CN113427521B - 一种爬壁机器人跌落保护装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种爬壁机器人跌落保护装置及其控制方法,包括底座，底座底部设有降速缓冲装置、顶部设有L形可伸缩支撑架，L形可伸缩支撑架顶部设有降落伞装置，相邻两个L形可伸缩支撑架间设有定位调距部件；降落伞装置包括设于伞盒，设于伞盒顶部的智能分离顶盖部件，设于伞盒内的隔板，设于隔板顶部的气吹部件、底部的失重检测部件，以及设于伞盒内的降落伞，降速缓冲装置包括储气部件，套设于储气部件外壁的气囊，设于底座底部且位于气囊正下方的缓冲喷气部件，以及连通缓冲喷气部件顶部的控压部件，控压部件顶部连通气囊。本发明是一种便于拆装的，便于不同尺寸机器人使用的，可进行降速坠落及落地缓冲的保护装置。

Description

一种爬壁机器人跌落保护装置及其控制方法

技术领域

本发明主要涉及机器人防护设备的技术领域，具体为一种爬壁机器人跌落保护装置及其控制方法。

背景技术

爬壁机器人是将移动机构与吸附机构相结合，实现在垂直、倾斜甚至曲面上灵活运动的特种机器人，由于爬壁机器人一般在高空作业，所以存在“高空坠物”的风险。

根据申请号为CN201911358201.8的专利文献，所提供的一种爬壁机器人安全防护联合保护装置可知，该产品包括主气囊仓、环形气囊仓、磁吸式气囊仓、控制模块和气体发生器模块构成，主气囊仓内底部放置控制模块，用导线连接气体发生器A，气囊A与气体发生器A相连放在控制模块上部，囊口安装安全阀A；控制模块连接环形气囊仓和磁吸式气囊仓内的气体发生器，气囊B放在环形气囊仓内与环形气囊仓内表面贴合，气囊B口安装安全阀B；磁吸式气囊仓内安装气体发生器C，囊口安装安全阀C，该产品对机器人的所有吸附装置进行实时检测，便于在吸附力不足时对爬壁机器人进行气囊包裹。

上述专利中的产品可通过气囊对机器人进行包裹防护，但不便于拆装，不便于不同尺寸机器人使用，且机器人坠落时速度快，损害大。

发明内容

本发明主要提供了一种爬壁机器人跌落保护装置及其控制方法，用以解决上述背景技术中提出的技术问题。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：

一种爬壁机器人跌落保护装置,包括底座，所述底座底部四顶角处均设有降速缓冲装置、顶部四顶角处均设有L形可伸缩支撑架，所述L形可伸缩支撑架顶部设有降落伞装置，相邻两个所述L形可伸缩支撑架间设有定位调距部件，所述L形可伸缩支撑架用于固定爬壁机器人；

所述降落伞装置包括设于L形可伸缩支撑架顶部的伞盒，设于所述伞盒顶部的智能分离顶盖部件，设于所述伞盒内的隔板，设于所述隔板顶部的气吹部件、底部的失重检测部件，以及设于所述伞盒内且位于气吹部件上方的降落伞，

所述降速缓冲装置包括设于所述底座底部的储气部件，套设于所述储气部件外壁的气囊，设于所述底座底部且位于气囊正下方的缓冲喷气部件，以及连通所述缓冲喷气部件顶部的控压部件，所述控压部件顶部连通气囊，喷气缓冲时，储气部件内气体进入气囊，并在气囊内压力大于控压部件时气体经控压部件传输至缓冲喷气部件内。

优选的，所述L形可伸缩支撑架包括底部设于底座上的第一L形支撑管，滑动连接第一L形支撑管内壁且延伸至第一L形支撑管外部的第二L形支撑管，以及顶部连接第二L形支撑管底部、底部连接第一L形支撑管内壁底部的复位弹簧，所述第一L形支撑管外壁设有进气嘴，所述第二L形支撑管顶部连接伞盒底部。在本优选的实施例中，通过L形可伸缩支撑架实现不同高度爬壁机器人的固定，通过L形可伸缩支撑架还可以提供一定的落地缓冲。

