CN202593672U

CN202593672U - 整体式爬壁机器人

Info

Publication number: CN202593672U
Application number: CN 201220173387
Authority: CN
Inventors: 陈斌; 刘博敏; 张克松; 解得官
Original assignee: Shanghai Dianji University
Current assignee: Shanghai Dianji University
Priority date: 2012-04-20
Filing date: 2012-04-20
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2022-04-20

Abstract

本实用新型涉及一种整体式爬壁机器人，适用于各种不同技术领域的高空作业。该机器人包括：导轨；独立滑动设置在所述导轨上的下体滑块、上体滑块；所述下体滑块与导轨之间具有驱动下体滑块在导轨上滑动的下体位置调节机构，所述下体滑块上设置有相对壁面具有吸附和脱离状态的下体吸盘机构；所述上体滑块与导轨之间具有驱动上体滑块在导轨上滑动的上体位置调节机构，所述上体滑块上设置有相对壁面具有吸附和脱离状态的上体吸盘机构。该机器人可用于为高空作业人员运送工具等物品，以及代替人工自行完成高空作业，携带其他机器人，进行组合完成更具有难度的高空各种杆状城市建筑的油漆、喷涂料、检查、维护或者电力系统架设电缆等工作。

Description

整体式爬壁机器人

技术领域

本实用新型涉及一种整体式的、以真空吸盘作为吸附体的爬壁机器人。

背景技术

随着城市建设的现代化程度越来越高，城市建筑物也越来越趋向于光洁化和高大，这样就需要进行许多的壁面作业。很多高楼的玻璃墙面清洗和在高大的建筑物上喷涂涂料等工作，由人来完成既不方便也不安全，而爬壁机器人就可以代替人来完成这项危险的工作。此外，吸盘式气动爬壁机器人通过装载不同的执行机构就能实现不同的作用功能，例如：在其上面安装摄像头，可以进行材料采集、安装机械手爪，可以完成相对灵活性的工作，还可以负重爬壁等危险性工作。

爬壁机器人是能够在垂直峭壁上进行作业的机器人。它作为高空极限作业的一种自动机械装置，越来越受到人们的重视。但是，现有的爬壁机器人的设计中往往根据机器人具有循环往复预定的特点采用液压缸或电动机驱动的方式。液压缸和电动机不仅质量大，增加机器人本身的重量，而且效率很低，能耗非常大。从这里可以看出，爬壁机器人的动力系统关系到爬壁机器人的工作效率和工作时的稳定性。因此在工作中，爬壁机器人必符合以下几种功能要求：(1)能够在倾斜面或垂直的光滑可吸附面上前进、后退；(2)有足够的动力拖动负载；(3)运动要有足够的精确度和可控性；(4)动力系统能够频发的启动和停止。

实用新型内容

本实用新型总结和收集了现有的爬壁机器人中存在的问题，针对实际需求，对现有的爬壁机器人进行了合理而系统的改进。

本实用新型所采用的技术方案是：一种整体式爬壁机器人，包括：导轨；独立滑动设置在所述导轨上的下体滑块、上体滑块；所述下体滑块与导轨之间具有驱动下体滑块在导轨上滑动的下体位置调节机构，所述下体滑块上设置有相对壁面具有吸附和脱离状态的下体吸盘机构；所述上体滑块与导轨之间具有驱动上体滑块在导轨上滑动的上体位置调节机构，所述上体滑块上也设置有相对壁面具有吸附和脱离状态的上体吸盘机构。

本实用新型所达到的有益效果是：该机器人可用于为高空作业人员运送工具等物品，以及代替人工自行完成高空作业，携带其他机器人，进行组合完成更具有难度的高空各种杆状城市建筑的油漆、喷涂料、检查、维护或者电力系统架设电缆等工作。

