CN204472947U - 一种多平面流体吸附式爬墙机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种多平面流体吸附式爬墙机器人，包括圆形吸盘、密封部分、动力部分、双摇杆翻折机构等，密封部分是羊毛毡圈粘贴在圆形吸盘下底面外围。圆形吸盘通过三个万向轮支撑，背面中心的出气接口通过软管与外部泵机连接。两个吸盘通过合页相连构成机器人本体，并由双摇杆翻折机构控制翻折。其中翻折机构包括安装在吸盘背面的双头舵机，两对铰接的连杆，且连杆与另一吸盘铰接。机器人本体的外侧是通过步进电机带动同步皮带轮驱动动力轮。其特点在于，通过控制双摇杆机构，实现前板的-90°到90°翻折，从而实现跨越垂直墙面的目的。本实用新型结构简单，可搭载性能强，有很大的外扩和悬挂的空间。

Description

一种多平面流体吸附式爬墙机器人

技术领域    

本产品涉及一种爬墙机器人，具体来说，涉及一种利用真空负压提供机器人的吸附力，并且通过控制双摇杆机构实现跨越垂直墙面的机器人装置。

背景技术

随着高层建筑物在城市的建设中出演着越来越多的戏份，人工完成外墙工作的成本越来越高。不仅，工作人员的安全问题也随着楼层的增高难以得到保障，更多的外墙作业要求也很难满足。而且，这种情况也出现在了一些中低层建筑物中，因为建筑材料和施工方法的发展，满足了外形更多变的设计要求，于是这类建筑物的外墙工作也成为了一大难题。

于是这这种背景下，越来越多的爬墙机器人应运而生，而且发挥巨大的利用价值。例如，南京理工大学公开号CN 102390453 B的中国发明专利申请公布说明书中公开的一种可重构的爬壁机器人及其协同越障方法。通过两个机器人的重构协同完成一系列越障动作。虽然该机器人同样可以实现墙角间的翻越，但是过程复杂并且难度较大，其中主要是因为两个机器人之间的对接较为繁琐且不容易保证准确性。另外机械臂舵机的扭矩较小，难以保证机器人搭载时的安全工作。

南京赫曼机器人自动化有限公司公开号CN 103909991 A的中国发明专利申请公布说明书中公开的一种仿生式越障爬壁机器人及其越障方法。虽然该装置可以实现障碍物的跨越，但是过程不连续，车体出现反向工作。同时，因为重心外移较大，机器人的车体部分平稳性较差，容易侧翻。

华东理工大学公开号CN 102167101 A的中国发明专利申请公布说明书中涉及一种多盘非接触吸附式爬墙机器人。该机器人是一种可以在光滑墙面上运动、能够自由转向，有效实现在竖直、倾斜墙面的吸附和运动的机器人。本发明的机器人能适应墙面的一定不平度，工作效率高，灵活性强，没有运动死角，具有爬斜坡的功能，可以负载清洁、检测等模块进行工作。但是不具有越过如外梁、屋檐等障碍物的能力，工作范围有局限性。

实用新型内容

本发明的目的在于提出一种多平面爬墙机器人及其越障方法，解决目前爬墙机器人在垂直墙面间跨越不灵活的问题，实现了流畅的多平面运动。

本实用新型的目的是通过如下技术方案实现的：

一种多平面流体吸附式爬墙机器人，其特征在于，包括两个圆形吸盘、设置在圆形吸盘上的密封部分、驱动整个机器人前进的动力部分、控制整个机器人转向的转向部分以及驱动整个机器人在前进时使圆形吸盘做翻折动作的双摇杆翻折机构；所述两个圆形吸盘为前吸盘和后吸盘；所述前吸盘和后吸盘通过合页相连构成机器人本体，并由双摇杆翻折机构控制翻折；其中翻折机构包括安装在后吸盘背面的双头舵机，由双头舵机驱动其旋转的两对铰接的连杆，且连杆与前吸盘铰接；密封部分包括粘贴在两个圆形吸盘下底面外围的羊毛毡圈，前吸盘和后吸盘的中心均设有气孔，通过软管接至外部泵机；动力部分包括两对轮胎，以及设置在前吸盘和后吸盘（6）上驱动轮胎转动的驱动机构。