优选的，所述定位调距部件包括分别设于相邻两个第一L形支撑管侧壁的定位环，以及螺纹连接两个定位环的调距杆。在本优选的实施例中，通过定位调距部件便于L形可伸缩支撑架间的调距定位，以便于L形可伸缩支撑架固定不同大小的爬壁机器人。

优选的，所述智能分离顶盖部件包括对称卡接伞盒顶部的盖板，设于伞盒内壁的气体流道，以及设于所述隔板上且执行端连通气体流道的多个第一气体发生器，所述气体流道的位置与盖板的卡接位置相对应。在本优选的实施例中，通过智能分离顶盖部件便于盖板的自动分离，以便于降落伞移出伞盒。

优选的，所述气吹部件包括设于所述隔板顶部的多个第二气体发生器。在本优选的实施例中，通过气吹部件便于将降落伞吹出伞盒。

优选的，所述缓冲喷气部件包括设于气囊底部的喷气盘，以及底部连接喷气盘顶部、顶部连接底座底部的多个缓冲弹簧。在本优选的实施例中，通过缓冲喷气部件实现爬壁机器人在空中的喷气缓冲，以及落地时的弹力缓冲。

优选的，所述储气部件包括螺纹连接底座底部的安装管，以及设于所述安装管底部的氮气罐，所述氮气罐用于向气囊内注入氮气。在本优选的实施例中，储气部件用于向气囊内注入氮气。

优选的，所述控压部件包括连通喷气盘顶部的控压管，设于所述控压管内壁的气流环，设于所述气流环顶部的控压弹簧，以及设于所述控压弹簧顶部且用于对控压管进气口进行密封的密封球，所述控压管顶部连通气囊。在本优选的实施例中，通过控压部件便于将气囊承受不了的氮气作为缓冲气源传输至缓冲喷气部件。

优选的，所述失重检测部件包括设于隔板底部的加速度传感器，设于隔板内且与加速度传感器电信连接的第一控制器，以及设于所述安装管内壁且与加速度传感器电信连接的第二控制器。在本优选的实施例中，失重检测部件可检测出爬壁机器人的失重，并通过控制器进行保护控制。

根据以上的一种爬壁机器人跌落保护装置的技术方案，还将提供一种爬壁机器人跌落保护装置的控制方法，包括以下步骤：

步骤一、感应，爬壁机器人失重跌落时，加速度传感器将加速度数据分别传输至第一控制器以及第二控制器，第一控制器以及第二控制器均将加速度数据与设定值进行比较，当加速度数据大于设定值时，即判定爬壁机器人失重；

步骤二、触发，第一控制器同时触发第一气体发生器以及第二气体发生器，以使盖板分离，降落伞吹出，第二控制器触发氮气罐，以使氮气罐向气囊内注入氮气。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明中的结构均便于拆装安装，L形可伸缩支撑架与定位调距部件配合便于不同尺寸机器人的安装使用，降落伞装置与降速缓冲装置配合便于爬壁机器人降速坠落；

通过L形可伸缩支撑架实现不同高度爬壁机器人的固定，通过L形可伸缩支撑架还可以提供一定的落地缓冲，通过定位调距部件便于L形可伸缩支撑架间的调距定位，以便于L形可伸缩支撑架固定不同大小的爬壁机器人，通过智能分离顶盖部件便于盖板的自动分离，以便于降落伞移出伞盒，通过气吹部件便于将降落伞吹出伞盒，通过缓冲喷气部件实现爬壁机器人在空中的喷气缓冲，以及落地时的弹力缓冲，储气部件用于向气囊内注入氮气，通过控压部件便于将气囊承受不了的氮气作为缓冲气源传输至缓冲喷气部件，失重检测部件可检测出爬壁机器人的失重，并通过控制器进行保护控制。

