CN110328658B - 模块化拼装的高空作业机器人系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种模块化拼装的高空作业机器人系统，包括：至少一个作业单元，至少一个行走单元，连接各个所述作业单元和各个所述行走单元的一个连接单元。本申请这种高空作业机器人系统结构简单巧妙，成本低廉，成倍地提升了高空作业效率。

Description

模块化拼装的高空作业机器人系统

技术领域

本申请涉及高空作业领域，具体涉及一种模块化拼装的高空作业机器人系统。

背景技术

高空作业是高危工作行业，高空作业人员长期在室外恶劣的环境下工作，危险性极高，经常出现安全事故；随着社会老龄化的发展，人工成本不断增长，因此在高空作业领域，大有机器替代人工趋势，近几年，国内外涌现出多个高空作业机器人研发公司，针对高空作业行业研发机器人来替代人工作业。

当前，人工高空作业行业门槛较低，竞争激烈，由于高空作业机器人初期投入成本较高，想要替代人工就需要不断提高机器人效率，降低成本，才能够满足市场需求，得到市场认可。那么高空作业机器人产品在功能满足的情况下，要解决机器人进行高空作业时如何提高工作效率的问题。

目前大多数高空作业机器人的效率跟人工清洗效率相当，机器人的效率主要取决于高空作业机器人的速度和作业面积，所以有部分机器人产品通过提升机器人的速度来提供效率，还有部分机器人是把机器人的作业部件加长，提高作业面积达到单位时间效率提高。

提高机器人速度的方案，其缺点是机器人的速度不能无限提高，受机器人的作业质量影响，因为机器人的运行速度跟作业部件和高空作业要求有关，单纯的速度提高了很多场景达不到要求，如高空外墙清洗机器人，速度提高后容易导致外墙洗不干净；高空喷涂机器人要速度提高后容易导致喷涂效果达不到要求；所以提升速度代理的效率提升很有限。

机器人作业部件加长的方案，其缺点也是受机器人结构和架构设计的限制，大多数机器人的作业部件能够加长的量极少，如果作业部件加长较多，超过机器人本身设计要求则会导致机器人的风险及作业效果差等问题，所以也是没法很好的解决机器人效率的问题。加长现有机器人作业部件的方式提升效率效果有限。

发明内容

本申请目的是：针对上述问题，提出一种模块化拼装的高空作业机器人系统，其结构简单巧妙，成本低廉，大大提高了作业效率。

本申请的技术方案是：

一种模块化拼装的高空作业机器人系统，包括：

至少一个作业单元，

至少一个行走单元，以及

连接各个所述作业单元和各个所述行走单元的一个连接单元。

本申请在上述技术方案的基础上，还包括以下优选方案：

所述连接单元包括至少两个作业单元接入公端和至少两个行走单元接入公端，所述作业单元包括与所述作业单元接入公端相适配的作业单元接入母端，所述行走单元包括与所述行走单元接入公端相适配的行走单元接入母端。