在上述的一种多平面流体吸附式爬墙机器人，所述驱动机构包括步进电机，以及通过步进电机带动其转动的小同步皮带轮，小同步皮带轮由同步带带动大同步皮带轮所在的主传动轴转动；主传动轴通过万向节杯连接至传动轴一，传动轴一和传动轴二依靠花键连接保证传递转动；传动轴二同样以万向节球连接轮胎轴；轮胎轴通过两个轴承固定在转向臂的通孔内，并且以套筒确定轮胎轴与转向臂以及轮胎的轴向定位。

在上述的一种多平面流体吸附式爬墙机器人，所述转向部分包括分别设置在前吸盘和后吸盘上的舵机、以及与舵机配接带动其摆动的转向伺服臂；左右两根转向连杆一一端分别铰接在转向伺服臂上，另一端通过万向球连接至转向连杆二的一端，转向连杆二的另一端插在转向臂的通孔内，并以插销固定，防止转向连杆二脱落；由于轮胎轴靠轴承固定在转向臂的通孔内，转向臂被转向连杆一、转向连杆二推动，实现了轮胎的转向；同时，传动轴一和传动轴二与主传动轴、轮胎轴皆以万向球连接，实现了主传动轴与轮胎轴在转向不同轴时，依然能够传动。

工作时通过安装在前吸盘上的距离探测的的传感器，测量合适的距离。然后利用控制装置，让双摇杆机构中的电机开始工作，控制前吸盘的角度，使其吸附到需要跨越的墙面上。接着后吸盘泵机停止工作，在前吸盘吸附住墙面的情况下向前运动，当前吸盘行进至与前一墙面的距离大于后吸盘直径时，双摇杆转动将后吸盘吸附于当前墙面，这样便实现了垂直墙面的跨越。

因此，本实用新型具有如下优点： 1.改变了以往的爬墙机器人只能在单一平面作业的特性，该类型的机器人可以通过让前方吸盘进行-90°到90°翻折，实现机器人跨越垂直墙面吸附的要求。2.由于外部泵机不受背负空间的限制，提供了足够的工作功率，吸盘可承受的负载比较大，可以搭载多种其他功能设备。3.双摇杆机构在保证机器人实现墙面跨越时，以简单迅速的方式完成了前后吸盘的翻折，使整个越障过程变得便捷。4.羊毛毡圈适中的密封性，保证了吸盘的吸附性和泵机的正常工作。同时，该柔性材质保证了吸盘在各类材料表面工作时依然具有良好的工作性能。另外廉价和易更换也使其具有很高的实用价值。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构俯视示意图。

图2是双摇杆机构示意图。

图3是转向及驱动结构示意图。

图4是机器人向上翻折运动示意图。

图5是机器人向下翻折运动示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本机器人作进一步详细说明。图中，1.前吸盘、2.吸盘气孔、3.羊毛毡圈、4.合页一、5.合页二、6.后吸盘、7.万向轮、8.主轴支架底板、9.主轴支架、10.车轮支架臂、11.转向舵机、12.转向伺服臂、13.转向连杆一、14.转向连杆二、15.转向臂、16.双头舵机、17.摇杆轴、18.摇杆轴支座、19.摇杆一、20.摇杆连轴、21.摇杆二、22.摇杆铰链、23.步进电机、24.小同步皮带轮、25.同步带、26.大同步皮带轮、27.主传动轴、28.传动轴一、29.传动轴二、30.轮胎轴、31.轮胎。

请参阅图1，多平面流体吸附式爬墙机器人主要由吸附及密封部分，动力部分，转向部分，翻折部分组成。

吸附及密封部分主要由流体吸附式吸盘1、6构成，羊毛毡圈3粘贴在圆形吸盘下底面外围，吸盘1、6的中心是气孔2，通过软管接至外部泵机。外部泵机持续工作讲吸盘内部空气抽出，使之产生相对负压，从而稳定地吸附于墙面。

请参阅图3，动力部分主要由步进电机23带动小同步皮带轮24，并由同步带25带动大同步皮带轮26所在的主传动轴27转动。主传动轴27通过万向节杯连接至传动轴一28，传动轴一28和传动轴二29依靠花键连接保证传递转动。传动轴二同样以万向节球连接轮胎轴30。轮胎轴30通过两个轴承固定在转向臂15的通孔内，并且以套筒确定轮胎轴30与转向臂15以及轮胎31的轴向定位。则最终将步进电机23的转动传递至轮胎31，保证机器人在墙面的运动。

