CN109178131A - 多层腿式爬壁机器人及爬壁装载系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多层腿式爬壁机器人，包括移动机架，所述移动机架上自顶面向底面并排设置有至少两层滑道，每层滑道中均可滑动地安装有用于保持移动机架与工作面之间间距的支撑腿机构，各个支撑腿机构上设置有能够着力在工作面上且互不干涉的执行单元。一种爬壁装载系统，包括卷扬机和上述的多层腿式爬壁机器人，所述卷扬机通过钢索与移动机架相连。采用本发明提供的多层腿式爬壁机器人及爬壁装载系统，结构新颖，设计巧妙，易于实现，零部件少，稳定可靠，安全性高，多层腿式爬壁机器人的机架在整个移动换位的过程中都能够控制与工作面之间的间距，为作业设备提供一个平稳的工作环境，大大提高了应用范围，丰富了应用场景。
Description
技术领域
本发明属于外立面行走装置技术领域，具体涉及一种多层腿式爬壁机器人及爬壁装载系统。
背景技术
爬壁机器人可广泛应用于石化企业、建筑高楼、造船等领域。爬壁机器人通过搭载不同的仪器设备，可代替人工在建筑或设备的工作面上进行作业，完成一些简单的作业任务，诸如清洗作业。
由于现有爬壁机器人的结构设计问题，爬壁机器人在移动换位时会出现倾斜或较大的颠簸，不能给作业设备提供平稳的工作环境，因而现有的爬壁机器人并不能执行高精度的喷涂和探伤等作业任务。
解决以上问题成为当务之急。
发明内容
为解决现有爬壁机器人不能给作业设备提供平稳的工作环境的技术问题，本发明提供一种多层腿式爬壁机器人及爬壁装载系统。
为实现上述目的，本发明技术方案如下：
一种多层腿式爬壁机器人，包括移动机架，其要点在于：所述移动机架上自顶面向底面并排设置有至少两层滑道，每层滑道中均可滑动地安装有用于保持移动机架与工作面之间间距的支撑腿机构，各个支撑腿机构上设置有能够着力在工作面上且互不干涉的执行单元。
采用以上结构，任意一个支撑腿机构着力在工作面上时，均能够支撑起整个多层腿式爬壁机器人，使移动机架能够在一个平面上相对着力的支撑腿机构进行升降或左右平移，到位后，与工作面分离的支撑腿机构着力在工作面上，移动机架能够沿该支撑腿机构移动，同时移动前就着力在工作面上的支撑腿机构则与工作面分离，能够沿移动机架平移，如此交替进行，使多层腿式爬壁机器人的机架在整个移动换位的过程中都能够控制并保持与工作面之间的间距，为作业设备提供一个平稳的工作环境。
作为优选：所述支撑腿机构包括能够沿对应滑道滑动的滑架，所述滑架从移动机架的两侧伸出后均连接有所述执行单元，靠近移动机架顶面的滑架上的两个执行单元之间的间距大于靠近移动机架底面的滑架上的两个执行单元之间的间距。采用以上结构，移动机架的两侧各设置有一列执行单元，既模仿昆虫腿部的设计，又使各个滑架在交替移动时执行单元不会发生干涉。
作为优选：在所述移动机架上设置有用于带动滑架滑动的滑架驱动组件，所述滑架驱动组件包括用于带动对应滑架滑动的链条组以及用于带动链条组的链条组执行电机。采用以上结构，结构简单，稳定可靠。
作为优选：所述链条组执行电机的电机轴通过电磁离合器与对应链条组的主动链轮连接。采用以上结构，能够更加精确地控制滑架的启停，准确控制各个滑架的行程。
作为优选：至少一个所述滑架中包括安装框和可滑动地安装在安装框上的平移框，所述安装框套装在平移框上，并可滑动地安装在对应滑道中，所述平移框能够在平移驱动组件的带动下向滑道两侧方向滑动。采用以上结构，将部分或全部滑架设计为套筒式的滑动配合设计，结构简单，稳定可靠，使多层腿式爬壁机器人实现了在水平方向上的移动。
作为优选：所述平移驱动组件包括丝杆、与丝杆相适应的螺母以及用于带动螺母转动的螺母驱动部件，所述丝杆固定安装在平移框上，所述螺母驱动部件带动螺母转动时，所述丝杆带动平移框沿安装框滑动。采用以上结构，能够精确控制滑架的平移距离。
