CN114379666A - 一种带有机械臂的多足吸附检测机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种带有机械臂的多足吸附检测机器人，包括多足机器人移动底盘、若干个机器人足、罩壳和机械臂，若干个机器人足设置在多足机器人移动底盘上，罩壳装在多足机器人移动底盘上，且罩住多足机器人移动底盘和若干个机器人足，机械臂可拆卸式连接罩壳，且机械臂位于罩壳的外部。优点：本发明吸附检测机器人，结合多足机器人移动底盘、若干个机器人足、罩壳和机械臂，并且在机械臂的末端安装检测模块用于对幕墙进行检测。

Description

一种带有机械臂的多足吸附检测机器人

技术领域

本发明涉及一种带有机械臂的多足吸附检测机器人。

背景技术

高层建筑外墙、工业高耸建构筑物、风电塔筒叶片、水利大坝混凝土霸体、长大桥梁桥墩等建筑物和构筑物需要定期检测、清洗、维护维修作业等，基本上目前都采用蜘蛛人或电动吊篮的方式进行人工作业，高空作业风险大、效率低、强度高。随着智能技术的发展，采用机器人代替或辅助人进行高空作业是一个发展趋势。高空作业机器人如何实现与作业对象的有效接触是实现作业的必要条件，吸附式的爬墙爬壁机器人可与墙面或壁面可靠吸附，安全可靠，是爬壁机器人常用的一种手段。

目前，在墙面吸附的主要是以负压吸附式为主，但多数是一个大吸盘，只能在连续平面运行。但是它无法越过障碍。比如，在外墙表面有一个铝合金的小条，是无法越过。目前，这种大吸盘式的只能连续平面运行，无法进行越障，在实际应用中局限性较大。

此外，用于墙面或壁面检测的模块多数需要在壁面上移动，比如无损超声检测就需要连续扫描壁面，那么就需要机器人的检测机构相对较为灵活，作业范围尽可能的大，且能适应一些异形面的检测作业。如果在机器人本体上设计检测模块的夹持机构，则就会比较笨重复杂，适应能力不强，而且与机器人本体的运动也会产生干扰和不协调。

发明内容

本发明提出一种带有机械臂的多足吸附检测机器人，具体的技术方案是，一种带有机械臂的多足吸附检测机器人，包括多足机器人移动底盘、若干个机器人足、罩壳和机械臂，若干个机器人足设置在多足机器人移动底盘上，罩壳装在多足机器人移动底盘上，且罩住多足机器人移动底盘和若干个机器人足，机械臂可拆卸式连接罩壳，且机械臂位于罩壳的外部。

对本发明技术方案的优选，多足机器人移动底盘包括安装框体、两个履带组件和两个驱动电机组件，安装框体连接两个履带组件，两个履带组件左右对称设置，两个驱动电机组件一一对应设置在两个履带组件上。本发明的多足机器人移动底盘，可配合安装机器人足，实现壁面障碍的越过。

对本发明技术方案的优选，履带组件包括上安装板、下安装板、主动轮、被动轮、履带和若干支柱，上安装板与下安装板平行设置且由若干支柱撑起并连接，主动轮和被动轮均由轮轴转动支撑在上安装板与下安装板之间，履带安装于主动轮和被动轮上，驱动电机组件装在下安装板上，驱动电机组件带动主动轮转动。

对本发明技术方案的优选，驱动电机组件包括电机、电动滑环、电动组件主动轮、电动组件从动轮和同步带，电机设置在下安装板上，电动组件主动轮设置在电机的电机轴上，电动组件从动轮与主动轮同轴设置，同步带安装于电动组件主动轮和电动组件从动轮上；电动滑环安装在下安装板上，且与电机电连接。本发明技术方案中驱动电机组件的设置优点在于，结构简单，传动可靠；并且采用电动滑环给电机供电，同时也给装在履带组件上的吸盘组件供电，避免了吸盘组件作为机器人足在行走过程中的接线的缠绕，采用电动滑环接线供电不会缠绕。

