CN201545089U - 一种可跨越交叉壁面的壁面移动机器人 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种可跨越交叉壁面的壁面移动机器人，包括壁面移动吸盘、越障机械臂、壁面行走机构和机器人控制系统，其中，壁面移动吸盘分为前、后两个结构相同的壁面移动吸盘，它们通过越障机械臂连接，而壁面行走机构则设置在壁面移动吸盘的下部，另外，机器人控制系统则用以对机器人吸附、行走和壁面跨越的控制。本实用新型通过壁面移动吸盘的负压吸附组件实现垂直壁面的吸附，并通过壁面行走机构实现机器人在壁面上移动，当遇到交叉壁面时，通过越障机械臂实现壁面间的跨越。本实用新型体积小、重量轻、壁面适应能力强，因为能够跨越交叉壁面，因此本实用新型更适用于复杂的作业环境，完成更加复杂的任务，在反恐侦察、壁面检测等领域有着广泛的应用前景。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种机器人，具体地说是涉及一种可跨越交叉壁面的壁面移动机器人，属于机器人技术领域。
背景技术
近年来，机器人在国家安全、工业检测、高空营救和反恐侦察任务中越来越得到人们的重视，而壁面移动机器人由于能在垂直壁面上进行作业，因此得到了许多科研人员的关注，并已开发出基于各种不同吸附原理的壁面移动机器人样机，但是，由于壁面移动机器人作业环境为复杂的建筑物外表面，而现有的样机大多数只适用于单面平整墙壁，并不具备交叉壁面跨越或壁面障碍物跨越的能力，因此，现有的样机并没有得到进一步的推广应用，更多的只适用于实验室的作业环境。
实用新型内容
为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种结构简单、体积小、重量轻、噪声低、可跨越障碍物或可跨越交叉壁面的壁面移动机器人。
本实用新型是通过以下技术方案来实现的：
一种可跨越交叉壁面的壁面移动机器人，其特征在于包括壁面移动吸盘、越障机械臂、壁面行走机构和机器人控制系统，其中：
所述的壁面移动吸盘分为前壁面移动吸盘和后壁面移动吸盘，前、后壁面移动吸盘结构相同，所述的壁面移动吸盘包括负压吸附腔、负压密封圈、离心式风叶和外转子无刷电机，其中，离心式风叶安装在外转子无刷电机的转轴上，其进气口与负压吸附腔相连，并安装于负压吸附腔的外侧，而负压密封圈则设置在负压吸附腔的外周边缘与壁面的接触处；
所述的越障机械臂包括机械臂骨架、机械臂基座、中央关节、基座关节、直流伺服电机和减速器，其中，机械臂骨架分为机械臂前骨架和机械臂后骨架，机械臂骨架通过基座关节与机械臂基座相连，而两个机械臂基座则分别固定在前壁面吸附盘和后壁面吸附盘的负压吸附腔上，而机械臂前骨架和机械臂后骨架则通过中央关节连接，此外，在机械臂前骨架一侧和机械臂后骨架的两侧还分别设置有直流伺服电机和减速器，减速器与直流伺服电机轴连接；
所述的壁面行走机构为轮式移动机构、履带式移动机构和腿足式移动机构中的任一种；
所述的机器人控制系统包括机器人控制器、壁面距离检测传感器、前方障碍检测传感器、负压传感器和机械臂关节转角传感器，其中，壁面距离检测传感器安装于前述的壁面移动吸盘的负压吸附腔的底盘下方，前方障碍检测安装于前述的壁面移动吸盘的负压吸附腔的前方，负压传感器安装于负压吸附腔内部，而机械臂关节转角传感器则安装于前述的越障机械臂的各个关节轴上。
