CN201176192Y - 关节连接小型双体负压爬壁机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种关节连接小型双体负压爬壁机器人，包括前单体负压爬壁机器人，后单体负压爬壁机器人和俯仰连接关节三个部分；具体包括风机组件、风机壳、顶板、降噪盖、驱动行走组件、密封槽、密封气囊、俯仰关节驱动电机、俯仰关节转动轴、俯仰关节前板、俯仰关节后板等。本实用新型的爬壁机器人不仅可以便捷快速有效地完成从地面到墙面的转换以及在相临的两个墙面间的面面转换，而且还可以完成跨越障碍和沟槽等任务。

Description

关节连接小型双体负压爬壁机器人

(一)技术领域：

本实用新型涉及一种关节连接小型双体负压爬壁机器人，尤其是指由转动副连接的，能够在常见的平面幕墙上稳定吸附，能实现面面转换和跨越障碍沟槽的双体负压爬壁机器人，属于多功能微小型爬壁机器人领域。

(二)背景技术：

传统的爬壁机器人大多体积大、重量大、爬行速度慢，随着机器人技术的发展和对爬壁机器人认识的深入，爬壁机器人朝着小型化，轻型化的方向发展。虽然现有的爬壁机器人有的功能强大，能完成面面转换、越障碍、越沟槽等复杂任务，但是结构复杂，笨重；有的爬壁机器人做到了小型化和轻型化，但因为是单体机器人，所以功能简单，只能在平整壁面上运动，而且不具有越障碍、越沟槽的能力。

(三)实用新型内容：

本实用新型的目的在于提供一种关节连接小型双体负压爬壁机器人，以克服现有的爬壁机器人在实现面面转换、跨越障碍和沟槽方面能力的不足，该双体负压爬壁机器人可以便捷、有效地完成面面转换、跨越障碍和沟槽的任务。

本实用新型一种关节连接小型双体负压爬壁机器人，该爬壁机器人包括以下三个部分，即前单体负压爬壁机器人，后单体负压爬壁机器人和俯仰连接关节：

(1)前单体负压爬壁机器人，其包括：

风机组件，包含无刷电机座、外转子无刷电机、风叶、离心式风叶轮；外转子无刷电机通过螺钉与无刷电机座上表面连接，无刷电机座下表面有螺纹孔，通过螺钉将无刷电机座固定在风叶上，离心式风叶轮通过螺钉安装在外转子无刷电机下表面上；

风机壳，风机壳是具有多台阶的空心壳体；其最上部的台阶周边攻有螺纹孔；风机壳内壁面与风叶的外圆柱面通过过盈配合连接固定，从而将风机组件卡在风机壳里面；

顶板，具有一安装孔；顶板的上表面与风机壳最上部的台阶的底面重合，最上部台阶底面以下的壳体部分与顶板的安装孔是过盈配合，从而使风机壳卡在顶板上面的安装孔里；

降噪盖，通过螺钉与风机壳最上部台阶周边的螺纹孔连接；

驱动行走组件，该组件由两套完全相同的驱动行走机构组成，每套驱动行走机构控制单体机器人同一侧轮胎的转动；

其中一套驱动行走机构，包含：驱动行走电机；电机座，一端与驱动行走电机螺接；主动轮轴承座，电机座螺接于其一侧的端面上，该主动轮轴承座上部与顶板螺接固定；主动轴，与驱动行走电机的输出轴过盈配合连接，且主动轴通过两个轴承以及两个轴承卡圈固定在主动轴承座上；同步带轮，通过键与主动轴连接；主动轮胎，通过螺钉与主动轴外端的连接盲孔连接；从动轮轴承座，其上部与顶板螺接固定；从动轴，通过两个轴承以及两个轴承卡圈固定在从动轴承座上；同步带轮，通过键与从动轴连接；从动轮胎，通过螺钉与从动轴外端的连接盲孔连接；同步带，安装于主动轴和从动轴的同步带轮上。

