CN110341825A - 爬壁机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种爬壁机器人，包括基座、爬行臂、吸附件及增压风扇，爬行臂为至少四个，其中四个爬行臂分别设于基座的四个边角处，吸附件与爬行臂对应设置，增压风扇设于基座上，吸附件与增压风扇分别设于基座的两侧，增压风扇朝向远离基座的方向吹风。上述爬壁机器人，通过增压风扇的旋转产生朝向基座方向的推力，即使爬壁机器人呈垂直或负角度时，增压风扇产生的推力可与重力平衡，辅助吸附件使爬壁机器人能够吸附于管道内壁上，则爬壁机器人能够在管道内稳定移动，增压风扇的辅助效果降低了对吸附强度的要求，吸附件的吸附力可相应降低，使吸附件脱离管道内壁的力也可相应减小，爬壁机器人的移动更方便，具有更自由的步态。

Description

爬壁机器人

技术领域

本发明涉及一种设备维护检修技术领域，特别是涉及一种爬壁机器人。

背景技术

在一些管道型的设备中，比如变电站GIS开关，在运行一段时间后，就需要查看其内部管道的状态。这些内部管道为圆柱状的，这些内部管道要求爬壁机器人既能够在竖直面爬行，还能够在负表面爬行，并且管道是圆柱状的，还要求爬壁机器人具有曲面爬行的能力。由于爬壁机器人自身重力，当吸附力不够，使得爬壁机器人难以在负表面上稳定爬行；当吸附力足够时可与爬壁机器人自身重力平衡，但爬壁机器人在抬腿爬行中吸附力比较大，也会影响使用。

发明内容

基于此，本发明在于克服现有技术的缺陷，提供一种能够在GIS内部管道内稳定移动的爬壁机器人。

其技术方案如下：

一种爬壁机器人，包括基座、爬行臂、吸附件及增压风扇，所述爬行臂为至少四个，其中四个所述爬行臂分别设于所述基座的四个边角处，所述吸附件与所述爬行臂对应设置，所述增压风扇设于所述基座上，所述吸附件与所述增压风扇分别设于所述基座的两侧，所述增压风扇朝向远离所述基座的方向吹风。

上述爬壁机器人，通过增压风扇的旋转产生朝向基座方向的推力，即使爬壁机器人呈垂直或负角度时，增压风扇产生的推力可与重力平衡，辅助吸附件使爬壁机器人能够吸附于管道内壁上，则爬壁机器人能够在管道内稳定移动，同时由于增压风扇减轻了对吸附件的要求，可降低对吸附件的吸附强度的要求或减少吸附件的大小，降低了生产成本，且增压风扇的辅助效果降低了对吸附强度的要求，因此吸附件的吸附力可相应降低，则在爬行壁需要移动时使吸附件脱离管道内壁的力也可相应减小，爬壁机器人的移动更方便，具有更自由的步态。

在其中一个实施例中，所述爬行臂围成用于安装所述增压风扇的安装空间，所述增压风扇设于所述安装空间内。

在其中一个实施例中，所述吸附件包括吸盘，所述吸盘为仿生吸附材料。

在其中一个实施例中，所述爬行臂包括第一结构件、第二结构件、第一驱动件及第二驱动件，所述第一结构件与所述基座铰接，所述第二结构件与所述第一结构件铰接，所述吸附件设于所述第二结构件上，所述第一驱动件用于控制所述第一结构件相对所述基座转动的角度，所述第二驱动件用于控制所述第二结构件相对所述第一结构件转动的角度，所述第一结构件与所述第二结构件的转轴方向平行设置。

在其中一个实施例中，所述爬行臂还包括第三驱动件及第三结构件，所述第三驱动件设于所述基座上，所述第三驱动件用于驱动所述第三结构件转动并控制所述第三结构件转动的角度，所述第一驱动件设于所述第三结构件上，所述第一结构件与所述第三结构件可转动，所述第三驱动件的输出轴与所述第一驱动件的输出轴垂直设置。

在其中一个实施例中，所述爬行臂的数量为四个，四个所述爬行臂分别为第一爬臂、第二爬臂、第三爬臂及第四爬臂，所述第一爬臂、所述第二爬臂位于所述基座的前端，所述第三爬臂、所述第四爬臂位于所述基座的后端，所述第一爬臂的第三驱动件的输出轴、所述第二爬臂的第三驱动件的输出轴平行设置，所述第三爬臂的第三驱动件的输出轴、所述第四爬臂的第三驱动件的输出轴平行设置。

