线行走时，可以通过直段快速连续行走，转弯时可以通过弧形段连续转弯，而且保证多个吸盘22同时吸附在壁面上，更加稳定，越障能力更强，从而提高了机器人吸附机构的运动效率，大大提高了幕墙清洗效率。

工作原理：根据上述结构设计，在电机的带动下，链轮50转动，通过齿轮的传动，带动分气装置60的套筒61转动。当某一行走足运动到传动链40对应的直线段31或弧形段32时，其对应的第一气孔611也运动到相应的第一气槽621、第二气槽622、第三气槽623位置，并连通，此时真空泵80通过与上述气槽相对应的气孔(第三气孔625、第四气孔626、第五气孔627)将气槽内的气体抽出，第四气槽624对应位置封闭，使得真空发生器24产生吸力，同时升降装置70中的气缸71推动引导板72，引导板72向下压缩行走足的滑杆232，使吸盘22接触墙面，行走足吸附在地面上。当行走足的位移轨迹离开直线段31或弧形段32，进入连接段33时，其对应的第一气孔611也离开了对应的气室，此时第一气孔611封闭，第二气孔612接入下第四气槽624，通过第六气孔628与大气相连，吸盘22进气，不产生吸力，行走足在弹性件233的作用下沿着引导板72两侧的斜坡上升，离开墙面。第三、第四、第五气孔与真空泵80相连的气管上分别设置有控制阀，控制阀为电磁阀，通过控制电磁阀的开关，可选择只给对应直线段33的第一气槽621抽气或者只给对弧形段32的第二、第三气槽抽气，从而实现对机器人直线行走或者转向的控制。

采用这种行走方式，有以下5点优势：

1.机器人可以实现清洗过程中连续转弯和直线行走，具有很高的灵活性，提高了清洗效率。

2.传动链道具有微变形的特性，一方面可以起到缓冲作用，另一方面可以根据不平表面的形状做出被动微调，使得行走足可以更好贴合吸附表面。

3.采用多个吸盘协调行走，可以防止某些吸盘在行走中出现故障或者没能吸附住导致机器人无法行走甚至掉落的情况发生，保证机器人可以稳定吸附在球幕表面，提高了安全性。

4.传动链与多吸盘配合，使得机器人能够平稳、流畅地通过钢板之间的缝隙和钢板间的棱角。

5.采用两个弧形段时，弯道共圆，使得机器人可以实现原地任意方向转向，从而做到无死角清洗，同时也增加了机器人的灵活性。

显然，本发明的上述实施方式仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (18)

1.一种壁面行走机构，其特征在于，包括：

底座（10）；

运动机构（20），所述运动机构（20）设置在所述底座（10）上，所述运动机构（20）包括驱动装置（21）和吸盘（22），所述吸盘（22）为多个，且多个所述吸盘（22）间隔设置在所述驱动装置（21）上，所述驱动装置（21）驱动所述吸盘（22）产生位移，且每一所述吸盘（22）的位移轨迹形成闭合曲线（30）；

所述闭合曲线（30）具有直线段（31）、弧形段（32）和连接段（33），所述直线段（31）两端分别通过所述连接段（33）与所述弧形段（32）两端连接；

所述运动机构（20）具有直线运动状态和转动状态，

在所述直线运动状态下，当所述吸盘（22）的位移轨迹进入所述直线段（31）时，所述吸盘（22）吸附在壁面上，当所述吸盘（22）的位移轨迹离开所述直线段（31）时，所述吸盘（22）与所述壁面分离；

在所述转动状态下，当所述吸盘（22）的位移轨迹进入所述弧形段（32）时，所述吸盘（22）吸附在所述壁面上，当所述吸盘（22）的位移轨迹离开所述弧形段（32）时，与所述吸盘（22）与所述壁面分离；

所述壁面行走机构还包分气装置（60），所述分气装置（60）包括套筒（61）和气室（62），所述气室（62）固定设置在所述底座（10）上，所述套筒（61）可转动地套设在所述气室（62）上，且所述套筒（61）与所述气室（62）间密封设置；