密封槽，与顶板螺接，且顶板的上表面与密封槽边框上端的表面重合；

密封气囊，直接卡在密封槽的凹槽里；与顶板、密封槽组成一密封腔。

(2)后单体负压爬壁机器人，其形状构造与前单体负压爬壁机器人完全一样，此处不再重述。

(3)俯仰连接关节，其包括：

俯仰关节驱动电机；

俯仰电机座，其外圈与俯仰关节后板螺接，内圈与俯仰关节驱动电机螺接；

俯仰关节转动轴，与俯仰关节驱动电机的输出轴以过盈配合方式相连接；

俯仰关节前板，一端通过螺钉与前单体负压爬壁机器人固联，另一端通过俯仰关节键与俯仰关节转动轴连接；

俯仰关节后板，一端通过螺钉与后单体负压爬壁机器人固联，另一端通过俯仰关节轴承和俯仰关节弹簧卡圈与俯仰关节转动轴连接。

本实用新型一种关节连接小型双体负压爬壁机器人的优点和功效是：该爬壁机器人不仅可以便捷快速有效地完成从地面到墙面的转换以及在相临的两个墙面间的面面转换，而且还可以完成跨越障碍和沟槽等任务。

(四)附图说明：

图1是本实用新型的整体结构立体图。

图2是本实用新型的整体结构爆炸图。

图3是本实用新型的俯仰连接关节的爆炸图。

图4是本实用新型的前单体爬壁机器人的爆炸图。

图5是本实用新型的单体爬壁机器人的轴侧图。

图6是本实用新型的双体负压爬壁机器人面面转换功能示意图。

图7是本实用新型的双体负压爬壁机器人越障碍功能示意图。

图8是本实用新型的双体负压爬壁机器人越沟槽功能示意图。

图中具体标号如下：

1、前单体负压爬壁机器人    2、后单体负压爬壁机器人

3、俯仰连接关节            4、俯仰关节驱动电机

5、俯仰电机座              6、俯仰关节后板

7、俯仰关节前板            8、俯仰关节弹簧卡圈

9、俯仰关节轴承            10、俯仰关节转动轴

11、俯仰关节键             12、降噪盖

13、无刷电机座             14、外转子无刷电机

15、风叶            16、离心式风叶轮

17、风机壳          18、顶板

19、密封槽          20、密封气囊

21、驱动行走电机    22、电机座

23、轴承卡圈        24、轴承

25、同步带轮        26、主动轴

27、键              28、主动轮轴承座

29、主动轮胎        30、同步带

31、从动轴          32、从动轮轴承座

33、从动轮胎

(五)具体实施方式：

本实用新型一种关节连接小型双体负压爬壁机器人，如图1、2所示，该爬壁机器人包括以下三个部分，即前单体负压爬壁机器人1，后单体负压爬壁机器人2和俯仰连接关节3：

(1)前单体负压爬壁机器人1，如图4、5所示，其包括：

风机组件，由无刷电机座13、外转子无刷电机14、风叶15、离心式风叶轮16组成；外转子无刷电机14通过螺钉与无刷电机座13上表面连接，无刷电机座13下表面有四个螺纹孔，通过螺钉将无刷电机座13固定在风叶15上，离心式风叶轮16通过螺钉安装在外转子无刷电机14下表面上，根据外转子电机的特性，其下表面即为电机的转子的一部分，由此电机转动的同时带动离心式风叶轮转动。

风机壳17，风机壳是具有多台阶的空心壳体；其最上部的台阶周边攻有螺纹孔；风机壳的内壁与风叶15的外圆柱面通过过盈配合连接固定，从而将风机组件卡在风机壳17里面；

顶板18，具有一安装孔；顶板的上表面与风机壳17最上部的台阶的底面重合，最上部台阶底面以下的壳体部分与顶板的安装孔是过盈配合，从而使风机壳17卡在顶板18上面的安装孔里；

