CN110920877B

CN110920877B - 一种基于矢量飞行的爬壁机器人

Info

Publication number: CN110920877B
Application number: CN201911208047.6A
Authority: CN
Inventors: 徐江奎
Original assignee: Individual
Current assignee: Zhejiang Xin'an Energy Construction Co ltd
Priority date: 2019-11-30
Filing date: 2019-11-30
Publication date: 2020-12-18
Anticipated expiration: 2039-11-30
Also published as: CN112389666A; CN110920877A; CN112389666B

Abstract

本发明公开了一种基于矢量飞行的爬壁机器人，包括主体，所述主体的四角对应设置有旋翼装置，所述主体的一侧设置有负压贴壁装置，所述旋翼装置包括小支臂，所述主体的两侧对应设置有铰支座，且铰支座的一侧铰接有大支臂，所述铰支座的一侧安装有第一电机，所述第一电机的输出轴穿设在大支臂内，所述大支臂的一端与小支臂转动连接，所述大支臂的一侧安装有第二电机，所述第二电机通过齿轮副控制小支臂转动，所述小支臂上安装有螺旋桨，所述主体分为第一分体部和第二分体部，所述第一分体部的一侧安装有第二旋转气缸，所述第二分体部的一侧安装有第一旋转气缸，本发明，具有可侦查和可辅助岩石采集的特点。

Description

一种基于矢量飞行的爬壁机器人

技术领域

本发明涉及工程勘探技术领域，具体为一种基于矢量飞行的爬壁机器人。

背景技术

页岩气是指赋存于以富有机质页岩为主的储集岩系中的非常规天然气，以甲烷成分为主，化学反应生成水和二氧化碳，是一种洁净、优质的新能源。中国页岩气的勘探难度远远大于北美。以四川为例，美国的页岩气层深度为800-2600米、气层厚度为300米左右，四川则为2000-2500米，厚度仅为50米左右，具有复杂性、特殊性、隐蔽性与非均质性叠加于一身的山地页岩气地质特点，勘探开采难度大，瓶颈问题多。

页岩气物探过程具体为，勘探人员身带对讲机和采集设备，身系保护绳，从悬崖上攀岩而下，绳子的一端在山顶牢牢固定，由队员拉住，山脚下还需有指挥人员不断用对讲机提醒下降人员的位置和安全，过程危险系数很大，且需要大量人员协同完成。现阶段无人机技术在勘探领域也有采用，但一般只是携带摄像机进行辅助侦查作用，无法贴在岩壁上，具体的岩石采集过程还需人工进行。因此，设计可侦查和可辅助岩石采集的一种基于矢量飞行的爬壁机器人是很有必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于矢量飞行的爬壁机器人，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于矢量飞行的爬壁机器人，包括主体，所述主体的四角对应设置有旋翼装置，所述主体的一侧设置有负压贴壁装置。

进一步的，所述旋翼装置包括小支臂，所述主体的两侧对应设置有铰支座，且铰支座的一侧铰接有大支臂，所述铰支座的一侧安装有第一电机，所述第一电机的输出轴穿设在大支臂内，所述大支臂的一端与小支臂转动连接，所述大支臂的一侧安装有第二电机，所述第二电机通过齿轮副控制小支臂转动，所述小支臂上安装有螺旋桨。

进一步的，所述主体的两侧对应设置有爬行装置，所述爬行装置包括V型折杆，所述主体分为第一分体部和第二分体部，所述第一分体部的一侧安装有第二旋转气缸，所述第二分体部的一侧安装有第一旋转气缸，所述第一旋转气缸与第二旋转气缸的输出杆与V型折杆的两端相连接，所述V型折杆为两根互相铰接的杆，且铰接处安装有第三旋转气缸。

进一步的，所述负压贴壁装置包括安装在主体内的真空泵，所述主体的底部安装有若干个吸附头和出气头，所述真空泵的进气端与吸附头之间设置有第二电磁阀，所述真空泵的出气端与出气头之间设置有第四电磁阀，所述真空泵的出气端与吸附头之间设置有第三电磁阀，所述真空泵的进气端与出气头之间设置有第一电磁阀。