对本发明技术方案的优选，履带外表面上均布且间隔设置若干用于安装机器人足的凸块，凸块的设置能快速地安装作为机器人足的吸盘组件。

对本发明技术方案的优选，若干机器人足分为两组分别安装在两个履带组件上；机器人足包括吸盘、吸盘法兰、直杆气缸、空心吸盘导柱、导筒、安装框架、真空泵和四个电磁阀，吸盘用于吸附墙面或壁面，吸盘法兰与吸盘连接，直杆气缸的推杆自由端垂直于吸盘法兰设置，直杆气缸的气缸本体设置在安装框架上，导筒设置在安装框架上，空心吸盘导柱插入导筒并沿导筒长度方向滑动；空心吸盘导柱的下端贯穿吸盘法兰与吸盘连通，四个电磁阀设置在安装框架上，真空泵设置在安装框架上，真空泵与直杆气缸的上下端、空心吸盘导柱的顶端均通过气管相连，四个电磁阀均布接在每条气路上。吸盘组件用于充当爬墙机器人的足，实现多足爬墙机器人；负压吸附，且能够越障；多个吸盘组件作为多足爬墙机器人的足，在遇到障碍时，在障碍位置处的几个吸盘松开，但其余的吸盘还能继续保持稳定不脱落。

对本发明技术方案的优选，机器人足还包括与履带连接的主体安装板以及与上安装板和下安装板的边沿分别卡合的两对卡轮，主体安装板设置在安装框架上；一对卡轮由两个空间垂直设置的橡胶轮构成，橡胶轮通过轮轴转动设置主体安装板上，四个橡胶轮分别接触上安装板和下安装板的侧壁以及板面。主体安装板的设计目的是，方便作为机器人足用的吸盘组件与其连接的机器人主体进行安装；两对卡轮的设计可与机器人主体上进行滚动配合，进一步起到吸盘组件与其连接的机器人主体进行安装。

对本发明技术方案的优选，机械臂为协作机械臂，机械臂设置于罩壳的顶部，在机械臂的末端设置检测模块。

对本发明技术方案的优选，检测模块为光弹检测模块或超声无损检测模块或包含摄像头的外观检测模块。光弹检测模块用来检测幕墙钢化玻璃应力，超声无损检测模块用来检测壁面内部缺陷，比如风电叶片内部缺陷、钢结构内部缺陷等；均为本技术领域内的已知检测模块，本领域内的技术人员已知。

本发明技术方案的机器人足中提及的直杆气缸、导筒、真空泵和四个电磁阀，均为市售件，直接购买获得。

本发明技术方案中多足机器人移动底盘中提及的电机和电动滑环均为市售件，直接购买获得。

本发明与现有技术相比，其有益效果是：

1、本发明的带有机械臂的多足吸附检测机器人，吸盘组件用于充当爬墙机器人的足，实现多足爬墙机器人；负压吸附，且能够越障；结合吸盘组件，构成多足爬墙机器人的行走主体；通过吸盘组件的交替推出-吸附/缩回-脱附实现机器人底盘的全向运动，在吸盘组件的推出-缩回作用下，可实现壁面障碍的越过。

2、本发明的带有机械臂的多足吸附检测机器人，结合多足机器人移动底盘、若干个机器人足、罩壳和机械臂，并且在机械臂的末端安装检测模块用于对幕墙进行检测。

3、本发明的带有机械臂的多足吸附检测机器人，采用轻量级的多轴机械臂作为检测机器人检测模块的夹持和作业执行机构，就会变得非常灵活，作业时机器人本体稳定吸附在壁面上，控制机械臂的运动，可实现对壁面的大范围、灵活性检测。

附图说明

图1是带有机械臂的多足吸附检测机器人的立体图。

图2是在图1上装有检测模块的立体图。

图3是实施例的多足机器人移动底盘的立体图。

图4是装有驱动电机组件的履带组件的立体图（图中省略了电机）。

图5是装有驱动电机组件的履带组件的爆炸视图。

图6是本实施例的吸盘组件的示意图。

图7是本实施例中直杆气缸的推杆伸出的吸盘组件的状态示意图。

图8是带有机械臂的多足吸附检测机器人和多个吸盘组件的装配图。

图9是在图8上装上罩壳的示意图。

图10是图8的吸盘组件内的直杆气缸的推杆伸出的状态示意图。

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

为使本发明的内容更加明显易懂，以下结合附图1-图10和具体实施方式做进一步的描述。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：