所述气室（62）为柱状体，所述气室（62）沿侧壁周向划分为靠近所述气室（62）第一端面的第一区域和靠近所述气室（62）第二端面的第二区域；

在所述第一区域内，所述气室（62）沿其周向间隔设置有相互隔离的第一气槽（621）、第二气槽（622）、第三气槽（623）；

所述第一端面上分别设置有与所述第一气槽（621）连通的第三气孔（625）、与所述第二气槽（622）连通的第四气孔（626）、与所述第三气槽（623）连通的第五气孔（627）；

在所述第二区域内，所述气室（62）沿其周向间隔设置有多个第四气槽（624），且所述第四气槽（624）轴向上与所述第一气槽（621）、所述第二气槽（622）、所述第三气槽（623）之间的间隔处相对应；

所述第二端面上设置有多个与所述第四气槽（624）连通的第六气孔（628），且每一个所述第六气孔（628）均与一个所述第四气槽（624）连通。

2.根据权利要求1所述的壁面行走机构，其特征在于，所述弧形段（32）包括共圆心的第一弧形段（321）和第二弧形段（322），所述直线段（31）第一端通过所述连接段（33）与所述第一弧形段（321）第二端连接，所述第一弧形段（321）第一端通过所述连接段（33）与所述第二弧形段（322）第二端连接，所述第二弧形段（322）第一端通过所述连接段（33）与所述直线段（31）第二端连接。

3.根据权利要求2所述的壁面行走机构，其特征在于，所述驱动装置（21）包括电机、传动链（40）和链轮（50），所述电机和所述链轮（50）均设置在所述底座（10）上且所述电机与所述链轮（50）驱动连接，所述传动链（40）套设在所述链轮（50）上，所述吸盘（22）设置在所述传动链（40）上。

4.根据权利要求3所述的壁面行走机构，其特征在于，所述链轮（50）至少为5个，且所述链轮（50）沿所述闭合曲线（30）在所述底座（10）上的正投影间隔设置, 使所述传动链（40）的形状与所述正投影的形状相配合。

5.根据权利要求3所述的壁面行走机构，其特征在于，所述运动机构（20）还包括行走足，所述行走足包括连接组件（23）和真空发生器（24），所述连接组件（23）、真空发生器（24）的数量分别与所述吸盘（22）的数量相对应，所述连接组件（23）间隔设置在所述传动链（40）上，并与传动链（40）固定连接，且每一所述连接组件（23）上均设置有一个所述真空发生器（24），每一个所述真空发生器（24）的吸气口上均连接有一个所述吸盘（22）。

6.根据权利要求5所述的壁面行走机构，其特征在于，所述连接组件（23）包括：连接块（231）、滑杆（232）和弹性件（233），所述连接块（231）与所述传动链（40）连接，所述连接块（231）沿垂直所述底座（10）的方向设置有通孔，所述滑杆（232）穿设在所述通孔内，所述滑杆（232）靠近所述底座（10）的第一端上套设有弹性件（233），所述弹性件（233）支抵在所述滑杆（232）第一端与所述连接块（231）之间，所述真空发生器（24）设置在所述滑杆（232）的第二端上。

7.根据权利要求5所述的壁面行走机构，其特征在于，所述壁面行走机构还包括真空泵（80）和控制阀，所述真空泵（80）、所述控制阀和所述分气装置（60）均设置在底座（10）上，所述分气装置（60）位于所述传动链（40）内，所述真空泵（80）与所述控制阀的一端连通、所述分气装置（60）与所述控制阀的另一端连通连接，所述分气装置（60）还与所述真空发生器（24）的排气口连通。

8.根据权利要求7所述的壁面行走机构，其特征在于，所述套筒（61）上沿其周向间隔设置有第一气孔（611），所述第一气孔（611）的数量与所述吸盘（22）数量相对应；