进一步的，所述吸附头的顶部贯通连接有空心连杆，所述空心连杆的一端通过调心轴承活动连接有套筒，所述套筒为两段式结构，且两段套筒间通过伸缩气弹簧相互连接，所述空心连杆的一端连接有伸缩螺纹管，所述伸缩螺纹管穿过套筒，所述套筒与主体的一侧相连接。

进一步的，所述吸附头的外壁开设有通孔，所述吸附头的外壁安装有柔性密封罩，所述柔性密封罩与吸附头的外壁形成空腔。

进一步的，所述第一分体部上安装有样品存放盒，所述第二分体部上安装有样品采集装置，所述样品采集装置包括安装在第二分体部上的转台，所述转台的顶部安装有机械臂，所述机械臂的顶部安装有钻孔取芯器。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明，

（1）通过在主体旁安装负压贴壁装置和旋翼装置，可以像无人机一般携带摄像头进行辅助侦查作用，同时可以垂直翻转后贴在岩壁上，为其上装载的样品采集装置提供工作空间；

（2）通过将主体设置为分体式结构，并在其两边设置爬行装置，利用旋转气缸驱动两个分体部的位置相对变化使之可以在岩壁上爬行，方便在不同位置采集；

（3）通过将旋翼装置的大支臂与主体铰链进行运动，将大支臂与小支臂通过电机进行相对旋转，可以调整螺旋桨的角度，使整个装置可以以各种俯仰姿势飞行，使得贴壁和飞行状态可以无缝切换；

（4）通过设置有伸缩螺纹管、套筒和伸缩气弹簧等构件，可以调整各个吸附头的长度和角度，使之更贴合凹凸不平的岩壁，通过在吸附头外部罩有柔性密封罩，抽真空时可以抽干柔性密封罩与吸附头底部的岩壁围成的空间，通过柔性密封罩与岩壁的贴合，进一步提升气密性；

（5）通过在真空泵两端的管路设置有各种电磁阀，可以实现出气头与吸附头的抽吸的瞬间转换，在准备从岩壁起飞时可以立即弹开岩壁一端距离，方便螺旋桨展开；

（6）通过设置有样品采集装置，可以将钻孔取芯器钻出的岩石样品分别收集进样品存放盒的不同位置，方便在多处取样。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的第一分体部与第二分体部爬行状态结构示意图；

图3是本发明的旋翼装置结构示意图；

图4是本发明的整体贴壁状态结构示意图；

图5是本发明的负压贴壁装置结构示意图；

图6是本发明的出气头与吸附头与主体安装示意图；

图7是本发明的负压贴壁装置气路原理图；

图8是本发明的样品采集组件与样品存放盒安装示意图；

图中：1、主体；11、第一分体部；12、第二分体部；2、爬行装置；3、旋翼装置；4、负压贴壁装置；111、样品存放盒；121、样品采集装置；1211、机械臂；1212、转台；1213、钻孔取芯器；21、第一旋转气缸；22、V型折杆；23、第二旋转气缸；24、第三旋转气缸；31、第一电机；32、大支臂；33、第二电机；35、小支臂；36、螺旋桨；41、吸附头；411、通孔；42、柔性密封罩；43、空心连杆；44、套筒；441、伸缩气弹簧；45、伸缩螺纹管；46、出气头；47、真空泵；481、第一电磁阀；482、第二电磁阀；483、第三电磁阀；484、第四电磁阀。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供技术方案：一种基于矢量飞行的爬壁机器人，包括主体1，主体1的四角对应设置有旋翼装置3，主体1的一侧设置有负压贴壁装置4，可以利用旋翼装置3将主体1通过空气动力抬升，并在待勘察位置贴在悬崖崖壁上，主体1上安装勘察设备，方便进行勘察取样，取样完成后再飞回地面，免去人力绳降勘察的危险；