如图1和2所示，一种带有机械臂的多足吸附检测机器人，包括多足机器人移动底盘、若干个机器人足4、罩壳6和机械臂8，若干个机器人足4设置在多足机器人移动底盘上，罩壳6装在多足机器人移动底盘上，且罩住多足机器人移动底盘和若干个机器人足4，机械臂8可拆卸式连接罩壳6，且机械臂8位于罩壳6的外部。

如图3所示，本实施例中多足机器人移动底盘，包括安装框体1、两个履带组件2和两个驱动电机组件3，安装框体1连接两个履带组件2，两个履带组件2左右对称设置，两个驱动电机组件3一一对应设置在两个履带组件2上。本实施的多足机器人移动底盘的结构设计，可配合安装若干机器人足，实现壁面障碍的越过。

如图4和5所示，履带组件2包括上安装板2-1、下安装板2-2、主动轮2-3、被动轮2-4、履带2-5和若干支柱2-6，上安装板2-1与下安装板2-2平行设置且由若干支柱2-6撑起并连接，主动轮2-3和被动轮2-4均由轮轴转动支撑在上安装板2-1与下安装板2-2之间，履带2-5安装于主动轮2-3和被动轮2-4上，驱动电机组件3装在下安装板2-2上，驱动电机组件3带动主动轮2-3转动。

如图4和5所示，驱动电机组件3包括电机3-1、电动滑环3-2、电动组件主动轮3-3、电动组件从动轮3-4和同步带3-5，电机3-1设置在下安装板2-2上，电动组件主动轮3-3设置在电机3-1的电机轴上，电动组件从动轮3-4与主动轮2-3同轴设置，同步带3-5安装于电动组件主动轮3-3和电动组件从动轮3-4上；电动滑环3-2安装在下安装板2-2上，且与电机3-1电连接。

本实施例的履带组件2和驱动电机组件3，驱动电机组件3内的电机组件主动轮3-3在电机3-1转动下，通过同步带3-5带动电动组件从动轮3-4转动，从而带动履带组件2的主动轮2-3转动，实现履带组件2的履带2-5转动，最终实现安装在履带2-5上的机器人足4的运动。

如图3所示，本实施例的履带2-5外表面上均布且间隔设置若干用于安装机器人足的凸块2-5-1。

进一步，如图4和5所示，履带组件2内的上安装板2-1与下安装板2-2的板面上开设多个减重孔，减重孔的设置降低带有机械臂的多足吸附检测机器人的整体重量。

如图3所示，本实施例中多足机器人移动底盘，安装框体1架设在两个履带组件2的上安装板2-1上。进一步，本实施例中的安装框体1还可以用来安装机器人所需的电气控制元件5。本实施例中，电气控制元件5为爬壁机器人领域内的已知元器件，本领域内的技术人员已知。

如图1和2所示，若干机器人足4分为两组分别安装在多足机器人移动底盘的两个履带组件2上。本实施例中，多个吸盘组件装在履带组件2上，作为机器人的足，构成多足爬墙机器人。多足爬墙机器人，在遇到障碍时，在障碍位置处的几个吸盘松开，但其余的吸盘还能继续保持稳定不脱落。

如图6所示，本实施例的机器人足4采用吸盘组件，结构紧凑，负压吸附。机器人足4包括吸盘4-1、吸盘法兰4-2、直杆气缸4-3、空心吸盘导柱4-4、导筒4-5、安装框架4-6、真空泵4-8和四个电磁阀4-7，吸盘4-1用于吸附墙面或壁面，吸盘法兰4-2通过螺栓与吸盘4-1连接，吸盘法兰4-2与吸盘4-1之间可进一步作密封处理；吸盘法兰4-2用于连接直杆气缸4-3和空心吸盘导柱4-4。