在其中一个实施例中，上述爬壁机器人还包括加强件，所述加强件包括第一连接部及第二连接部，所述第一连接部的一端与所述基座连接，所述第一连接部的另一端与所述第二连接部连接，所述第二连接部与所述基座间隔设置，所述第三结构件设于所述基座与所述第二连接部之间，所述第三结构件的一侧与所述第二连接部可转动连接，所述第三结构件的另一侧与所述第三驱动件的输出轴连接。

在其中一个实施例中，上述爬壁机器人还包括控制器及无线传输器，所述无线传输器与控制器电性连接，所述控制器与所述第一驱动件、所述第二驱动件及所述第三驱动件电性连接。

在其中一个实施例中，上述爬壁机器人还包括摄像头，所述摄像头设于所述基座上，所述摄像头与所述控制器电性连接。

在其中一个实施例中，所述第一结构件包括第一分构件及第二分构件，所述第一分构件与所述第二分构件均为U型结构，所述第二分构件的底部与所述第一分构件相连，所述第一分构件的一端与所述第二驱动件的输出轴连接，所述第一分构件的另一端与所述第三结构件的底部可转动连接，所述第三驱动件设于所述第二分构件围成的凹槽内，位于所述第三驱动件一侧的输出轴穿设所述第二分构件的一端，所述第三驱动件的另一侧与所述第二分构件的另一端连接，所述第三结构件也为U型结构，所述第三结构件的一端与所述第三驱动件的输出轴连接，所述第三结构件的另一端与所述第二分构件可转动连接。

附图说明

图1为本发明实施例所述的爬壁机器人的斜视图；

图2为图1中A处的局部放大图；

图3为本发明实施例所述的爬壁机器人的侧视图；

图4为本发明实施例所述的爬壁机器人的仰视图。

附图标记说明：

100、基座，101、镂空口，102、安装空间，110、第一侧板，120、第二侧板，130、基板，200、爬行臂，201、第一爬臂，202、第二爬臂，203、第三爬臂，204、第四爬臂，210、第一结构件，211、第一分构件，212、第二分构件，220、第二结构件，230、第一驱动件，240、第二驱动件，250、第三驱动件，260、第三结构件，300、吸附件，310、吸盘，400、增压风扇，500、加强件，510、第一连接部，520、第二连接部，600、摄像头。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明中所述“第一”、“第二”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于名称的区分。

如图1至图3所示，一实施例公开了一种爬壁机器人，包括基座100、爬行臂200、吸附件300及增压风扇400，爬行臂200为至少四个，其中四个爬行臂200分别设于基座100的四个边角处，吸附件300与爬行臂200对应设置，增压风扇400设于基座100上，吸附件300与增压风扇400分别设于基座100的两侧，增压风扇400朝向远离基座100的方向吹风。

上述爬壁机器人，通过增压风扇400的旋转产生朝向基座100方向的推力，即使爬壁机器人呈垂直或负角度时，增压风扇400产生的推力可与重力平衡，辅助吸附件300使爬壁机器人能够吸附于管道内壁上，则爬壁机器人能够在管道内稳定移动，同时由于增压风扇400减轻了对吸附件300的要求，可降低对吸附件300的吸附强度的要求或减少吸附件300的大小，降低了生产成本，且增压风扇400的辅助效果降低了对吸附强度的要求，因此吸附件300的吸附力可相应降低，则在爬行壁需要移动时使吸附件300脱离管道内壁的力也可相应减小，爬壁机器人的移动更方便，具有更自由的步态。此外，由于具有增压风扇400，上述爬壁机器人只要保证有两个吸附件300处于吸附状态即可使爬壁机器人吸附于设备内壁上，则爬壁机器人在移动过程中的操作更简单，同时移动速度也可相应的加快，提高了爬壁机器人的移动效率。

可选地，增压风扇400包括电机及旋翼，电机的输出轴与旋翼连接，电机设于基座100上，输出轴与基座100垂直设置。此时旋翼输出的推力可更好的使爬壁机器人贴紧管道内壁。具体地，电机设于基座100的中部。此时旋翼输出的推力更平衡，使爬壁机器人上的吸附件300受到的分力近似。

可选地，如图4所示，基座100上设有多个间隔设置的镂空口101。镂空口101可方便空气通过，使增压风扇400产生朝向基座100的推力，辅助爬壁机器人贴紧设备内壁。