上述的负压密封圈为橡胶充气式密封圈、毛刷式密封圈中任一种或者是两者的组合。
上述的壁面行走机构为轮式移动机构，包括驱动轮支架、驱动轮、直流伺服电机、减速器和同步带组件，其中，驱动轮支架为两个，且并列设置于上述的负压吸附腔的内侧底盘上，其末端设置有驱动轮，每个驱动轮支架上的两个驱动轮之间通过同步带组件连接，而驱动轮和减速器相连，减速器设置在直流伺服电机的输出轴上。
上述的驱动轮上覆盖有防滑材料。
上述的越障机械臂具有三个自由度，三个自由度均为旋转关节，旋转关节的转轴与吸附壁面平行。
上述的基座关节包括基座关节蜗杆和基座关节涡轮，基座关节蜗杆和基座关节涡轮相互配合，其中，基座关节涡轮固定在机械臂基座上，而基座关节蜗杆则固定在机械臂骨架上，而中央关节则包括中央关节蜗杆和中央关节涡轮，中央关节蜗杆和中央关节涡轮相互配合，其中，中央关节蜗杆固定在机械臂后骨架上，而中央关节涡轮则设置在机械臂前骨架上。
上述的机械臂前骨架上的减速器与同在机械臂前骨架上的基座关节蜗杆连接，而机械臂后骨架上的两个减速器则分别与同在机械臂后骨架上的基座关节蜗杆和中央关节蜗杆连接。
上述的每个壁面移动吸盘上至少设置有3个壁面距离检测传感器。
本实用新型的有益效果是：本实用新型通过前、后壁面移动吸盘的负压吸附组件实现垂直壁面的吸附，并通过壁面行走机构实现机器人在壁面上移动，当遇到交叉壁面时，通过越障机械臂实现在壁面间的跨越。本实用新型体积小、重量轻、壁面适应能力强，因为能够跨越交叉壁面，因此本实用新型更适用于复杂的作业环境，完成更加复杂的任务，在反恐侦察、壁面检测等领域有着广泛的应用前景。
附图说明
图1为实用新型一实施例的整体结构示意图；
图2为本实用新型一实施例的主视图；
图3为本实用新型一实施例的仰视图；
图4为本实用新型一实施例的左视图；
图5为本实用新型跨越交叉壁面的状态示意图一；
图6为本实用新型跨越交叉壁面的状态示意图二；
图7为本实用新型跨越交叉壁面的状态示意图三。
图中主要附图标记含义为：
1、负压吸附腔 2、离心式风叶 3、机械臂基座
4、机械臂前骨架 5、机械臂后骨架 6、直流伺服电机
7、前方障碍检测传感器 8、中央关节涡轮 9、中央关节蜗杆
10、壁面距离检测传感器 11、驱动轮 12、驱动轮支架
具体实施方式
下面将结合附图，详细说明本实用新型的具体实施方式：
图1为实用新型一实施例的整体结构示意图；图2为本实用新型一实施例的主视图；图3为本实用新型一实施例的仰视图；图4为本实用新型一实施例的左视图。
如图1至图4所示：
一种可跨越交叉壁面的壁面移动机器人，包括壁面移动吸盘、越障机械臂、壁面行走机构和机器人控制系统，其中：
壁面移动吸盘分为前壁面移动吸盘和后壁面移动吸盘，前、后壁面移动吸盘结构相同，所述的壁面移动吸盘包括负压吸附腔1、负压密封圈、离心式风叶2和外转子无刷电机，其中，离心式风叶2安装在外转子无刷电机的转轴上，其进气口与负压吸附腔1相连，并安装于负压吸附腔1的外侧，而负压密封圈则设置在负压吸附腔1的外周边缘与壁面的接触处，其选自橡胶充气式密封圈、毛刷式密封圈中任一种或者是两者的组合，本实施方式选用的是橡胶充气式密封圈；