以下将结合附图与具体的实施例对本发明进行详细的解释说明。

附图说明

图1为本发明的整体结构轴测图；

图2为本发明的整体结构爆炸图；

图3为本发明的降落伞装置结构爆炸图；

图4为本发明的L形可伸缩支撑架结构爆炸图；

图5为本发明的降速缓冲装置结构轴测图；

图6为本发明的失重检测部件结构侧视图；

图7为本发明的整体结构剖视图；

图8为本发明的伞盒内部结构俯视图；

图9为本发明的A处结构放大图。

附图说明：10、底座；11、L形可伸缩支撑架；111、第一L形支撑管；112、第二L形支撑管；113、复位弹簧；114、气嘴；12、定位调距部件；121、定位环；122、调距杆；20、降速缓冲装置；21、储气部件；211、安装管；212、氮气罐；22、气囊；23、缓冲喷气部件；231、喷气盘；232、缓冲弹簧；24、控压部件；241、控压管；242、气流环；243、控压弹簧；244、密封球；30、降落伞装置；31、伞盒；32、智能分离顶盖部件；321、盖板；322、气体流道；323、第一气体发生器；33、隔板；34、气吹部件；341、第二气体发生器；35、失重检测部件；351、加速度传感器；352、第一控制器；353、第二控制器；36、降落伞。

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加全面的描述，附图中给出了本发明的若干实施例，但是本发明可以通过不同的形式来实现，并不限于文本所描述的实施例，相反的，提供这些实施例是为了使对本发明公开的内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上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。

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连接的含义相同，本文中在本发明的说明书中所使用的术语知识为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明，本文所使用的术语“及/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。

请着重参照附图1、2、4、7所示，在本发明一优选实施例中，一种爬壁机器人跌落保护装置,包括底座10，所述底座10底部四顶角处均设有降速缓冲装置20、顶部四顶角处均设有L形可伸缩支撑架11，所述L形可伸缩支撑架11顶部设有降落伞装置30，相邻两个所述L形可伸缩支撑架11间设有定位调距部件12，所述L形可伸缩支撑架11用于固定爬壁机器人；所述L形可伸缩支撑架11包括底部设于底座10上的第一L形支撑管111，滑动连接第一L形支撑管111内壁且延伸至第一L形支撑管111外部的第二L形支撑管112，以及顶部连接第二L形支撑管112底部、底部连接第一L形支撑管111内壁底部的复位弹簧113，所述第一L形支撑管111外壁设有进气嘴114，所述第二L形支撑管112顶部连接伞盒31底部，所述定位调距部件12包括分别设于相邻两个第一L形支撑管111侧壁的定位环121，以及螺纹连接两个定位环121的调距杆122，

需要说明的是，在本实施例中，安装时，首先将爬壁机器人放置在底座10上，将相邻两个将L形可伸缩支撑架11用定位调距部件12连接，利用定位调距部件12将四个L形可伸缩支撑架11定位于爬壁机器人四顶角处，用螺钉连接L形可伸缩支撑架11底部与底座10，完成后根据爬壁机器人高度调节L形可伸缩支撑架11高度，高度调节完成后，螺钉连接L形可伸缩支撑架11顶部与伞盒31底部即可，通过安装管211将氮气罐212安装在底座10底部，并将气囊22连通控压部件24，即可完成整体安装，完成安装后可卸下定位调距部件12；

进一步的，定位调距部件12连接时，将两个定位环121螺纹连接相邻两个第一L形支撑管111侧壁，并通过调距杆122螺纹连接两个定位环121，转动调距杆122，以使相邻两个第一L形支撑管111靠近或远离；

进一步的，L形可伸缩支撑架11高度调节时，通过气嘴114向第一L形支撑管111内注入空气，以使第二L形支撑管112移出第一L形支撑管111，以进行高度调节，复位弹簧113给予复位力，以保持高度稳定。