附图说明

图1为爬壁机器人整体轴测图；

图2为爬壁机器人上部结构示意图；

图3为爬壁机器人底部结构示意图。

具体实施方式

参见图1所示，本发明提出一种爬壁机器人，其主体部分是一根具有较大长度的导轨3；独立滑动设置在所述导轨3上的下体滑块1、上体滑块2；所述下体滑块1与导轨3之间具有驱动下体滑块1在导轨3上滑动的下体位置调节机构5，所述下体滑块1上设置有相对壁面具有吸附和脱离状态的下体吸盘机构6；所述上体滑块2与导轨3之间同样具有驱动上体滑块2在导轨3上滑动的上体位置调节机构7，所述上体滑块2上也设置有相对壁面具有吸附和脱离状态的上体吸盘机构8。其中，所述上体与下体的概念是出于描述方便而人为拆分的，并不意味着该机器人具有分离的上体部分与下体部分；另外，上体部分与下体部分可以具有相对称的结构。

参见图1、图2，所述下体位置调节机构5具有以下结构：固定于下体滑块1的下体旋转电机51；固定于下体旋转电机51输出轴的、且与固定于导轨3上的齿条4啮合的下体齿轮52。通过下体旋转电机51的转动，带动下体齿轮52相对齿条4移动，进而推动下体滑块1相对导轨3的滑动。所述齿条4固定在导轨3上的固定槽中(固定槽位于齿条4底部，图中未标示)，因而不能上下移动，保证机器人工作时的稳定性。

所述上体位置调节机构7具有与下体位置调节机构5相类似的结构，同样包括固定于上体滑块2的上体旋转电机71；固定于上体旋转电机71输出轴的、且与所述齿条4啮合的上体齿轮72。

参见图2、图3，所述下体吸盘机构6包括：固定于下体滑块1的下体直线电机61；下体U型连杆62，所述下体U型连杆62的中部固定在下体直线电机61的输出轴，所述下体U型连杆具有第一端和第二端；与下体滑块1转动设置的第一吸盘固定杆63、第二吸盘固定杆64，所述第一吸盘固定杆63通过第一连杆65连接至下体U型连杆的第一端，所述第二吸盘固定杆64通过第二连杆(图中不可视)连接至下体U型连杆的第二端；固定在第一吸盘固定杆63以及第二吸盘固定杆64上的下体吸盘67，且各下体吸盘67位于同一平面上。所述下体直线电机61的输出轴驱动下体U型连杆62上下移动，下体U型连杆62的第一端、第二端分别与第一连杆65、第二连杆通过销钉铰接成转动副并使第一吸盘固定杆63、第二吸盘固定杆64转动，从而带动下体吸盘67靠近或者远离壁面。当下体吸盘67靠近壁面时，采用真空吸压机对下体吸盘67进行抽气，使得下体吸盘67贴住壁面；当真空吸压机对下体吸盘67通气时，下体吸盘67脱离壁面。

具体而言，所述导轨3上固定有枢轴31，所述第一吸盘固定杆63与第二吸盘固定杆64均转动连接在所述枢轴31上，因此形成相对下体滑块1的转动连接。同时，所述枢轴31为光轴，第一吸盘固定杆63与第二吸盘固定杆64与枢轴31之间具有较小的滑动摩擦系数，因而能随着下体滑块1的滑动而相对枢轴31滑动。

所述第一吸盘固定杆63为一根，所述第二吸盘固定杆64为两根，分别位于第一吸盘固定杆63的两侧；两根第二吸盘固定杆64通过第一固定杆640连接，所述第一固定杆640与第二连杆转动连接，从而连接至下体U型连杆的第二端。或者，两根所述第二吸盘固定杆64与第一固定杆640一体成型，形成一个整体。采用两根第二吸盘固定杆64配合中间一根第一吸盘固定杆63的结构，能够形成更加稳定、可靠的吸附力，确保爬壁机器人保持在壁面上。