所述连接单元包括横向布置的金属杆，所述行走单元上贯通设置套孔，所述金属杆穿入所述行走单元上的所述套孔从而实现所述金属杆与所述行走单元的连接。

所述作业单元包括连接于其上的绳索，所述作业单元上的所述绳索捆扎固定于所述金属杆上，从而实现所述作业单元与所述金属杆的连接。

所述连接单元还包括横移驱动组件，所述作业单元与所述金属杆通过所述横移驱动组件活动连接。

所述横移驱动组件为丝杠，所述丝杠包括：

与所述金属杆平行固定的丝杆轴，

活动套设于所述丝杆轴外的螺母座，

枢转安装于所述螺母座上、且与所述丝杠轴螺纹连接的丝杆螺母，以及

固定于所述螺母座上、与所述丝杆螺母相连、以驱动所述丝杆螺母转动的电机；

所述作业单元与所述螺母座固定连接。

所述横移驱动组件包括：

与所述金属杆平行固定的齿条，

活动套设于所述齿条外的齿轮座，

枢转安装于所述齿轮座上、并且与所述齿条啮合连接的齿轮，以及

固定于所述齿轮座上、并与所述齿轮相连、以驱动所述齿轮转动的电机；

所述作业单元与所述齿轮座固定连接。

所述横移驱动组件包括：

分别旋转安装于所述金属杆两端的两个传动轮，

绕接于所述两个传动轮之间的回转带，

与其中一个传动轮、以驱动该传动轮转动的电机，以及

与所述回转带固定连接的皮带夹；

所述作业单元与所述皮带夹固定连接。

所述行走单元包括：

行走单元本体，

安装于所述行走单元本体上的摩擦轮，

与所述摩擦轮相连的吊索，以及

安装于所述行走单元本体上、且与所述摩擦轮传动连接的电机；

所述套孔设置于所述行走单元本体上。

所述行走单元包括：

卷筒，

缠绕于所述卷筒外、且一端与所述连接单元相连的钢丝绳，以及

与所述卷筒相连、以驱动所述卷筒收卷/放卷所述钢丝绳的电机。

所述连接单元上设置有用于将其与另一连接单元固定连接的拼接组件。

本申请具有以下有益效果是：

1、本申请这种高空作业机器人系统中行走单元和作业单元的数量可根据使用需要随意增减，能够成倍的增加作业面积，提高作业效率，大大降低了高空作业成本，并且能够适应更多的建筑物外墙施工环境。

2、各个行走单元、作业单元和连接单元可分开运输，运至现场后再相互拼装形成大的机器人系统，方便实用。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步介绍：

图1为本申请实施例一中配置五个作业单元和两个行走单元的高空作业机器人系统的平面结构示意图；

图2为本申请实施例一中配置五个作业单元和两个行走单元的高空作业机器人系统的立体结构示意图；

图3为本申请实施例一中单个行走单元与连接单元的装配结构示意图；

图4为本申请实施例一中两个单个行走单元与连接单元的装配结构示意图；

图5为本申请实施例一中配置五个作业单元和四个行走单元的高空作业机器人系统的立体结构示意图；

图6为本申请实施例一中配置一个作业单元和两个行走单元的高空作业机器人系统的立体结构示意图；

图7为本申请实施例一中配置三个作业单元和两个行走单元的高空作业机器人系统的立体结构示意图；

图8为本申请实施例二高空作业机器人系统局部结构示意图；

图9为图8的局部放大图；

图10为本申请实施例二高空作业机器人系统局部结构示意图；

图11为图10的局部放大图；

图12为本申请实施例二高空作业机器人系统局部结构示意图；

图13为图12的局部放大图；

其中：1-作业单元，2-行走单元，3-连接单元，1a-绳索，2a-套孔，201-行走单元本体，202-摩擦轮，203-吊索，301-金属杆，302-螺母座，303-丝杆螺母，304-电机，305-齿条，306-齿轮座，307-齿轮，308-传动轮，309-回转带，310-皮带夹，311-丝杆轴。

具体实施方式

实施例一：

图1示出了本申请这种模块化拼装的高空作业机器人系统的一个具体实施例，其包括五个作业单元1、两个行走单元2以及连接前述五个作业单元1和两个行走单元2的一个连接单元3。

上述每个作业单元1都可以独立运行作业，其包括作业单元本体以及安装于作业单元本体上的各类用于高空作业的工作组件，前述工作组件可以是用于高空清洗作业的清洗组件，也可以是用于高空喷涂作业的喷涂组件，还可以是用于检测玻璃幕墙中玻璃质量的玻璃检测组件等等，在实际应用时，工作组件的种类可根据作业需求而相应选择。前述清洗组件通常包括毛刷和刮条等工件，喷涂组件通常包括喷嘴和气缸等工件。

图1和图2中五个作业单元1中的工作组件可以全部是用于清洗墙面的清洗组件，或者全部是用于喷涂作业的喷涂组件，或者全部是玻璃检测组件。也可以其中几个作业单元1配置清洗组件，另外几个作业单元1配置玻璃检测组件，实现对玻璃清洗的同时检测玻璃质量。

本实施例在上述作业单元本体上还安装有吸附组件，从而可以在作业时利用吸附组件将该作业单元吸附固定于墙面上，进而提升作业单元对墙面的作业质量。前述吸附组件包括吸盘以及与吸盘相连的负压风机等部件。