如图3和4，旋翼装置3包括小支臂35，主体1的两侧对应设置有铰支座，且铰支座的一侧铰接有大支臂32，铰支座的一侧安装有第一电机31，第一电机31的输出轴穿设在大支臂32内，大支臂32的一端与小支臂35转动连接，大支臂32的一侧安装有第二电机33，第二电机33通过齿轮副控制小支臂35转动，小支臂35上安装有螺旋桨36，当准备从地面起飞时，使大支臂32和小支臂与主体1平行，抬升至合适高度时，用远程遥控设备使第一电机31驱动大支臂32收起，同时第二电机33驱动小支臂35转动一定角度，使螺旋桨36的方向为水平状态，而主体1呈倾斜状态，方便贴合到崖壁上，通过调整螺旋桨36的角度，使整个装置可以以各种俯仰姿势飞行，使得贴壁和飞行状态可以无缝切换；

如图2，所述主体1的两侧对应设置有爬行装置2，所述爬行装置2包括V型折杆22，所述主体1分为第一分体部11和第二分体部12，所述第一分体部11的一侧安装有第二旋转气缸23，所述第二分体部12的一侧安装有第一旋转气缸21，所述第一旋转气缸21与第二旋转气缸23的输出杆与V型折杆22的两端相连接，所述V型折杆22为两根互相铰接的杆，且铰接处安装有第三旋转气缸24，当进行爬行时第一分体部11上的贴壁装置4不变化，第二分体部12上的贴壁装置失效松开岩壁，启动第二旋转气缸23使V型折杆22带动第二分体部12抬起，第三旋转气缸24使V型折杆22分开更大的角度，此时第二旋转气缸23再回复原来的角度，使第二分体部12贴在崖壁，再启动第一旋转气缸21使第一分体部11移动，可以利用旋转气缸驱动两个分体部的位置相对变化使之可以在岩壁上爬行，方便在不同位置采集，同时分体部抬起时其上的旋转气缸也可以改变与V型折杆的角度，也适应崖壁的坡度变化；

如图6和图7，负压贴壁装置4包括安装在主体1内的真空泵47，主体1的底部安装有若干个吸附头41和出气头46，真空泵47的进气端与吸附头41之间设置有第二电磁阀482，真空泵47的出气端与出气头46之间设置有第四电磁阀484，真空泵47的出气端与吸附头41之间设置有第三电磁阀483，真空泵47的进气端与出气头46之间设置有第一电磁阀481，当真空吸附时，使第二电磁阀482和第四电磁阀484接通，第一电磁阀481与第三电磁阀483关闭，吸附头41产生负压便于贴壁，出气头46用于出气，当需要弹开时，使第二电磁阀482和第四电磁阀484关闭，第一电磁阀481与第三电磁阀483接通，真空泵47继续工作，出气头46吸气，吸附头41吐气，通过气流将主体1从崖壁上弹开，在准备从岩壁起飞时可以立即弹开岩壁一端距离，方便螺旋桨36展开；

如图5，吸附头41的顶部贯通连接有空心连杆43，空心连杆43的一端通过调心轴承活动连接有套筒44，套筒44为两段式结构，且两段套筒44间通过伸缩气弹簧411相互连接，空心连杆43的一端连接有伸缩螺纹管45，伸缩螺纹管45穿过套筒44，套筒44与主体1的一侧相连接，当贴壁时由于岩壁高度不平，通过伸缩气弹簧411控制两段套筒44之间的距离，拉伸或缩短伸缩螺纹管45的长度，伸缩螺纹管45和空心连杆43用于传导气流，通过调整各个吸附头41伸出主体1的长度和角度，使之更贴合凹凸不平的岩壁；

如图5，吸附头41的外壁开设有通孔411，吸附头41的外壁安装有柔性密封罩42，柔性密封罩42与吸附头41的外壁形成空腔，吸附时柔性密封罩42和吸附头41均与悬崖表面贴合，当吸附头41上端具有负压时，其负压通过通孔411传导至柔性密封罩42的空腔内，使柔性密封罩42皱缩，可以抽干柔性密封罩42与吸附头41底部的岩壁围成的空间，由于柔性密封罩42与岩壁的接触面更广，且形状较软，可以填补岩壁上凹凸不平的空隙，使吸附头41不漏气，得以维持较高的负压，提升吸附效果；