所述上体吸盘机构8与下体吸盘机构6具有相似的结构，同样包括：固定于上体滑块2的上体直线电机81；上体U型连杆82，所述上体U型连杆82的中部固定在上体直线电机81的输出轴，所述上体U型连杆82具有第三端821和第四端822；与上体滑块2转动设置的第三吸盘固定杆83、第四吸盘固定杆84，所述第三吸盘固定杆83通过第三连杆85连接至上体U型连杆82的第三端821，所述第四吸盘固定杆84通过第四连杆86连接至上体U型连杆82的第四端822；固定在第三吸盘固定杆83以及第四吸盘固定杆84上的上体吸盘87，且各上体吸盘87位于同一平面上。真空吸压机能够对上体吸盘87进行抽气与通气。

所述第三吸盘固定杆83、第四吸盘固定杆84也转动连接在所述枢轴31上，且所述第三吸盘固定杆83、第四吸盘固定杆84能相对枢轴31滑动。所述第三吸盘固定杆83为一根，所述第四吸盘固定杆84为两根，分别位于第三吸盘固定杆83的两侧；两根第四吸盘固定杆84通过第二固定杆840连接，所述第二固定杆840 与第四连杆86转动连接，从而连接至上体U型连杆82的第四端822。或者，两根所述第四吸盘固定杆84与第二固定杆840一体成型，形成一个整体。

并且，所述下体吸盘机构6与上体吸盘机构8在枢轴31上有重叠，因此可以缩短整个导轨3以及机器人的尺寸。

可以理解的，该爬壁机器人需要携带电源，通常是蓄电池；该机器人还配备适当的控制系统以实现各种动作或者远程控制等，此部分内容并非本专利的重点与核心所在，因此不再赘述。另外，与真空吸压机连接的气动管路图中也未示出。

如上是对该整体式爬壁机器人结构的大体描述。该机器人的爬壁过程原理如下：当机器人向上爬壁时，首先打开电源，真空吸压机对各吸盘抽气，机器人吸附于壁面，然后，步骤(a)，保持下体滑块1的下体吸盘机构6相对壁面处于吸附状态，对上体吸盘87通气，驱动上体直线电机81使得上体吸盘87远离壁面，上体旋转电机71驱动上体滑块2相对导轨3向上运动至最大行程；步骤(b)，驱动上体直线电机81使得下体吸盘67靠近壁面，对上体吸盘87抽气、使得上体吸盘87吸附于壁面，对下体吸盘67通气，驱动下体直线电机61使得下体吸盘67远离壁面，上体旋转电机71反向驱动导轨3相对上体滑块2向上运动至起点位置；步骤(c)，驱动下体直线电机61使得下体吸盘67靠近壁面，对下体吸盘67抽气、使得下体吸盘67吸附于壁面，对上体吸盘87通气，驱动上体直线电机81使得上体吸盘87远离壁面，上体旋转电机71驱动上体滑块2相对导轨3向上运动至最大行程。交替执行步骤(b)与步骤(c)，使得机器人上爬。到达预定位置时，上体吸盘87以及下体吸盘67都吸附于吸附体，使机器人更加牢固、稳定。

当机器人向下爬壁时，首先打开电源，真空吸压机对各吸盘抽气，机器人吸附于壁面，然后，步骤(a’)，保持上体滑块2的上体吸盘机构8相对壁面处于吸附状态，对下体吸盘67通气，驱动下体直线电机61使得下体吸盘67远离壁面，下体旋转电机51驱动下体滑块1相对导轨3向下运动至最大行程；步骤(b’)，驱动下体直线电机61使得下体吸盘67靠近壁面，对下体吸盘67抽气、使得下体吸盘67吸附于壁面，对上体吸盘87通气，驱动上体直线电机81使得上体吸盘87远离壁面，下体旋转电机51反向驱动导轨3相对下体滑块1向下运动至起点位置；步骤(c)，驱动上体直线电机81使得上体吸盘87靠近壁面，对上体吸盘87抽气、使得上体吸盘87吸附于壁面，对下体吸盘67通气，驱动下体直线电机61使得下体吸盘67远离壁面，下体旋转电机51驱动下体滑块1相对导轨3向下运动至最大行程。交替执行步骤(b’)与步骤(c’)，使得机器人下爬。