请着重参照附图2、3、6、8所示，在本发明另一优选实施例中，所述降落伞装置30包括设于L形可伸缩支撑架11顶部的伞盒31，设于所述伞盒31顶部的智能分离顶盖部件32，设于所述伞盒31内的隔板33，设于所述隔板33顶部的气吹部件34、底部的失重检测部件35，以及设于所述伞盒31内且位于气吹部件34上方的降落伞36，所述智能分离顶盖部件32包括对称卡接伞盒31顶部的盖板321，设于伞盒31内壁的气体流道322，以及设于所述隔板33上且执行端连通气体流道322的多个第一气体发生器323，所述气体流道322的位置与盖板321的卡接位置相对应，所述气吹部件34包括设于所述隔板33顶部的多个第二气体发生器341，所述失重检测部件35包括设于隔板33底部的加速度传感器351，设于隔板33内且与加速度传感器351电信连接的第一控制器352，以及设于所述安装管211内壁且与加速度传感器351电信连接的第二控制器353。

需要说明的是，在本实施例中，爬壁机器人失重跌落时，加速度传感器351将加速度数据分别传输至第一控制器352以及第二控制器353，第一控制器352以及第二控制器353均将加速度数据与设定值进行比较，当加速度数据大于设定值时，即判定爬壁机器人失重，此时第一控制器352同时触发第一气体发生器323以及第二气体发生器341，以使盖板321分离，降落伞36吹出，第二控制器353触发氮气罐212，以使氮气罐212向气囊22内注入氮气；

进一步的，第一气体发生器323工作产生气体后，气体进入气体流道322，压力气体顶起盖板321，以使盖板321与伞盒31分离。

请着重参照附图2、5、7、9所示，在本发明另一优选实施例中，所述降速缓冲装置20包括设于所述底座10底部的储气部件21，套设于所述储气部件21外壁的气囊22，设于所述底座10底部且位于气囊22正下方的缓冲喷气部件23，以及连通所述缓冲喷气部件23顶部的控压部件24，所述控压部件24顶部连通气囊22，喷气缓冲时，储气部件21内气体进入气囊22，并在气囊22内压力大于控压部件24时气体经控压部件24传输至缓冲喷气部件23内，所述缓冲喷气部件23包括设于气囊22底部的喷气盘231，以及底部连接喷气盘231顶部、顶部连接底座10底部的多个缓冲弹簧232，所述储气部件21包括螺纹连接底座10底部的安装管211，以及设于所述安装管211底部的氮气罐212，所述氮气罐212用于向气囊22内注入氮气，所述控压部件24包括连通喷气盘231顶部的控压管241，设于所述控压管241内壁的气流环242，设于所述气流环242顶部的控压弹簧243，以及设于所述控压弹簧243顶部且用于对控压管241进气口进行密封的密封球244，所述控压管241顶部连通气囊22。

需要说明的是，在本实施例中，氮气进入气囊22后气囊22迅速膨胀，当气囊22内压大于控压部件24极限压力后，气囊22内气体经控压部件24进入缓冲喷气部件23，缓冲喷气部件23在空中进行喷气缓冲；

进一步的，控压部件24工作时，当气囊22内气压大于控压弹簧243弹力时，气流下压密封球244，并经控压管241进入缓冲喷气部件23，当气囊22内气压变小后控压弹簧243带动密封球244对控压管241顶部进行密封，以保持气囊22内气压足够；

进一步的，气体经喷气盘231集中喷出后产生缓冲力，在爬壁机器人坠地时，气囊22与缓冲弹簧232一同提供缓冲力。

根据以上实施例，还将提供一种爬壁机器人跌落保护装置的控制方法，包括以下步骤：

步骤一、感应，爬壁机器人失重跌落时，加速度传感器351将加速度数据分别传输至第一控制器352以及第二控制器353，第一控制器352以及第二控制器353均将加速度数据与设定值进行比较，当加速度数据大于设定值时，即判定爬壁机器人失重；