作为优选：所述执行单元包括安装在对应滑架上的伸缩部件和至少一个安装在伸缩部件活动端的执行部件，所述伸缩部件用于带动各个对应的执行部件靠近或者远离移动机架的底面，所述执行部件能够着力在工作面上。采用以上结构，执行部件既能够抓紧工作面，又能够与工作面分离，从而使支撑腿机构既能支撑整个多层腿式爬壁机器人，又能配合多层腿式爬壁机器人的移动；并且，通过伸缩部件能够通过建筑或设备工作面上的障碍物，大大提高了多层腿式爬壁机器人的通过性。
作为优选：所述伸缩部件为伸缩气缸，伸缩气缸的缸体与对应的滑架固定连接，所述执行部件为负压吸盘，并分别安装在对应伸缩气缸的活塞杆上；在所述移动机架上设置有与各个伸缩气缸相连的空压机和与各个负压吸盘相连的真空泵。采用以上结构，负压吸盘能够稳定可靠地吸附在建筑或设备的工作面上，伸缩气缸则能够控制负压吸盘的位置，同时，活塞杆向外伸出时，能够对负压吸盘施加一定的压力，提高负压吸盘吸附在工作面上的可靠性。
一种爬壁装载系统，其要点在于：包括卷扬机和上述的多层腿式爬壁机器人，所述卷扬机通过钢索与移动机架相连。
采用以上结构，卷扬机既能配合多层腿式爬壁机器人进行爬升，又能在多层腿式爬壁机器人平移或升降时对其启动保护作用，防止掉落，大大提高了多层腿式爬壁机器人的安全性。
作为优选：所述卷扬机安装在移动平台上。采用以上结构，能够快速便捷地移动换位，大大提高了爬壁装载系统使用的灵活性。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
采用本发明提供的多层腿式爬壁机器人及爬壁装载系统，结构新颖，设计巧妙，易于实现，零部件少，稳定可靠，安全性高，多层腿式爬壁机器人的机架在整个移动换位的过程中都能够控制并保持与工作面之间的间距，为作业设备提供一个平稳的工作环境，大大提高了应用范围，丰富了应用场景。
附图说明
图1为爬壁装载系统在建筑外立面上的使用状态示意图；
图2为多层腿式爬壁机器人的立体结构示意图；
图3为多层腿式爬壁机器人的平面结构示意图；
图4为图3的右视图；
图5为多层腿式爬壁机器人处于爬升模式的工作示意图；
图6为多层腿式爬壁机器人处于平移模式的工作示意图。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
如图1～图4所示，一种多层腿式爬壁机器人，包括移动机架1，所述移动机架1上自顶面向底面并排设置有至少两层滑道11，每层滑道11中均可滑动地安装有用于保持移动机架1与工作面之间间距的支撑腿机构2，各个支撑腿机构2上设置有能够着力在工作面上且互不干涉的执行单元22。通过机架1与各个支撑腿机构2的相互配合，使多层腿式爬壁机器人能够在建筑物或设备的工作面上进行垂向攀爬和水平移动，同时具备跨越障碍物的能力。并且，移动机架1与工作面之间间距可根据需要进行适当调节或保持不变，为作业设备提供一个平稳的工作环境，大大提高了应用范围，丰富了应用场景。
请参见图2～图4，所述支撑腿机构2包括能够沿对应滑道11滑动的滑架21，所述滑架21从移动机架1的两侧伸出后均连接有所述执行单元22，靠近移动机架1顶面的滑架21上的两个执行单元22之间的间距大于靠近移动机架1底面的滑架21上的两个执行单元22之间的间距。需要指出的是，在所述移动机架1上设置有用于带动滑架21滑动的滑架驱动组件3，使机架1与各个支撑腿机构2配合，实现在建筑物或设备的工作面上进行垂向的攀爬。
请参见图3和图4，所述滑架驱动组件3可以采用气缸、油缸、电推杆、直线电机等装置，只要能够带动滑架21沿滑道11滑动即可。本实施例中，所述滑架驱动组件3优选为用于带动对应滑架21滑动的链条组31以及用于带动链条组221的链条组执行电机32。所述链条组执行电机32的电机轴通过电磁离合器33与对应链条组31的主动链轮连接。电机带动链条组31的主动链轮转动，链条组31的主动链轮带动链条组的链条转动，链条组31的链条带动滑架21沿对应的滑道11滑动。