直杆气缸4-3的推杆自由端垂直于吸盘法兰4-2设置，直杆气缸4-3的气缸本体设置在安装框架4-6上，直杆气缸4-3的推杆的伸出或缩回，是将吸盘4-1推出去，吸到墙上或收回来的。如图7所示。

如图6所示，导筒5为直线运动轴承，导筒4-5设置在安装框架4-6上，空心吸盘导柱4-4插入导筒4-5并沿导筒4-5长度方向滑动；空心吸盘导柱4-4的下端贯穿吸盘法兰4-2与吸盘4-1连通，直杆气缸4-3的推杆的伸出，空心吸盘导柱4-4随之顶出。

如图6所示，四个电磁阀4-7设置在安装框架4-6上，真空泵4-8设置在安装框架4-6上，真空泵4-8与直杆气缸4-3的上下端、空心吸盘导柱4-4的顶端均通过气管相连，四个电磁阀4-7均布接在每条气路上。本实施例的电磁阀与真空泵、直杆气缸的上下端和空气吸盘导柱的首端相连，用于控制气管内气路启停和方向。本实施例中提及的四个电磁阀4-7与真空泵4-8、直杆气缸4-3的上下端和空气吸盘导柱4-4的首端相连，用于控制气管内气路启停和方向，其涉及的控制方法为已知技术。

如图6所示，本实施例中用作机器人足4的吸盘组件，导筒4-5为直线运动轴承，空心吸盘导柱4-4为空心圆管。空心吸盘导柱末端与吸盘4-1相通，形成一个气体导通的通道，同时能在直杆气缸运动时，在与安装框架连接的导筒内上下滑动。空心吸盘导柱4-4与吸盘法兰4-2的连接处密封，具体为空心吸盘导柱4-4与吸盘法兰4-22可焊接成一体。

如图6所示，本实施例中用作机器人足4的吸盘组件，直杆气缸4-3的上下端以及空心吸盘导柱4-4的顶端均设置气管接头，气管接头的设置方便了气管的快速安装。

如图6所示，安装框架4-6用于固定吸盘4-1、吸盘法兰4-2、直杆气缸4-3、空心吸盘导柱4-4、导筒4-5、四个电磁阀4-7、真空泵4-8、主体安装板4-9和卡轮等组件，真空泵4-8通过立式框架4-11设置在安装框架4-6上，立式框架4-11与安装框架4-6垂直设置。立式框架4-11与安装框架4-6的板面上开设多个减震孔，此处减重孔的设置是用来降低吸盘组件整体的重量，从而间接降低本实施例中提及的可越障的多足爬壁机器人的整体重量。

如图6和8所示，吸盘组件还包括与履带2-5连接的主体安装板4-9以及与上安装板2-1和下安装板2-2的边沿分别卡合的两对卡轮，主体安装板4-9设置在安装框架4-6上；一对卡轮由两个空间垂直设置的橡胶轮4-10构成，橡胶轮4-10通过轮轴转动设置主体安装板4-9上，四个橡胶轮4-10分别接触上安装板2-1和下安装板2-2的侧壁以及板面。

本实施例的机器人足4的工作过程为：

1、当需要吸附时，在电磁阀4-7控制下，真空泵4-8启动，直杆气缸4-3的推杆顶出，空心吸盘导柱4-4随之顶出，将吸盘4-1顶到被吸附墙面或壁面，电磁阀4-2控制真空泵4-8与空心吸盘导柱4-4连接的气路，将吸盘4-1内的空气吸出，吸盘4-1内形成负压，将吸盘4-1仅仅吸附在被吸附壁面。如图2所示。

2、当需要脱开时，电磁阀4-7控制真空泵4-8与空心吸盘导柱4-4连接的气路，向内充气，形成正压，（吸盘内可安装有差压传感器测量内外压差或真空度）将吸盘内气压与大气压相同，同时，电磁阀4-7控制真空泵4-8与直杆气缸4-3的气路，将直杆气缸4-3的推杆收回，收回吸盘4-1，脱开墙面。