上述每个行走单元2都可以独立运行行走，其用于带动高空作业机器人沿着墙面行走。本实施例中，该行走单元2包括行走单元本体201，行走单元本体201上安装有摩擦轮202和电机，摩擦轮202上连接吊索203，电机与摩擦轮202传动连接以带动摩擦轮202转动。实际应用时，前述吊索203的一端固定在高处(比如楼顶)而从高空垂下，电机带动摩擦轮202转动，摩擦轮沿着吊索203上升或下降，从而带动机器人移动。摩擦轮与吊索之间有足够摩擦力从而保证摩擦轮与绳索不会打滑。

当然，上述行走单元2也可以本领域技术人员所熟知的各种其他结构，比如卷扬机形式的行走单元，这种形式的行走单元主要由卷筒、缠绕于卷筒外的钢丝绳、与卷筒相连以驱动卷筒收卷/放卷前述钢丝绳的电机构成。电机和卷筒布置于高空位置(比如楼顶)，钢丝绳从高空垂下并与连接单元3固定连接。工作时，通过电机单带卷筒转动而卷绕或者放开钢丝绳，进而带动连接单元3和工作单元1沿工作面(比如墙面)上下移动。

本实施例中，上述连接单元3的结构非常简单，其主要由两根一上一下相互平行布置的金属杆301构成，金属杆301的截面为方形。作业单元1包括连接于其上的绳索1a，行走单元2d上贯通设置有与前述两根方形金属杆相适配的上下两组套孔2a。安装时，作业单元1上的绳索1a捆扎固定于下方的那根金属杆301上，从而实现作业单元1与金属杆301的连接，金属杆301穿入行走单元2上的套孔2a并借助锁紧螺丝将金属杆301与行走单元2紧固连接。

上述绳索1a具体连接于作业单元本体上，上述套孔2a具体设置于行走单元本体上。

本实施例之所以配置两根上述的金属杆301，是为了保证行走单元2安装位置的稳定性。如若为了节省成本或其他考虑，也可以只配置一根方形的金属杆301。

不难理解，只要上述金属杆301的长度足够大，其就能够连接非常多的作业单元1和行走单元2。

如果为了让该连接单元3能够连接更多的作业单元1和行走单元2而直接将金属杆301做的非常长，不仅不方便金属杆301的存储和运输，而且在实际应用中若只需配置少量的作业单元1和行走单元2(如图)，那么金属杆301的很多杆段长度处于闲置状态，使用不便且浪费能源。故而，我们可以在连接单元3上设置有用于将其与另一连接单元3固定连接的拼接组件。比如：在金属杆的端部设置插接口，实际应用时，如果需要的作业单元1和行走单元2数量较多，则利用金属杆端部的插接口将多根金属杆301插接在一起；如果需要的作业单元1和行走单元2数量较少，则拆除多余的金属杆。

当然，我们也可以将上述金属杆301设置为多段伸缩式结构(伸缩杆)，在实际应用中，如果需要的作业单元1和行走单元2数量较多，则利用金属杆拉伸伸长；如果需要的作业单元1和行走单元2数量较少，则将金属杆缩短。

若在实际应用中为满足使用要求而需要将行走单元2的数量增加至四个，只需再配置两个新的行走单元2，并将这两个行走单元2(的套孔2a)穿套于金属杆301外并借助螺丝锁紧固定即可，如图5。若在实际应用中需要将作业单元1减少至一个，只需解开其中四个作业单元1上的绳索1a，将这四个作业单元拆除即可,如图6。若实际应用中需要将作业单元1减少至三个，只需解开其中两个作业单元1上的绳索，将这两个作业单元拆除即可,如图7。如果需要增加作业单元1的数量，则将新增作业单元1的绳索1a捆绑固定于金属杆301上合适位置即可。