转向部分由舵机11带动转向伺服臂12摆动。左右两根转向连杆一13铰接在转向伺服臂12上，另一端以万向球连接连接至转向连杆二14。呈“L”型的转向连杆二14的另一端插在转向臂15的通孔内，并以插销固定，防止转向连杆二脱落。由于轮胎轴30靠轴承固定在转向臂15的通孔内，转向臂15被转向连杆13、14推动，实现了轮胎31的转向。同时，传动轴28，29与主传动轴27、轮胎轴30皆以万向球连接，实现了主传动轴27与轮胎轴30在转向不同轴时，依然可以传动。

请参阅图2，翻折部分由双头舵机16连接的摇杆轴17带动摇杆一19做圆周运动。摇杆轴17靠轴承固定在摇杆轴支架18上。两根摇杆依靠铰链连接。摇杆一19 的运动带动摇杆二21，致使吸盘1和合页一4绕合页轴转动，实现吸盘的翻折。

请参阅图4、图5，该爬墙机器人的越障方式是：当前方遇到垂直向上的墙面时，机器人翻折部分工作，使机器人呈图4所示。前轮继续工作，直至墙面与后吸盘距离足够后吸盘重新吸附于该墙面。翻折机构工作，使机器人恢复同一平面工作。当前方遇到垂直向下的墙面时，机器人翻折部分工作，使机器人呈图5所示。翻折机构工作，使机器人恢复同一平面工作。前轮继续工作，直至后轮运动到该平面，使后吸盘重新吸附于该平面。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (3)

1.一种多平面流体吸附式爬墙机器人，其特征在于，包括两个圆形吸盘、设置在圆形吸盘上的密封部分、驱动整个机器人前进的动力部分、控制整个机器人转向的转向部分以及驱动整个机器人在前进时使圆形吸盘做翻折动作的双摇杆翻折机构；所述两个圆形吸盘为前吸盘（1）和后吸盘（6）；所述前吸盘（1）和后吸盘（6）通过合页相连构成机器人本体，并由双摇杆翻折机构控制翻折；其中翻折机构包括安装在后吸盘（6）背面的双头舵机16，由双头舵机（16）驱动其旋转的两对铰接的连杆，且连杆与前吸盘（1）铰接；密封部分包括粘贴在两个圆形吸盘下底面外围的羊毛毡圈（3），前吸盘（1）和后吸盘（6）的中心均设有气孔（2），通过软管接至外部泵机；动力部分包括两对轮胎（31），以及设置在前吸盘（1）和后吸盘（6）上驱动轮胎（31）转动的驱动机构。

2.根据权利要求1所述的一种多平面流体吸附式爬墙机器人，其特征在于，所述驱动机构包括步进电机（23），以及通过步进电机（23）带动其转动的小同步皮带轮（24），小同步皮带轮（24）由同步带（25）带动大同步皮带轮（26）所在的主传动轴（27）转动；主传动轴（27）通过万向节杯连接至传动轴一（28），传动轴一（28）和传动轴二（29）依靠花键连接保证传递转动；传动轴二同样以万向节球连接轮胎轴（30）；轮胎轴（30）通过两个轴承固定在转向臂（15）的通孔内，并且以套筒确定轮胎轴（30）与转向臂（15）以及轮胎（31）的轴向定位。

3.根据权利要求1所述的一种多平面流体吸附式爬墙机器人，其特征在于，所述转向部分包括分别设置在前吸盘（1）和后吸盘（6）上的舵机（11）、以及与舵机（11）配接带动其摆动的转向伺服臂（12）；左右两根转向连杆一（13）一端分别铰接在转向伺服臂（12）上，另一端通过万向球连接至转向连杆二（14）的一端，转向连杆二（14）的另一端插在转向臂（15）的通孔内，并以插销固定，防止转向连杆二（14）脱落；由于轮胎轴（30）靠轴承固定在转向臂（15）的通孔内，转向臂（15）被转向连杆一（13）、转向连杆二（14）推动，实现了轮胎（31）的转向；同时，传动轴一（28）和传动轴二（29）与主传动轴（27）、轮胎轴（30）皆以万向球连接，实现了主传动轴（27）与轮胎轴（30）在转向不同轴时，依然能够传动。