越障机械臂包括机械臂骨架、机械臂基座3、中央关节、基座关节、直流伺服电机6和减速器，其中，机械臂骨架分为机械臂前骨架4和机械臂后骨架5，机械臂骨架通过基座关节与机械臂基座3相连，而两个机械臂基座3则分别固定在前壁面吸附盘和后壁面吸附盘的负压吸附腔1上，而机械臂前骨架4和机械臂后骨架5则通过中央关节连接，此外，在机械臂前骨架4一侧和机械臂后骨架5的两侧还分别设置有直流伺服电机6和减速器，减速器与直流伺服电机6轴连接，本实施方式所述的越障机械臂具有三个自由度，三个自由度均为旋转关节，旋转关节的转轴与吸附壁面平行，通过三个冗余自由度的调节，机器人能实现交叉壁面的跨越及障碍物的跨越；
上述的基座关节包括基座关节蜗杆和基座关节涡轮，基座关节蜗杆和基座关节涡轮相互配合，其中，基座关节涡轮固定在机械臂基座3上，而基座关节蜗杆则固定在机械臂骨架上，而中央关节则包括中央关节蜗杆9和中央关节涡轮8，中央关节蜗杆9和中央关节涡轮8相互配合，其中，中央关节蜗杆9固定在机械臂后骨架5上，而中央关节涡轮8则设置在机械臂前骨架4上。
上述的机械臂前骨架4上的减速器与同在机械臂前骨架4上的基座关节蜗杆连接，而机械臂后骨架5上的两个减速器则分别与同在机械臂后骨架5上的基座关节蜗杆和中央关节蜗杆9连接。
此外，壁面行走机构为轮式移动机构、履带式移动机构和腿足式移动机构中的任一种，本实施方式采用的是轮式移动机构，包括驱动轮支架12、驱动轮11、直流伺服电机6、减速器和同步带组件，其中，驱动轮支架12为两个，且并列设置于上述的负压吸附腔1的内侧底盘上，其末端设置有驱动轮11，每个驱动轮支架12上的两个驱动轮11之间通过同步带组件连接，而驱动轮11和减速器相连，减速器设置在直流伺服电机6的输出轴上，且驱动轮11上还覆盖有防滑材料；
而机器人控制系统则包括机器人控制器、壁面距离检测传感器10、前方障碍检测传感器7、负压传感器和机械臂关节转角传感器，其中，壁面距离检测传感器10安装于前述的壁面移动吸盘的负压吸附腔的底盘下方，每个壁面移动吸盘上至少设置有3个壁面距离检测传感器，本实施方式每个壁面移动吸盘上设置有3个壁面距离检测传感器，用于检测机器人作交叉壁面跨越时壁面移动吸盘是否能平行的贴附于壁面上，前方障碍检测传感器7安装于前述的壁面移动吸盘的负压吸附腔1的前方，用于机器人在壁面移动时对前方障碍物的检测，负压传感器安装于负压吸附腔1内部，用于检测负压吸附腔内的负压大小，并反馈给前述的机器人控制器，从而调节前述的带有离心风叶的外转子无刷电机的转速，保证机器人的吸附力，而机械臂关节转角传感器则安装于前述的越障机械臂的各个关节轴上，用以检测关节转角，并反馈给机器人控制器。
图5为本实用新型跨越交叉壁面的状态示意图一；图6为本实用新型跨越交叉壁面的状态示意图二；图7为本实用新型跨越交叉壁面的状态示意图三。
如图6至图7所示：一种可跨越交叉壁面的壁面移动机器人通过机器人控制器的控制和壁面移动吸盘吸附在壁面上，并通过轮式行走机构实现壁面上的自由行走，同时通过调节自身的三个冗余自由度，进而实现不同的交叉壁面的自由跨越，其自身特殊的结构使其能够适应更加复杂的工作环境，完成更加复杂的工作任务，进而拓宽了其应用范围，保证了其有效的利用。
以上已以较佳实施例公开了本实用新型，然其并非用以限制本实用新型，凡采用等同替换或者等效变换方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种可跨越交叉壁面的壁面移动机器人，其特征在于包括壁面移动吸盘、越障机械臂、壁面行走机构和机器人控制系统，其中：