在其中一个实施例中，如图3所示，爬行臂200围成用于安装增压风扇400的安装空间102，增压风扇400设于安装空间102内。此时增压风扇400距离设备内壁的高度低于爬行臂200的最高点距离设备内壁的高度，则增压风扇400的安装不会使爬壁机器人的重心发生偏移，且此时爬壁机器人的重心仍位于爬壁机器人内，有利于提高对爬壁机器人的运动控制。此外，此时增压风扇400的高度更低，增压风扇400产生的推力可更直接的作用于爬壁机器人上。

在其中一个实施例中，吸附件300包括吸盘310，吸盘310为仿生吸附材料。仿生吸附材料对设备内壁的吸附主要依赖范德华力，因此不需要过大的动力将吸盘310压向设备内壁，可降低对动力的要求，同时结构简单。

具体地，上述仿生吸附材料可为仿生壁虎材料。吸盘310上具有百万数量级的微米级别刚毛，而这些刚毛的顶端又有数百根更细小的铲状绒毛，当吸盘310与设备内壁接触时，这些绒毛会与设备内壁之间产生范德华力，由于绒毛数量多，总体产生的范德华力较大，可使爬壁机器人吸附于设备内壁上。

可选地，一个爬行臂200上的吸盘310的数量为至少两个，吸盘310间隔设置，可进一步提高吸附力，随着爬行臂200抬脚的过程，不同的吸盘310依次脱离设备内壁，相比于整体设置的较大尺寸的吸盘310，使吸盘310脱离设备内壁所需要的力更小，对爬壁机器人的操控更方便。

在其中一个实施例中，如图1及图2所示，爬行臂200包括第一结构件210、第二结构件220、第一驱动件230及第二驱动件240，第一结构件210与基座100铰接，第二结构件220与第一结构件210铰接，吸附件300设于第二结构件220上，第一驱动件230用于控制第一结构件210相对基座100转动的角度，第二驱动件240用于控制第二结构件220相对第一结构件210转动的角度，第一结构件210与第二结构件220的转轴方向平行设置。通过第一驱动件230及第二驱动件240，可控制第一结构件210与第二结构件220之间、第一结构件210与基座100之间的夹角，使爬行臂200实现爬行的运动效果。

可选地，第一驱动件230、第二驱动件240可为气缸、电极或舵机等。具体地，第一驱动件230、第二驱动件240均为舵机，舵机的体积小，力矩大，在保持爬壁机器人机动性的基础上，可实现上述爬壁机器人的小型化。

可选地，在初始状态下，第一结构件210与第二结构件220之间的夹角为90°，此时各个爬行臂200上的吸附件300对内壁的吸附效果相近，有利于保持上述爬壁机器人的稳定。

在其中一个实施例中，如图1及图2所示，爬行臂200还包括第三驱动件250及第三结构件260，第三驱动件250设于基座100上，第三驱动件250用于驱动第三结构件260转动并控制第三结构件260转动的角度，第一驱动件230设于第三结构件260上，第一结构件210与第三结构件260可转动，第三驱动件250的输出轴与第一驱动件230的输出轴垂直设置。上述结构中，第三驱动件250可带动吸附件300沿一个转向转动，第一驱动件230可带动吸附件300沿另一个转向转动，由于第三驱动件250的输出轴与第一驱动件230的输出轴垂直，而第一结构件210与第二结构件220可相对转动，因此吸附件300的移动具有三个自由度，可实现抬放及伸缩的动作，方便上述爬壁机器人采用爬行的方式移动。

在其中一个实施例中，如图1及图4所示，爬行臂200的数量为四个，四个所述爬行臂分别为第一爬臂201、第二爬臂202、第三爬臂203及第四爬臂204，第一爬臂201、第二爬臂202位于基座100的前端，第三爬臂203、第四爬臂204位于基座100的后端，第一爬臂201的第三驱动件250的输出轴、第二爬臂202的第三驱动件250的输出轴平行设置，第三爬臂203的第三驱动件250的输出轴、第四爬臂204的第三驱动件250的输出轴平行设置。此时由于第一爬臂201上的第三驱动件250的输出轴、第二爬臂202上的第三驱动件250的输出轴平行设置，则第一爬臂201与第二爬臂202可沿相同或相反的方向转动，当第一爬臂201与第二爬臂202沿相反的方向移动时，第一爬臂201、第二爬臂202之间存在夹角，可与封闭设备内的弧形或转角处匹配，保证吸附件300能够吸附于设备内壁上，同理第三爬臂203、第四爬壁也可沿相反的方向转动，使第三爬臂203、第四爬臂204上的吸附件300更好的吸附于设备内壁上，保证爬壁机器人的稳定。