上述连接单元3也可以采用其他各种结构形式，不过，无论该连接单元3采用何种结构，其应当带有多个作业单元接入公端和多个行走单元接入公端，对应地，作业单元1带有与前述作业单元接入公端相适配的作业单元接入母端，行走单元2带有与前述行走单元接入公端相适配的行走单元接入母端。这样，连接单元3上的每一个作业单元接入公端均能够对应地连接一个作业单元1，每一个行走单元接入公端均能够对应地连接一个行走单元2。假设连接单元3上一共配置有N1个作业单元接入公端和N2个行走单元接入公端,那么该连接单元3最多可以将N1个作业单元和N2个行走单元连接在一起。比如：在实际应用中，如果只需配置一个作业单元1和两个行走单元2，那么只使用连接单元3上的一个作业单元接入公端和两个行走单元接入公端即可，连接单元3上其余的N1-1个作业单元接入公端和N2-2个行走单元接入公端闲置，如图6；如果只需配置三个作业单元1和两个行走单元2，那么只使用连接单元3上的三个作业单元接入公端和两个行走单元接入公端即可，连接单元3上其余的N1-3个作业单元接入公端和N2-2个行走单元接入公端闲置，如图7；如果需要配置五个作业单元1和四个行走单元2，那么只需使用连接单元3上的五个作业单元接入公端和四个行走单元接入公端即可，其余的N1-5个作业单元接入公端和N2-4个行走单元接入公端闲置，如图5。

对应地，在本实施例中，上述金属杆301的杆体相当于作业单元接入公端和行走单元接入公端，而金属杆301的长度决定了作业单元接入公端和行走单元接入公端的数量：金属杆301越长，作业单元接入公端和行走单元接入公端数量越多，其能连接的作业单元和行走单元的数量就越多。作业单元1上的绳索1a相当于上述的作业单元接入母端，行走单元2上的套孔2a相当于上述的行走单元接入母端。

实施例二：

图8和图9示出了本申请这种模块化拼装的高空作业机器人系统的第二个具体实施例，本实施例的机器人系统与实施例一的结构基本相同，二者的区别在于：本实施例中，金属杆式的连接单元3上还配置有横移驱动组件，作业单元1与金属杆301通过横移驱动组件活动连接，如此使得在实际应用时，作业单元1能够沿金属杆301横向移动，从而增大作业面积。

上述横移驱动组件为丝杠，该丝杠包括：

与金属杆301平行固定(即相互平行且相互固定)的丝杆轴311，

活动套设于丝杆轴311外的螺母座302，

旋转安装于螺母座302上、且与丝杠轴311螺纹连接的丝杆螺母303，以及

固定于螺母座302上、与丝杆螺母303相连、以驱动丝杆螺母303转动的电机304。

作业单元1与螺母座302固定连接。

工作时，电机304通电运行带动丝杆螺母303旋转，丝杆螺母303沿丝杆轴311左右移动，从而带动螺母座302左右移动，进而带动与该螺母座固定的作业单元1左右移动。

实施例三：

图10和图11示出了本申请这种模块化拼装的高空作业机器人系统的第三个具体实施例，本实施例的机器人系统与实施例二的结构基本相同，二者的区别仅在于横移驱动组件的结构形式，本实施例中的横移驱动组件为齿条式传动结构，其包括：

与金属杆301平行固定的齿条305，

活动套设于齿条305外的齿轮座306，

旋转安装于齿轮座306上、并且与齿条305啮合连接的齿轮307，以及

固定于齿轮座306上、并与齿轮307相连、以驱动齿轮307转动的电机304。

作业单元1与齿轮座306固定连接。

工作时，电机304通电运行带动齿轮307旋转，齿轮307沿齿条305左右移动，从而带动齿轮座306左右移动，进而带动与该齿轮座306固定的作业单元1左右移动。

实施例四：

图12和图13示出了本申请这种模块化拼装的高空作业机器人系统的第四个具体实施例，本实施例的机器人系统与实施例二的结构基本相同，二者的区别同样仅在于横移驱动组件的结构形式，本实施例中的横移驱动组件为皮带式传动结构，其包括：

分别旋转安装于金属杆301两端的两个传动轮308，

绕接于两个传动轮308之间的回转带309，

与其中一个传动轮308、以驱动该传动轮转动的电机，以及

与回转带309固定连接的皮带夹310。

作业单元1与皮带夹310固定连接。

工作时，电机通电运行带动传动轮308旋转，传动轮308带动回转带309逆时针或顺时针旋转，从而拖动皮带夹310左右移动，进而带动与该皮带夹310固定的作业单元1左右移动。