如图3和8所示，本实施例中机器人足4与多足机器人移动底盘的连接具体为：机器人足4上的主体安装板4-9通过螺栓连接在带有机械臂的多足吸附检测机器人上的履带2-5的凸块2-5-1上。机器人足4上的四个橡胶轮4-10分别接触上安装板2-1和下安装板2-2的侧壁以及板面。

如图8、9和10所示，本实施例中多个机器人足4与多足机器人移动底盘和罩壳6的连接，可构成可越障的多足爬壁机器人。

如图8、9和10所示，可越障的多足爬壁机器人的运动流程如下：

1、首先将可越障的多足爬壁机器人装好，将机器人放置到行走壁面；

2、开启电气控制部分电源，将吸盘组件吸盘推出吸附在壁面上；

3、电气控制部分发出信号，吸盘组件交替吸附，并且在驱动电机作用下，随着履带组件的履带运动；

4、当向前直线运动时，履带组件的内侧吸盘组件始终保持推出吸附在墙面上，外侧履带圆弧部分吸盘组件呈现缩回脱离壁面，随着履带组件的转动，当顶部第一个吸盘组件运动到内侧时，同时推出吸附上壁面，内侧末端吸盘组件脱离壁面，并转动到圆弧部分的末端，持续以上动作，实现机器人的前向直线运动；当向后直线运动时，动作与之相似。

5、当转向运动时，履带组件的内侧吸盘始终脱离壁面，在左右驱动电机组件的差速转动下，与圆弧部分吸盘交替吸附-脱离壁面，实现转向，待转向完成后，再转化成上述直线运动模式。

6、越障：当壁面存在障碍时（障碍物高度低于吸盘组件直杆气缸的推杆行程），吸盘推出时会顶住障碍物实现在障碍物上的吸附，或者受障碍物的影响不吸附，但是由于多足的存在，机器人整体还能稳定吸附在壁面上，不会脱落，实现运动过程中的越障功能。

如图1和2所示，本实施例中的机械臂8为协作机械臂，机械臂8设置于罩壳6的顶部，在机械臂8的末端设置检测模块9。本实施例的机械臂8优先采用UR、遨博、艾利特、卡、越疆等这几个品牌的六轴协作机械臂。采用轻量级的多轴机械臂作为检测机器人检测模块的夹持和作业执行机构，就会变得非常灵活，作业时机器人本体稳定吸附在壁面上，控制机械臂的运动，可实现对壁面的大范围、灵活性检测。

如图2所示，在机械臂8的末端设置检测模块9为光弹检测模块或超声无损检测模块或包含摄像头的外观检测模块。光弹检测模块用来检测幕墙钢化玻璃应力，超声无损检测模块用来检测壁面内部缺陷，比如风电叶片内部缺陷、钢结构内部缺陷等；均为本技术领域内的已知检测模块，本领域内的技术人员已知。

如图1和2所示，本实施例的带有机械臂的多足吸附检测机器人，在幕墙行走的同时，可利用机械臂8的末端设置的检测模块9对幕墙进行检测。

本实施例的带有机械臂的多足吸附检测机器人，吸盘组件用于充当爬墙机器人的足，实现多足爬墙机器人；负压吸附，且能够越障；在遇到障碍时，在障碍位置处的几个吸盘松开，但其余的吸盘还能继续保持稳定不脱落；同时可利用机械臂8的末端设置的检测模块9对幕墙进行检测。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (9)

1.一种带有机械臂的多足吸附检测机器人，其特征在于，包括多足机器人移动底盘、若干个机器人足（4）、罩壳（6）和机械臂（8），若干个机器人足（4）设置在多足机器人移动底盘上，罩壳（6）装在多足机器人移动底盘上，且罩住多足机器人移动底盘和若干个机器人足（4），机械臂（8）可拆卸式连接罩壳（6），且机械臂（8）位于罩壳（6）的外部。

2.根据权利要求1所述的带有机械臂的多足吸附检测机器人，其特征在于，多足机器人移动底盘包括安装框体（1）、两个履带组件（2）和两个驱动电机组件（3），安装框体（1）连接两个履带组件（2），两个履带组件（2）左右对称设置，两个驱动电机组件（3）一一对应设置在两个履带组件（2）上。