步骤二、触发，第一控制器352同时触发第一气体发生器323以及第二气体发生器341，以使盖板321分离，降落伞36吹出，第二控制器353触发氮气罐212，以使氮气罐212向气囊22内注入氮气。

需要说明的是，在本实施例中，

本发明的具体流程如下：

第一控制器352型号为“STM32F407VE”，第二控制器353型号为“STM32F407VE”，加速度传感器351型号为“4326-A”。

安装时，首先将爬壁机器人放置在底座10上，将相邻两个将L形可伸缩支撑架11用定位调距部件12连接，利用定位调距部件12将四个L形可伸缩支撑架11定位于爬壁机器人四顶角处，用螺钉连接L形可伸缩支撑架11底部与底座10，完成后根据爬壁机器人高度调节L形可伸缩支撑架11高度，高度调节完成后，螺钉连接L形可伸缩支撑架11顶部与伞盒31底部即可，通过安装管211将氮气罐212安装在底座10底部，并将气囊22连通控压部件24，即可完成整体安装，完成安装后可卸下定位调距部件12；

定位调距部件12连接时，将两个定位环121螺纹连接相邻两个第一L形支撑管111侧壁，并通过调距杆122螺纹连接两个定位环121，转动调距杆122，以使相邻两个第一L形支撑管111靠近或远离；

L形可伸缩支撑架11高度调节时，通过气嘴114向第一L形支撑管111内注入空气，以使第二L形支撑管112移出第一L形支撑管111，以进行高度调节，复位弹簧113给予复位力，以保持高度稳定；

爬壁机器人失重跌落时，加速度传感器351将加速度数据分别传输至第一控制器352以及第二控制器353，第一控制器352以及第二控制器353均将加速度数据与设定值进行比较，当加速度数据大于设定值时，即判定爬壁机器人失重，此时第一控制器352同时触发第一气体发生器323以及第二气体发生器341，以使盖板321分离，降落伞36吹出，第二控制器353触发氮气罐212，以使氮气罐212向气囊22内注入氮气；

第一气体发生器323工作产生气体后，气体进入气体流道322，压力气体顶起盖板321，以使盖板321与伞盒31分离；

氮气进入气囊22后气囊22迅速膨胀，当气囊22内压大于控压部件24极限压力后，气囊22内气体经控压部件24进入缓冲喷气部件23，缓冲喷气部件23在空中进行喷气缓冲；

控压部件24工作时，当气囊22内气压大于控压弹簧243弹力时，气流下压密封球244，并经控压管241进入缓冲喷气部件23，当气囊22内气压变小后控压弹簧243带动密封球244对控压管241顶部进行密封，以保持气囊22内气压足够；

气体经喷气盘231集中喷出后产生缓冲力，在爬壁机器人坠地时，气囊22与缓冲弹簧232一同提供缓冲力。

上述结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的这种非实质改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种爬壁机器人跌落保护装置,包括底座（10），其特征在于,所述底座（10）底部四顶角处均设有降速缓冲装置（20）、顶部四顶角处均设有L形可伸缩支撑架（11），所述L形可伸缩支撑架（11）顶部设有降落伞装置（30），相邻两个所述L形可伸缩支撑架（11）间设有定位调距部件（12），所述L形可伸缩支撑架（11）用于固定爬壁机器人；

所述降落伞装置（30）包括设于L形可伸缩支撑架（11）顶部的伞盒（31），设于所述伞盒（31）顶部的智能分离顶盖部件（32），设于所述伞盒（31）内的隔板（33），设于所述隔板（33）顶部的气吹部件（34）、底部的失重检测部件（35），以及设于所述伞盒（31）内且位于气吹部件（34）上方的降落伞（36），