在其中一个实施例中，如图1及图2所示，上述爬壁机器人还包括加强件500，加强件500包括第一连接部510及第二连接部520，第一连接部510的一端与基座100连接，第一连接部510的另一端与第二连接部520连接，第二连接部520与基座100间隔设置，第三结构件260设于基座100与第二连接部520之间，第三结构件260的一侧与第二连接部520可转动连接，第三结构件260的另一侧与第三驱动件250的输出轴连接。此时用于承载第一驱动件230的第三结构件260通过加强件500的辅助固定，在被第三驱动件250驱动时可保持稳定，提高了整体结构的稳定性，保证了第一驱动件230及第三驱动件250进行动力输出时的可靠性。

具体地，加强件500为两个，两个加强件500分别位于基座100的前端及后端。

可选地，第一连接部510上设有让位口。让位口可防止第三结构件260转动时与加强件500发生位置干涉。

在其中一个实施例中，上述爬壁机器人还包括控制器及无线传输器，无线传输器与控制器电性连接，控制器与第一驱动件230、第二驱动件240及第三驱动件250电性连接。此时可通过无线传输器与控制器的配合对上述爬壁机器人进行远程控制。

在其中一个实施例中，如图1及图2所示，上述爬壁机器人还包括摄像头600，摄像头600设于基座100上，摄像头600与控制器电性连接。此时可通过摄像头600拍摄设备内部的情况，以便外界了解设备内部的具体情况。具体地，无线传输器用于接收指令或输出摄像头600拍摄的图像。

可选地，上述爬壁机器人还包括遥控装置，无线传输器与控制器可集成为单片机，遥控装置与无线传输器通信连接，可通过摄像头600在遥控装置实时检测爬壁机器人的当前工作状态。

可选地，摄像头600设于加强件500上，可对爬壁机器人前进路上的环境进行拍摄。具体地，摄像头600的数量与加强件500的数量对应设置，且一个加强件500上设有至少一个摄像头600。此时无论爬壁机器人前进或后退，可利用不同的摄像头600拍摄前进路线上的情况，方便对现场情况进行监控。

在其中一个实施例中，如图2所示，第一结构件210包括第一分构件211及第二分构件212，第一分构件211与第二分构件212均为U型结构，第二分构件212的底部与第一分构件211相连，第一分构件211的一端与第二驱动件240的输出轴连接，第一分构件211的另一端与第三结构件260的底部可转动连接，第三驱动件250设于第二分构件212围成的凹槽内，位于第三驱动件250一侧的输出轴穿设第二分构件212的一端，第三驱动件250的另一侧与第二分构件212的另一端连接，第三结构件260也为U型结构，第三结构件260的一端与第三驱动件250的输出轴连接，第三结构件260的另一端与第二分构件212可转动连接。此时整体结构更稳定，同时由于各个结构件均为钣金件，整体重量较轻，可减少吸附所需要的力，因此可降低对吸附件300的要求，进而降低上述爬壁机器人的成本。此外，此时可保证第三驱动件250的输出轴均与第一驱动件230的输出轴垂直，可简化对吸附件300的移动轨迹的控制，具体地，各个结构件均为铝合金件。此时各个结构件作为钣金件，强度大，重量轻。

可选地，上述爬壁机器人还包括倾角传感器，倾角传感器设于基座100上，倾角传感器与控制器电性连接，当倾角传感器感应到基座100的倾角大于或等于°时，增压风扇400启动。可通过倾角传感器了解上述爬壁机器人的整体姿态，同时若基座100的倾角过大，利用增压风扇400产生的推力增加对设备内壁的吸附或与重力平衡，防止上述爬壁机器人发生脱落。

可选地，也可先将增压风扇400打开，再将爬壁机器人放在设备内壁上，使吸附件吸附于内壁上，随后协调爬壁机器人的爬行与增压风扇400的转速，使爬壁机器人爬行在设备内壁上。此时可预先打开增压风扇400，保证爬壁机器人稳定的吸附于设备内壁上。

可选地，上述爬壁机器人还包括距离感应器，距离感应器设于底板远离顶板的侧面上，距离感应器用于感应底板与设备内壁之间的间距。若上述爬壁机器人吸附于设备内壁上时，距离感应器所感测的距离应具有一个确定的范围，若距离感应器所感测的距离大于上述范围，则说明上述爬壁机器人由设备内壁上脱落，此时可采用救援措施。