3.根据权利要求2所述的带有机械臂的多足吸附检测机器人，其特征在于，履带组件（2）包括上安装板（2-1）、下安装板（2-2）、主动轮（2-3）、被动轮（2-4）、履带（2-5）和若干支柱（2-6），上安装板（2-1）与下安装板（2-2）平行设置且由若干支柱（2-6）撑起并连接，主动轮（2-3）和被动轮（2-4）均由轮轴转动支撑在上安装板（2-1）与下安装板（2-2）之间，履带（2-5）安装于主动轮（2-3）和被动轮（2-4）上，驱动电机组件（3）装在下安装板（2-2）上，驱动电机组件（3）带动主动轮（2-3）转动。

4.根据权利要求3所述的带有机械臂的多足吸附检测机器人，其特征在于，驱动电机组件（3）包括电机（3-1）、电动滑环（3-2）、电动组件主动轮（3-3）、电动组件从动轮（3-4）和同步带（3-5），电机（3-1）设置在下安装板（2-2）上，电动组件主动轮（3-3）设置在电机（3-1）的电机轴上，电动组件从动轮（3-4）与主动轮（2-3）同轴设置，同步带（3-5）安装于电动组件主动轮（3-3）和电动组件从动轮（3-4）上；电动滑环（3-2）安装在下安装板（2-2）上，且与电机（3-1）电连接。

5.根据权利要求3所述的带有机械臂的多足吸附检测机器人，其特征在于，履带（2-5）外表面上均布且间隔设置若干用于安装机器人足的凸块（2-5-1）。

6.根据权利要求2所述的带有机械臂的多足吸附检测机器人，其特征在于，若干机器人足（4）分为两组分别安装在两个履带组件（2）上；机器人足（4）包括吸盘（4-1）、吸盘法兰（4-2）、直杆气缸（4-3）、空心吸盘导柱（4-4）、导筒（4-5）、安装框架（4-6）、真空泵（4-8）和四个电磁阀（4-7），吸盘（4-1）用于吸附墙面或壁面，吸盘法兰（4-2）与吸盘（4-1）连接，直杆气缸（4-3）的推杆自由端垂直于吸盘法兰（4-2）设置，直杆气缸（4-3）的气缸本体设置在安装框架（4-6）上，导筒（4-5）设置在安装框架（4-6）上，空心吸盘导柱（4-4）插入导筒（4-5）并沿导筒（4-5）长度方向滑动；空心吸盘导柱（4-4）的下端贯穿吸盘法兰（4-2）与吸盘（4-1）连通，四个电磁阀（4-7）设置在安装框架（4-6）上，真空泵（4-8）设置在安装框架（4-6）上，真空泵（4-8）与直杆气缸（4-3）的上下端、空心吸盘导柱（4-4）的顶端均通过气管相连，四个电磁阀（4-7）均布接在每条气路上。

7.根据权利要求6所述的带有机械臂的多足吸附检测机器人，其特征在于，机器人足（4）还包括与履带（2-5）连接的主体安装板（4-9）以及与上安装板（2-1）和下安装板（2-2）的边沿分别卡合的两对卡轮，主体安装板（4-9）设置在安装框架（4-6）上；一对卡轮由两个空间垂直设置的橡胶轮（4-10）构成，橡胶轮（4-10）通过轮轴转动设置主体安装板（4-9）上，四个橡胶轮（4-10）分别接触上安装板（2-1）和下安装板（2-2）的侧壁以及板面。

8.根据权利要求1所述的带有机械臂的多足吸附检测机器人，其特征在于，机械臂（8）为协作机械臂，机械臂（8）设置于罩壳（6）的顶部，在机械臂（8）的末端设置检测模块（9）。

9.根据权利要求8所述的带有机械臂的多足吸附检测机器人，其特征在于，检测模块（9）为光弹检测模块或超声无损检测模块或包含摄像头的外观检测模块。

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