所述降速缓冲装置（20）包括设于所述底座（10）底部的储气部件（21），套设于所述储气部件（21）外壁的气囊（22），设于所述底座（10）底部且位于气囊（22）正下方的缓冲喷气部件（23），以及连通所述缓冲喷气部件（23）顶部的控压部件（24），

所述控压部件（24）包括连通喷气盘（231）顶部的控压管（241），设于所述控压管（241）内壁的气流环（242），设于所述气流环（242）顶部的控压弹簧（243），以及设于所述控压弹簧（243）顶部且用于对控压管（241）进气口进行密封的密封球（244），所述控压管（241）顶部连通气囊（22）；所述控压部件（24）顶部连通气囊（22），喷气缓冲时，储气部件（21）内气体进入气囊（22），并在气囊（22）内压力大于控压弹簧（243）的弹力时气体经控压部件（24）传输至缓冲喷气部件（23）内。

2.根据权利要求1所述的一种爬壁机器人跌落保护装置，其特征在于，所述L形可伸缩支撑架（11）包括底部设于底座（10）上的第一L形支撑管（111），滑动连接第一L形支撑管（111）内壁且延伸至第一L形支撑管（111）外部的第二L形支撑管（112），以及顶部连接第二L形支撑管（112）底部、底部连接第一L形支撑管（111）内壁底部的复位弹簧（113），所述第一L形支撑管（111）外壁设有进气嘴（114），所述第二L形支撑管（112）顶部连接伞盒（31）底部。

3.根据权利要求2所述的一种爬壁机器人跌落保护装置，其特征在于，所述定位调距部件（12）包括分别设于相邻两个第一L形支撑管（111）侧壁的定位环（121），以及螺纹连接两个定位环（121）的调距杆（122）。

4.根据权利要求1所述的一种爬壁机器人跌落保护装置，其特征在于，所述智能分离顶盖部件（32）包括对称卡接伞盒（31）顶部的盖板（321），设于伞盒（31）内壁的气体流道（322），以及设于所述隔板（33）上且执行端连通气体流道（322）的多个第一气体发生器（323），所述气体流道（322）的位置与盖板（321）的卡接位置相对应。

5.根据权利要求1所述的一种爬壁机器人跌落保护装置，其特征在于，所述气吹部件（34）包括设于所述隔板（33）顶部的多个第二气体发生器（341）。

6.根据权利要求1所述的一种爬壁机器人跌落保护装置，其特征在于，所述缓冲喷气部件（23）包括设于气囊（22）底部的喷气盘（231），以及底部连接喷气盘（231）顶部、顶部连接底座（10）底部的多个缓冲弹簧（232）。

7.根据权利要求1所述的一种爬壁机器人跌落保护装置，其特征在于，所述储气部件（21）包括螺纹连接底座（10）底部的安装管（211），以及设于所述安装管（211）底部的氮气罐（212），所述氮气罐（212）用于向气囊（22）内注入氮气。

8.根据权利要求7所述的一种爬壁机器人跌落保护装置，其特征在于，所述失重检测部件（35）包括设于隔板（33）底部的加速度传感器（351），设于隔板（33）内且与加速度传感器（351）电信连接的第一控制器（352），以及设于所述安装管（211）内壁且与加速度传感器（351）电信连接的第二控制器（353）。

9.根据权利要求1所述的一种爬壁机器人跌落保护装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、感应，爬壁机器人失重跌落时，加速度传感器（351）将加速度数据分别传输至第一控制器（352）以及第二控制器（353），第一控制器（352）以及第二控制器（353）均将加速度数据与设定值进行比较，当加速度数据大于设定值时，即判定爬壁机器人失重；

步骤二、触发，第一控制器（352）同时触发第一气体发生器（323）以及第二气体发生器（341），以使盖板（321）分离，降落伞（36）吹出，第二控制器（353）触发氮气罐（212），以使氮气罐（212）向气囊（22）内注入氮气。

Images