所述套筒（61）上沿其周向还间隔设置有第二气孔（612），且所有所述第二气孔（612）均与一个所述第一气孔（611）在所述套筒（61）轴向上对应，形成一组气孔；

每一组所述气孔均通过一个三通管与一个所述真空发生器（24）连接。

9.根据权利要求8所述的壁面行走机构，其特征在于，

当所述吸盘（22）的位移轨迹进入所述直线段（31）时，与所述吸盘（22）连通的所述第一气孔（611）与所述第一气槽（621）连通，与所述吸盘（22）连通的所述第二气孔（612）与任一气腔均隔离；

当所述吸盘（22）的位移轨迹离开所述直线段（31）时，与所述吸盘（22）连通的所述第一气孔（611）与任一气腔均隔离，且与所述吸盘（22）连通的所述第二气孔（612）与所述第四气槽（624）连通。

10.根据权利要求9所述的壁面行走机构，其特征在于，

当所述吸盘（22）的位移轨迹进入所述第一弧形段（321）时，与所述吸盘（22）连通的所述第一气孔（611）与所述第二气槽（622）连通，且与所述吸盘（22）连通的所述第二气孔（612）与任一气腔均隔离；

当所述吸盘（22）的位移轨迹离开所述第一弧形段（321）时，与所述吸盘（22）连通的所述第一气孔（611）与任一气腔均隔离，且与所述吸盘（22）连通的所述第二气孔（612）与所述第四气槽（624）连通；

当所述吸盘（22）的位移轨迹进入所述第二弧形段（322）时，与所述吸盘（22）连通的所述第一气孔（611）与所述第三气槽（623）连通，且与所述吸盘（22）连通的所述第二气孔（612）与任一气腔均隔离；

当所述吸盘（22）的位移轨迹离开所述第二弧形段（322）时，与所述吸盘（22）连通的所述第一气孔（611）与任一气腔均隔离，且与所述吸盘（22）连通的所述第二气孔（612）与所述第四气槽（624）连通。

11.根据权利要求2所述的壁面行走机构，其特征在于，

所述第一气槽（621）槽口的周向长度与所述气室（62）周向长度的比值，与所述直线段（31）长度与所述闭合曲线（30）长度的比值相等；

所述第二气槽（622）的槽口周向长度与所述气室（62）周向长度的比值，与所述第一弧形段（321）长度与所述闭合曲线（30）长度的比值相等；

所述第三气槽（623）的槽口周向长度与所述气室（62）周向长度的比值，与所述第一弧形段（321）长度与所述闭合曲线（30）长度的比值相等。

12.根据权利要求7所述的壁面行走机构，其特征在于，所述控制阀包括第一控制阀、第二控制阀和第三控制阀，

所述真空泵（80）分别与所述第一控制阀的第一端、所述第二控制阀的第一端、所述第三控制阀的第一端连通；

所述第三气孔（625）与所述第一控制阀的第二端连通、所述第四气孔（626）与所述第二控制阀的第二端、所述第五气孔（627）与所述第三控制阀的第二端连通；

所有所述第六气孔（628）均与大气连通。

13.根据权利要求12所述的壁面行走机构，其特征在于，

在所述直线运动状态下，所述第一控制阀开启，且所述第二控制阀、所述第三控制阀关闭；

在所述转动状态下，所述第二控制阀、所述第三控制阀开启，且所述第一控制阀关闭。

14.根据权利要求1所述的壁面行走机构，其特征在于，所述壁面行走机构还包括升降装置（70），所述升降装置（70）设置在所述底座（10）上，用于控制所述吸盘（22）贴至所述壁面上。

15.根据权利要求14所述的壁面行走机构，其特征在于，在所述直线运动状态下，所述升降装置（70）控制位于所述直线段（31）路径内的吸盘（22）贴至所述壁面上。

16.根据权利要求15所述的壁面行走机构，其特征在于，在所述转动状态下，所述升降装置（70）控制位于所述弧形段（32）路径内的吸盘（22）贴至所述壁面上。

17.根据权利要求1所述的壁面行走机构，其特征在于，所述运动机构（20）为两个，且对称设置在所述底座（10）上，且两个所述驱动装置（21）的运动方向相反。

18.一种爬墙机器人，其特征在于，包括权利要求1-17任一项所述的壁面行走机构。

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