单靠回转带309难以承重作业单元1的重量，故本实施例将上述的皮带夹310活动支撑于金属杆301上。

当然，上述实施例只为说明本申请的技术构思及特点，其目的在于让人们能够了解本申请的内容并据以实施，并不能以此限制本申请的保护范围。凡根据本申请主要技术方案的精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种模块化拼装的高空作业机器人系统，其特征在于，包括：

至少一个作业单元(1)，每个作业单元独立运行作业，包括作业单元本体以及安装于作业单元本体上的工作组件，不同所述作业单元中所述工作组件的功能相同或者不相同，

至少一个行走单元(2)，每个所述行走单元可以独立运行行走，以及

连接各个所述作业单元(1)和各个所述行走单元(2)的一个连接单元(3)；

所述连接单元(3)包括横向布置的金属杆(301)，所述行走单元(2)上贯通设置套孔(2a)，所述金属杆(301)穿入所述行走单元(2)上的所述套孔从而实现所述金属杆(301)与所述行走单元(2)的连接，所述作业单元(1)包括连接于其上的绳索(1a)，所述作业单元(1)上的所述绳索(1a)捆扎固定于所述金属杆(301)上，从而实现所述作业单元(1)与所述金属杆(301)的连接；

其中，所述连接单元(3)包括至少两个作业单元接入公端和至少两个行走单元接入公端，所述作业单元(1)包括与所述作业单元接入公端相适配的作业单元接入母端，所述行走单元(2)包括与所述行走单元接入公端相适配的行走单元接入母端。

2.根据权利要求1所述的模块化拼装的高空作业机器人系统，其特征在于，所述连接单元(3)还包括横移驱动组件，所述作业单元(1)与所述金属杆(301)通过所述横移驱动组件活动连接。

3.根据权利要求2所述的模块化拼装的高空作业机器人系统，其特征在于，所述横移驱动组件为丝杠，所述丝杠包括：

与所述金属杆(301)平行固定的丝杆轴(311)，

活动套设于所述丝杆轴(311)外的螺母座(302)

枢转安装于所述螺母座(302)上、且与所述丝杠轴(302)螺纹连接的丝杆螺母(303)，以及

固定于所述螺母座(302)上、与所述丝杆螺母(303)相连、以驱动所述丝杆螺母(303)转动的电机(304)；

所述作业单元(1)与所述螺母座(302)固定连接。

4.根据权利要求2所述的模块化拼装的高空作业机器人系统，其特征在于，所述横移驱动组件包括：

与所述金属杆(301)平行固定的齿条(305)，

活动套设于所述齿条(305)外的齿轮座(306)，

枢转安装于所述齿轮座(306)上、并且与所述齿条(305)啮合连接的齿轮(307)，以及

固定于所述齿轮座(306)上、并与所述齿轮(307)相连、以驱动所述齿轮(307)转动的电机(304)；

所述作业单元(1)与所述齿轮座(306)固定连接。

5.根据权利要求2所述的模块化拼装的高空作业机器人系统，其特征在于，所述横移驱动组件包括：

分别旋转安装于所述金属杆(301)两端的两个传动轮(308)，

绕接于所述两个传动轮(308)之间的回转带(309)，

与其中一个传动轮(308)、以驱动该传动轮转动的电机，以及

与所述回转带(309)固定连接的皮带夹(310)；

所述作业单元(1)与所述皮带夹(310)固定连接。

6.根据权利要求1所述的模块化拼装的高空作业机器人系统，其特征在于，所述行走单元(2)包括：

行走单元本体(201)，

安装于所述行走单元本体上的摩擦轮(202)，

与所述摩擦轮相连的吊索(203)，以及

安装于所述行走单元本体上、且与所述摩擦轮传动连接的电机；

所述套孔(2a)设置于所述行走单元本体(201)上。

7.根据权利要求1所述的模块化拼装的高空作业机器人系统，其特征在于，所述行走单元(2)包括：

卷筒，

缠绕于所述卷筒外、且一端与所述连接单元相连的钢丝绳，以及

与所述卷筒相连、以驱动所述卷筒收卷/放卷所述钢丝绳的电机。

8.根据权利要求1所述的模块化拼装的高空作业机器人系统，其特征在于，所述连接单元(3)上设置有用于将其与另一连接单元(3)固定连接的拼接组件。

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