降噪盖12，通过螺钉与风机壳17最上部台阶周边的螺纹孔连接；

驱动行走组件，该组件由两套完全相同的驱动行走机构组成，每套行走机构控制单体机器人同一侧轮胎的转动；其中一套驱动行走机构，包含：驱动行走电机21、电机座22、轴承卡圈23、轴承24、同步带轮25、主动轴26、键27、主动轮轴承座28、主动轮胎29、同步带30、从动轴31、从动轮轴承座32、从动轮胎。其中，驱动行走电机21通过三个螺钉连接在电机座22上，电机座22通过三个螺钉连接在主动轮轴承座28一侧的端面上，主动轮轴承座28通过四个螺钉连接到顶板18上，驱动行走电机21的输出轴直接与主动轴26的通孔过盈配合连接，同步带轮25通过键27与主动轴26连接，主动轴26通过两个轴承24以及两个轴承卡圈23固定在主动轴承座28上，主动轮胎29通过螺钉与主动轴26外端的连接盲孔连接。从动轮轴承座32通过四个螺钉连接到顶板18上，同步带轮25通过键27与从动轴31连接，从动轴31通过两个轴承24以及两个轴承卡圈23固定在从动轴承座28上，从动轮胎29通过螺钉与从动轴26外端的连接盲孔连接。主动轴26和从动轴31之间有同步带安装在两轴的同步带轮25上。驱动行走电机21再直接通过主动轴26带动主动轮胎转动的同时通过键27、同步带轮25和同步带30，带动同一侧的从动轮胎29转动。

密封槽19，与顶板18通过四个螺钉连接，且顶板18的上表面与密封槽19边框上端的表面重合；

密封气囊20，直接卡在密封槽19的凹槽里；与顶板18、密封槽19组成一个密封腔。

外转子无刷电机14带动离心式风叶轮16高速旋转，在由顶板18、密封槽19和密封气囊20组成的密封腔内产生负压(相对于大气压强)，从而使单体负压爬壁机器人能够吸附在壁面上。

(2)后单体负压爬壁机器人2，如图1、2所示，其形状构造与前单体负压爬壁机器人完全一样，此处不再重述。

(3)俯仰连接关节3，如图1、2、3所示，包括：

俯仰关节驱动电机4；

俯仰电机座5，其外圈与俯仰关节后板7螺接，内圈与俯仰关节驱动电机4螺接；

俯仰关节转动轴10，与俯仰关节驱动电机4的输出轴以过盈配合方式相连接；

俯仰关节前板7，一端通过螺钉与前单体负压爬壁机器人1固联，另一端通过俯仰关节键11与俯仰关节转动轴10连接；

俯仰关节后板6，一端通过螺钉与后单体负压爬壁机器人2固联，另一端通过俯仰关节轴承9和俯仰关节弹簧卡圈8与俯仰关节转动轴10连接。

俯仰关节驱动电机4驱动俯仰关节转动轴10，通过俯仰关节键11带动俯仰关节后板6和俯仰关节前板7转动，从而实现单体负压爬壁机器人的抬起和落下，进而实现双体负压爬壁机器人的面面转换、越障碍和越沟槽功能。

下面结合示意图来具体说明本实用新型的实施方式：

(1)面面转换功能的实现：

如图6所示，首先，后单体负压爬壁机器人2先开启外转子无刷电机14，使自己先吸附在地面上，前单体负压爬壁机器人1不吸附，俯仰关节驱动电机4转动使俯仰关节前板7和俯仰关节后板6成90°；然后，双体负压爬壁机器人向前运动直到前单体负压爬壁机器人1贴在壁面上；之后，前单体负压爬壁机器人1开启外转子无刷电机14使自己吸附在墙壁上，后单体负压爬壁机器人2不吸附，双体负压爬壁机器人向上运动；最后，俯仰连接关节3恢复初始位置，前单体负压爬壁机器人1和后单体负压爬壁机器人2都吸附在墙面上，这样就完成了面面转换的过程。