在上述上爬和下爬的过程中，为了避免干涉，重叠于下体吸盘机构6内的第四吸盘固定杆84与枢轴31连接的位置处设置有突出的防干涉垫圈32。

本实用新型虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本实用新型的保护范围应当以本实用新型权利要求所界定的范围为准。

Claims

1.一种整体式爬壁机器人，其特征在于包括：导轨；独立滑动设置在所述导轨上的下体滑块、上体滑块；所述下体滑块与导轨之间具有驱动下体滑块在导轨上滑动的下体位置调节机构，所述下体滑块上设置有相对壁面具有吸附和脱离状态的下体吸盘机构；所述上体滑块与导轨之间具有驱动上体滑块在导轨上滑动的上体位置调节机构，所述上体滑块上也设置有相对壁面具有吸附和脱离状态的上体吸盘机构。

2.如权利要求1所述的整体式爬壁机器人，其特征在于：所述下体位置调节机构包括：固定于下体滑块的下体旋转电机；固定于下体旋转电机输出轴的、且与固定于导轨上的齿条啮合的下体齿轮。

3.如权利要求2所述的整体式爬壁机器人，其特征在于：所述上体位置调节机构包括：固定于上体滑块的上体旋转电机；固定于上体旋转电机输出轴的、且与所述齿条啮合的上体齿轮。

4.如权利要求1所述的整体式爬壁机器人，其特征在于：所述下体吸盘机构包括：固定于下体滑块的下体直线电机；下体U型连杆，所述下体U型连杆的中部固定在下体直线电机的输出轴，所述下体U型连杆具有第一端和第二端；与下体滑块转动设置的第一吸盘固定杆、第二吸盘固定杆，所述第一吸盘固定杆通过第一连杆连接至下体U型连杆的第一端，所述第二吸盘固定杆通过第二连杆连接至下体U型连杆的第二端；固定在所述第一吸盘固定杆以及第二吸盘固定杆上的下体吸盘，各下体吸盘位于同一平面上。

5.如权利要求4所述的整体式爬壁机器人，其特征在于：所述第一吸盘固定杆为一根，所述第二吸盘固定杆为两根，分别位于第一吸盘固定杆的两侧；两根第二吸盘固定杆通过第一固定杆连接，所述第一固定杆与第二连杆转动连接。

6.如权利要求5所述的整体式爬壁机器人，其特征在于：所述上体吸盘机构包括：固定于上体滑块的上体直线电机；上体U型连杆，所述上体U型连杆的中部固定在上体直线电机的输出轴，所述上体U型连杆具有第三端和第四端；与上体滑块转动设置的第三吸盘固定杆、第四吸盘固定杆，所述第三吸盘固定杆通过第三连杆连接至上体U型连杆的第三端，所述第四吸盘固定杆通过第四连杆连接至上体U型连杆的第四端；固定在第三吸盘固定杆以及第四吸盘固定杆上的上体吸盘，各上体吸盘位于同一平面上。

7.如权利要求6所述的整体式爬壁机器人，其特征在于：所述第三吸盘固定杆为一根，所述第四吸盘固定杆为两根，分别位于第三吸盘固定杆的两侧；两根第四吸盘固定杆通过第二固定杆连接，所述第二固定杆与第四连杆转动连接。

8.如权利要求7所述的整体式爬壁机器人，其特征在于：所述导轨上固定有枢轴，所述第一吸盘固定杆、第二吸盘固定杆、第三吸盘固定杆以及第四吸盘固定杆均转动以及滑动连接在所述枢轴上。

9.如权利要求8所述的整体式爬壁机器人，其特征在于：所述下体吸盘机构与上体吸盘机构在枢轴上有重叠。

10.如权利要求9所述的整体式爬壁机器人，其特征在于：重叠于下体吸盘机构内的第四吸盘固定杆与枢轴连接的位置处设置有突出的防干涉垫圈。