如图8，第一分体部11上安装有样品存放盒111，第二分体部12上安装有样品采集装置121，样品采集装置121包括安装在第二分体部12上的转台1212，转台1212的顶部安装有机械臂1211，机械臂1211的顶部安装有钻孔取芯器1213，当进行钻孔采样时，接通钻孔取芯器1213和机械臂1211的电源，机械臂1211通过活动关节带动钻孔取芯器1213移动至待钻孔位置，其在岩壁上进行钻探取样，取样结束后转台1212带动机械臂1211反转，钻孔取芯器1213将样品放入存放盒111中，存放盒111的盒盖与盒体处较佳地设置支杆和伸缩气缸，用于存储密封岩石样品；

实施例：当使用该爬壁机器人时，先将其平放在地面上，操作人员利用遥控设备启动旋翼装置3上的螺旋桨36，装置平行于地面起飞，直至升高至崖壁待检测高度，此时控制大支臂32收起，整个装置倾斜至与崖壁平行的角度，并且能够保持平衡飞行，接着启动负压贴壁装置4的真空泵47使装置吸附在崖壁上，接着通过样品采集装置121上的钻孔取芯器1213采样岩石样本，主体1还应设置有摄像头用于观察崖壁的情况，采集完毕时负压贴壁装置4反向作用使装置弹开崖壁，旋翼装置3驱动主体1缓缓降落至地面，采集完成。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于矢量飞行的爬壁机器人，包括主体（1），其特征在于：所述主体（1）的四角对应设置有旋翼装置（3），所述主体（1）的一侧设置有负压贴壁装置（4）；

所述负压贴壁装置（4）包括安装在主体（1）内的真空泵（47），所述主体（1）的底部安装有若干个吸附头（41）和出气头（46），所述真空泵（47）的进气端与吸附头（41）之间设置有第二电磁阀（482），所述真空泵（47）的出气端与出气头（46）之间设置有第四电磁阀（484），所述真空泵（47）的出气端与吸附头（41）之间设置有第三电磁阀（483），所述真空泵（47）的进气端与出气头（46）之间设置有第一电磁阀（481）；

所述吸附头（41）的外壁开设有通孔（411），所述吸附头（41）的外壁安装有柔性密封罩（42），所述柔性密封罩（42）与吸附头（41）的外壁形成空腔；

所述旋翼装置（3）包括小支臂（35），所述主体（1）的两侧对应设置有铰支座，且铰支座的一侧铰接有大支臂（32），所述铰支座的一侧安装有第一电机（31），所述第一电机（31）的输出轴穿设在大支臂（32）内，所述大支臂（32）的一端与小支臂（35）转动连接，所述大支臂（32）的一侧安装有第二电机（33），所述第二电机（33）通过齿轮副控制小支臂（35）转动，所述小支臂（35）上安装有螺旋桨（36）；

所述主体（1）的两侧对应设置有爬行装置（2），所述爬行装置（2）包括V型折杆（22），所述主体（1）分为第一分体部（11）和第二分体部（12），所述第一分体部（11）的一侧安装有第二旋转气缸（23），所述第二分体部（12）的一侧安装有第一旋转气缸（21），所述第一旋转气缸（21）与第二旋转气缸（23）的输出杆与V型折杆（22）的两端相连接，所述V型折杆（22）为两根互相铰接的杆，且铰接处安装有第三旋转气缸（24）；

所述第一分体部（11）上安装有样品存放盒（111），所述第二分体部（12）上安装有样品采集装置（121），所述样品采集装置（121）包括安装在第二分体部（12）上的转台（1212），所述转台（1212）的顶部安装有机械臂（1211），所述机械臂（1211）的顶部安装有钻孔取芯器（1213）。

2.根据权利要求1所述的一种基于矢量飞行的爬壁机器人，其特征在于：所述吸附头（41）的顶部贯通连接有空心连杆（43），所述空心连杆（43）的一端通过调心轴承活动连接有套筒（44），所述套筒（44）为两段式结构，且两段套筒（44）间通过伸缩气弹簧（441）相互连接，所述空心连杆（43）的一端连接有伸缩螺纹管（45），所述伸缩螺纹管（45）穿过套筒（44），所述套筒（44）与主体（1）的一侧相连接。