可选地，如图1所示，基座100包括第一侧板110、第二侧板120及基板130，基板130设于第一侧板110、第二侧板120之间，第三驱动件250设于基板130上，第三驱动件250部分穿设第一侧板110或第二侧板120。此时基座100的结构更合理，第三驱动件250的安装更稳定，保证了第三驱动件250的正常工作，同时基座100的结构简单，方便了维护及检修。

具体地，基板130的两端均弯折，且弯折的部分用于分别与第一侧板110、第二侧板120连接。此时可保证基座100整体结构的稳定性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种爬壁机器人，其特征在于，包括基座、爬行臂、吸附件及增压风扇，所述爬行臂为至少四个，其中四个所述爬行臂分别设于所述基座的四个边角处，所述吸附件与所述爬行臂对应设置，所述增压风扇设于所述基座上，所述吸附件与所述增压风扇分别设于所述基座的两侧，所述增压风扇朝向远离所述基座的方向吹风。

2.根据权利要求1所述的爬壁机器人，其特征在于，所述爬行臂围成用于安装所述增压风扇的安装空间，所述增压风扇设于所述安装空间内。

3.根据权利要求1所述的爬壁机器人，其特征在于，所述吸附件包括吸盘，所述吸盘为仿生吸附材料。

4.根据权利要求1所述的爬壁机器人，其特征在于，所述爬行臂包括第一结构件、第二结构件、第一驱动件及第二驱动件，所述第一结构件与所述基座铰接，所述第二结构件与所述第一结构件铰接，所述吸附件设于所述第二结构件上，所述第一驱动件用于控制所述第一结构件相对所述基座转动的角度，所述第二驱动件用于控制所述第二结构件相对所述第一结构件转动的角度，所述第一结构件与所述第二结构件的转轴方向平行设置。

5.根据权利要求4所述的爬壁机器人，其特征在于，所述爬行臂还包括第三驱动件及第三结构件，所述第三驱动件设于所述基座上，所述第三驱动件用于驱动所述第三结构件转动并控制所述第三结构件转动的角度，所述第一驱动件设于所述第三结构件上，所述第一结构件与所述第三结构件可转动，所述第三驱动件的输出轴与所述第一驱动件的输出轴垂直设置。

6.根据权利要求5所述的爬壁机器人，其特征在于，所述爬行臂的数量为四个，四个所述爬行臂分别为第一爬臂、第二爬臂、第三爬臂及第四爬臂，所述第一爬臂、所述第二爬臂位于所述基座的前端，所述第三爬臂、所述第四爬臂位于所述基座的后端，所述第一爬臂的第三驱动件的输出轴、所述第二爬臂的第三驱动件的输出轴平行设置，所述第三爬臂的第三驱动件的输出轴、所述第四爬臂的第三驱动件的输出轴平行设置。

7.根据权利要求6所述的爬壁机器人，其特征在于，还包括加强件，所述加强件包括第一连接部及第二连接部，所述第一连接部的一端与所述基座连接，所述第一连接部的另一端与所述第二连接部连接，所述第二连接部与所述基座间隔设置，所述第三结构件设于所述基座与所述第二连接部之间，所述第三结构件的一侧与所述第二连接部可转动连接，所述第三结构件的另一侧与所述第三驱动件的输出轴连接。

8.根据权利要求6所述的爬壁机器人，其特征在于，还包括控制器及无线传输器，所述无线传输器与控制器电性连接，所述控制器与所述第一驱动件、所述第二驱动件及所述第三驱动件电性连接。

9.根据权利要求8所述的爬壁机器人，其特征在于，还包括摄像头，所述摄像头设于所述基座上，所述摄像头与所述控制器电性连接。

10.根据权利要求5-9任一项所述的爬壁机器人，其特征在于，所述第一结构件包括第一分构件及第二分构件，所述第一分构件与所述第二分构件均为U型结构，所述第二分构件的底部与所述第一分构件相连，所述第一分构件的一端与所述第二驱动件的输出轴连接，所述第一分构件的另一端与所述第三结构件的底部可转动连接，所述第三驱动件设于所述第二分构件围成的凹槽内，位于所述第三驱动件一侧的输出轴穿设所述第二分构件的一端，所述第三驱动件的另一侧与所述第二分构件的另一端连接，所述第三结构件也为U型结构，所述第三结构件的一端与所述第三驱动件的输出轴连接，所述第三结构件的另一端与所述第二分构件可转动连接。