请参见图2，至少一个所述滑架21包括安装框211和可滑动地安装在安装框211上的平移框212，具体地说，为避免发生干涉，各个滑架21的长度自移动机架1的顶面向底面逐渐缩短，本实施例中选取最长的一个滑架21(即最靠近移动机架1顶面的一个滑架21)设计为由安装框211和平移框212组成，其余滑架21为一个固定框架。
所述安装框211套装在平移框212上，并可滑动地安装在对应滑道11中，所述平移框212能够在平移驱动组件4的带动下向滑道11两侧方向滑动。需要指出的是，所述平移框212的滑动方向、安装框211的滑动方向和执行单元22的伸缩方向两两相互垂直。
请参见图2，所述平移驱动组件4包括丝杆41、与丝杆41相适应的螺母42以及用于带动螺母42转动的螺母驱动部件43，所述丝杆41固定安装在平移框212上，所述螺母驱动部件43带动螺母42转动时，所述丝杆41带动平移框212沿安装框211滑动。所述螺母驱动部件43包括控制电机431、减速器432和蜗杆433，所述螺母42的外壁上加工有与蜗杆433相适应的斜齿，控制电机431通过减速器432带动蜗杆433转动时，蜗杆433带动螺母42转动，螺母42带动丝杆41平移，丝杆41带动平移框212与其同步移动，即平移框212沿安装框211滑动。
请参见图2～图4，所述执行单元22包括安装在对应滑架21上的伸缩部件221和至少一个安装在伸缩部件221活动端的执行部件222，所述伸缩部件221用于带动各个对应的执行部件222靠近或者远离移动机架1的底面，所述执行部件222能够着力在工作面上。所述伸缩部件221为伸缩气缸，伸缩气缸的缸体与对应的滑架21固定连接，所述执行部件222为负压吸盘，并分别安装在对应伸缩气缸的活塞杆上；在所述移动机架1上设置有与各个伸缩气缸相连的空压机5和与各个负压吸盘相连的真空泵6。即各个伸缩气缸分别通过气管与空压机5相连，通过空压机5即能够控制各个伸缩气缸的状态。各个负压吸盘通过气管与真空泵6相连，通过真空泵6即能够控制各个负压吸盘的状态。需要指出的是，所述伸缩部件221还可以采用电推杆等能够伸缩的驱动设备，所述执行部件222还可以采用其它能够附着在工作面上，并能够支撑整个多层腿式爬壁机器人的其它部件。
一种爬壁装载系统，包括卷扬机7和上述的多层腿式爬壁机器人，所述卷扬机7通过钢索71与移动机架1相连。卷扬机7既能配合多层腿式爬壁机器人进行爬升，又能在多层腿式爬壁机器人平移或升降时对其启动保护作用，防止掉落，大大提高了多层腿式爬壁机器人的安全性。并且，所述卷扬机7安装在移动平台8上，以便于卷扬机7的快速换位。
本发明的工作过程如下：
升降(请参见图5)：多层腿式爬壁机器人的其中一部分支撑腿机构2的执行单元22吸附在建筑或设备的工作面上，起到支撑效果，另一部分支撑腿机构2的执行单元22与工作面分离，移动机架1相对吸附在工作面上的支撑腿机构2升降，同时，与工作面分离的支撑腿机构2能够相对移动机架1升降，支撑腿机构2的升降速度(距离)大于移动机架1的升降速度(距离)，当与工作面分离的支撑腿机构2达到移动机架1的顶端或底端预定位置后，这部分支撑腿机构2的执行单元22再吸附在工作面上，升降前吸附在工作面上的执行单元22则与工作面分离，如此交替进行，实现了爬壁机器人能够沿建筑或设备的工作面进行垂向移动。