所述的壁面移动吸盘分为前壁面移动吸盘和后壁面移动吸盘，前、后壁面移动吸盘结构相同，所述的壁面移动吸盘包括负压吸附腔、负压密封圈、离心式风叶和外转子无刷电机，其中，离心式风叶安装在外转子无刷电机的转轴上，其进气口与负压吸附腔相连，并安装于负压吸附腔的外侧，而负压密封圈则设置在负压吸附腔的外周边缘与壁面的接触处；
所述的越障机械臂包括机械臂骨架、机械臂基座、中央关节、基座关节、直流伺服电机和减速器，其中，机械臂骨架分为机械臂前骨架和机械臂后骨架，机械臂骨架通过基座关节与机械臂基座相连，而两个机械臂基座则分别固定在前壁面吸附盘和后壁面吸附盘的负压吸附腔上，而机械臂前骨架和机械臂后骨架则通过中央关节连接，此外，在机械臂前骨架一侧和机械臂后骨架的两侧还分别设置有直流伺服电机和减速器，减速器与直流伺服电机轴连接；
所述的壁面行走机构为轮式移动机构、履带式移动机构和腿足式移动机构中的任一种；
所述的机器人控制系统包括机器人控制器、壁面距离检测传感器、前方障碍检测传感器、负压传感器和机械臂关节转角传感器，其中，壁面距离检测传感器安装于前述的壁面移动吸盘的负压吸附腔的底盘下方，前方障碍检测安装于前述的壁面移动吸盘的负压吸附腔的前方，负压传感器安装于负压吸附腔内部，而机械臂关节转角传感器则安装于前述的越障机械臂的各个关节轴上。
2.根据权利要求1所述的一种可跨越交叉壁面的壁面移动机器人，其特征在于：所述的负压密封圈为橡胶充气式密封圈、毛刷式密封圈中任一种或者是两者的组合。
3.根据权利要求1所述的一种可跨越交叉壁面的壁面移动机器人，其特征在于：所述的壁面行走机构为轮式移动机构，包括驱动轮支架、驱动轮、直流伺服电机、减速器和同步带组件，其中，驱动轮支架为两个，且并列设置于上述的负压吸附腔的内侧底盘上，其末端设置有驱动轮，每个驱动轮支架上的两个驱动轮之间通过同步带组件连接，而驱动轮和减速器相连，减速器设置在直流伺服电机的输出轴上。
4.根据权利要求3所述的一种可跨越交叉壁面的壁面移动机器人，其特征在于：所述的驱动轮上覆盖有防滑材料。
5.根据权利要求1所述的一种可跨越交叉壁面的壁面移动机器人，其特征在于：所述的越障机械臂具有三个自由度，三个自由度均为旋转关节，旋转关节的转轴与吸附壁面平行。
6.根据权利要求1所述的一种可跨越交叉壁面的壁面移动机器人，其特征在于：所述的基座关节包括基座关节蜗杆和基座关节涡轮，基座关节蜗杆和基座关节涡轮相互配合，其中，基座关节涡轮固定在机械臂基座上，而基座关节蜗杆则固定在机械臂骨架上，而中央关节则包括中央关节蜗杆和中央关节涡轮，中央关节蜗杆和中央关节涡轮相互配合，其中，中央关节蜗杆固定在机械臂后骨架上，而中央关节涡轮则设置在机械臂前骨架上。
7.根据权利要求6所述的一种可跨越交叉壁面的壁面移动机器人，其特征在于：所述的机械臂前骨架上的减速器与同在机械臂前骨架上的基座关节蜗杆连接，而机械臂后骨架上的两个减速器则分别与同在机械臂后骨架上的基座关节蜗杆和中央关节蜗杆连接。
8.根据权利要求1所述的一种可跨越交叉壁面的壁面移动机器人，其特征在于：所述的每个壁面移动吸盘上至少设置有3个壁面距离检测传感器。
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