(2)越障碍功能的实现

关节连接小型双体负压爬壁机器人越障碍的过程如图7所示。首先，后单体负压爬壁机器人2先吸附在墙壁上，前单体负压爬壁机器人1不吸附，俯仰连接关节3成一定角度；然后，双体负压爬壁机器人向前运动直到前单体负压爬壁机器人1越过障碍；之后，俯仰连接关节3复位，前单体负压爬壁机器人1吸附在墙壁上；然后，后单体负压爬壁机器人2不吸附，俯仰连接关节3成一定角度，前单体负压爬壁机器人1向前运动直到后单体负压爬壁机器人2越过障碍物；最后，俯仰连接关节3恢复初始位置，前单体负压爬壁机器人1和后单体负压爬壁机器人2都吸附在墙壁上，这样就完成了越障碍的过程。

(3)越沟槽功能的实现

如图8所示，双体负压爬壁机器人越沟槽时对沟槽的深度没有要求，但宽度必须小于双体负压爬壁机器人的最大越障长度。双体负压爬壁机器人越沟槽时，俯仰连接关节3保持不动，前后单体负压爬壁机器人1、2都吸附在墙壁上，双体负压爬壁机器人直线行走越过沟槽。

Claims (1)

1、一种关节连接小型双体负压爬壁机器人，该爬壁机器人包括以下三个部分，即前单体负压爬壁机器人，后单体负压爬壁机器人和俯仰连接关节；其特征在于：

(1)前单体负压爬壁机器人，包括：

风机组件，包含无刷电机座、外转子无刷电机、风叶、离心式风叶轮；外转子无刷电机通过螺钉与无刷电机座上表面连接，无刷电机座下表面有螺纹孔，通过螺钉将无刷电机座固定在风叶上，离心式风叶轮通过螺钉安装在外转子无刷电机下表面上；

风机壳，风机壳是具有多台阶的空心壳体；其最上部的台阶周边攻有螺纹孔；风机壳内壁面与风叶的外圆柱面通过过盈配合连接固定，从而将风机组件卡在风机壳里面；

顶板，具有一安装孔；顶板的上表面与风机壳最上部的台阶的底面重合，最上部台阶底面以下的壳体部分与顶板的安装孔是过盈配合，从而使风机壳卡在顶板上面的安装孔里；

降噪盖，通过螺钉与风机壳最上部台阶周边的螺纹孔连接；

驱动行走组件，该组件由两套完全相同的驱动行走机构组成，每套驱动行走机构控制单体机器人同一侧轮胎的转动；

其中一套驱动行走机构，包含：驱动行走电机；电机座，一端与驱动行走电机螺接；主动轮轴承座，电机座螺接于其一侧的端面上，该主动轮轴承座上部与顶板螺接固定；主动轴，与驱动行走电机的输出轴过盈配合连接，且主动轴通过两个轴承以及两个轴承卡圈固定在主动轴承座上；同步带轮，通过键与主动轴连接；主动轮胎，通过螺钉与主动轴外端的连接盲孔连接；从动轮轴承座，其上部与顶板螺接固定；从动轴，通过两个轴承以及两个轴承卡圈固定在从动轴承座上；同步带轮，通过键与从动轴连接；从动轮胎，通过螺钉与从动轴外端的连接盲孔连接；同步带，安装于主动轴和从动轴的同步带轮上；

密封槽，与顶板螺接，且顶板的上表面与密封槽边框上端的表面重合；

密封气囊，直接卡在密封槽的凹槽里；与顶板、密封槽组成一密封腔；

(2)后单体负压爬壁机器人，其形状构造与前单体负压爬壁机器人完全一样，此处不再重述；

(3)俯仰连接关节，其包括：

俯仰关节驱动电机；

俯仰电机座，其外圈与俯仰关节后板螺接，内圈与俯仰关节驱动电机螺接；

俯仰关节转动轴，与俯仰关节驱动电机的输出轴以过盈配合方式相连接；

俯仰关节前板，一端通过螺钉与前单体负压爬壁机器人固联，另一端通过俯仰关节键与俯仰关节转动轴连接；

俯仰关节后板，一端通过螺钉与后单体负压爬壁机器人固联，另一端通过俯仰关节轴承和俯仰关节弹簧卡圈与俯仰关节转动轴连接。

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