平移(请参见图6)：由于部分滑架21能够在平移驱动组件4的带动下向移动机架1的两侧平移，到达预定位置后，该部分滑架21的执行单元22吸附在建筑或设备的工作面上，另一部分支撑腿机构2的执行单元22与工作面分离，移动机架1沿吸附在工作面上的支撑腿机构2水平移动，到达预定位置后，与工作面分离的那些执行单元22再次吸附在建筑或设备的外立面上，如此交替进行，则实现了爬壁机器人能够沿建筑或设备外立面进行水平移动。
跨越障碍物：由于执行单元22的执行部件222能够在伸缩部件221的带动下靠近或者远离建筑或设备的外立面，不仅能够配合实现水平和垂向的移动，而且使爬壁机器人能够跨越建筑或设备外立面上的障碍。
最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种多层腿式爬壁机器人，包括移动机架(1)，其特征在于：所述移动机架(1)上自顶面向底面并排设置有至少两层滑道(11)，每层滑道(11)中均可滑动地安装有用于保持移动机架(1)与工作面之间间距的支撑腿机构(2)，各个支撑腿机构(2)上设置有能够着力在工作面上且互不干涉的执行单元(22)。
2.根据权利要求1所述的多层腿式爬壁机器人，其特征在于：所述支撑腿机构(2)包括能够沿对应滑道(11)滑动的滑架(21)，所述滑架(21)从移动机架(1)的两侧伸出后均连接有所述执行单元(22)，靠近移动机架(1)顶面的滑架(21)上的两个执行单元(22)之间的间距大于靠近移动机架(1)底面的滑架(21)上的两个执行单元(22)之间的间距。
3.根据权利要求2所述的多层腿式爬壁机器人，其特征在于：在所述移动机架(1)上设置有用于带动滑架(21)滑动的滑架驱动组件(3)，所述滑架驱动组件(3)包括用于带动对应滑架(21)滑动的链条组(31)以及用于带动链条组(221)的链条组执行电机(32)。
4.根据权利要求3所述的多层腿式爬壁机器人，其特征在于：所述链条组执行电机(32)的电机轴通过电磁离合器(33)与对应链条组(31)的主动链轮连接。
5.根据权利要求2所述的多层腿式爬壁机器人，其特征在于：至少一个所述滑架(21)包括安装框(211)和可滑动地安装在安装框(211)上的平移框(212)，所述安装框(211)套装在平移框(212)上，并可滑动地安装在对应滑道(11)中，所述平移框(212)能够在平移驱动组件(4)的带动下向滑道(11)两侧方向滑动。
6.根据权利要求5所述的多层腿式爬壁机器人，其特征在于：所述平移驱动组件(4)包括丝杆(41)、与丝杆(41)相适应的螺母(42)以及用于带动螺母(42)转动的螺母驱动部件(43)，所述丝杆(41)固定安装在平移框(212)上，所述螺母驱动部件(43)带动螺母(42)转动时，所述丝杆(41)带动平移框(212)沿安装框(211)滑动。
7.根据权利要求1所述的多层腿式爬壁机器人，其特征在于：所述执行单元(22)包括安装在对应滑架(21)上的伸缩部件(221)和至少一个安装在伸缩部件(221)活动端的执行部件(222)，所述伸缩部件(221)用于带动各个对应的执行部件(222)靠近或者远离移动机架(1)的底面，所述执行部件(222)能够着力在工作面上。
8.根据权利要求7所述的多层腿式爬壁机器人，其特征在于：所述伸缩部件(221)为伸缩气缸，伸缩气缸的缸体与对应的滑架(21)固定连接，所述执行部件(222)为负压吸盘，并分别安装在对应伸缩气缸的活塞杆上；在所述移动机架(1)上设置有与各个伸缩气缸相连的空压机(5)和与各个负压吸盘相连的真空泵(6)。
9.一种爬壁装载系统，其特征在于：包括卷扬机(7)和权利要求1～8中任一项所述的多层腿式爬壁机器人，所述卷扬机(7)通过钢索(71)与移动机架(1)相连。
10.根据权利要求9所述的爬壁装载系统，其特征在于：所述卷扬机(7)安装在移动平台(8)上。
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