CN204489001U - 三框架负压吸附式爬壁机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种三框架负压吸附式爬壁机器人，包括驱动组件、移动组件、支撑组件和吸附组件，支撑组件上设有控制吸附组件的真空气泵和电磁阀，驱动组件包括纵向直流电机和横向直流电机，移动组件包括相互配合的丝杆和螺母，以及相互配合的齿轮和齿条，支撑组件包括内框架、外框架和横向框架，吸附组件包括安装在内框架下侧的内部吸盘组，以及安装在外框架下侧的外部吸盘组；本实用新型可以灵活控制机器人进行横向运动、纵向运动以及跨越动作，结构简单，安装拆卸维修均十分方便，同时体积小巧，成本低。

Description

三框架负压吸附式爬壁机器人

技术领域

本实用新型涉及一种爬壁机器人，尤其涉及一种可在光滑垂直面上运动的三框架负压吸附式爬壁机器人。

背景技术

爬壁机器人可以在垂直墙壁上攀爬并完成作业的自动化机器人。爬壁机器人又称为壁面移动机器人，因为垂直壁面作业超出人的极限，因此在国外又称为极限作业机器人。爬壁机器人必须具备吸附和移动两个基本功能，而常见吸附方式有负压吸附和永磁吸附两种。其中负压方式可以通过吸盘内产生负压而吸附于壁面上，不受壁面材料的限制；永磁吸附方式则有永磁体和电磁铁两种方式，只适用于吸附导磁性壁面，严重限制了爬壁机器人的应用环境，适用范围较窄。

申请号为201320734228.4的实用新型专利公开了一种“吸附齿条移动式爬壁机器人”，包括主体驱动部分、变向部分和吸附部分。其中，主体驱动部分和变向部分均采用齿轮齿条传动方式，吸附部分包括交替工作的两组吸盘，两组吸盘分别安装在内框架和外框架上。这种双框架移动式爬壁机器人，垂直移动比较顺利，但是由于横向结构刚度差，横向移动不够灵活。

发明内容

为解决上述问题，本实用新型提供一种三框架负压吸附式爬壁机器人，可在光滑垂直面上灵活移动，双向行走均十分可靠，同时尺寸小、重量轻、控制简单。

为了实现上述目的所采用的技术方案：一种三框架负压吸附式爬壁机器人，包括驱动组件、移动组件、支撑组件和吸附组件，支撑组件上设有控制吸附组件的真空气泵和电磁阀，驱动组件包括纵向直流电机和横向直流电机，移动组件包括相互配合的丝杆和螺母，以及相互配合的齿轮和齿条，支撑组件包括内框架、外框架和横向框架，吸附组件包括安装在内框架下侧的内部吸盘组，以及安装在外框架下侧的外部吸盘组；内框架设置在外框架的开口处，横向框架通过横向导向机构连接在外框架的上端，并通过纵向导向机构连接在内框架的上端；横向直流电机通过支座I固定在横向框架的上端，横向直流电机的输出轴上连接齿轮，齿条连接在外框架的上端边缘；纵向直流电机通过支座II固定在横向框架的上端，纵向直流电机的输出轴通过联轴器与丝杆的一端相连，螺母支承座固定在内框架的上端，丝杆穿过设置在螺母支承座内孔上的螺母，丝杆支承座I和丝杆支承座II分别固定在横向框架的两端，丝杠连接座上具有限位机构使丝杆可绕其中心轴线旋转而限制其轴向运动。

横向直流电机带动齿轮旋转，并与齿条啮合，从而实现爬壁机器人的横向移动，纵向直流电机通过联轴器带动丝杆旋转，并与螺母啮合，从而实现爬壁机器人的纵向移动；所述内部吸盘组合和外部吸盘组在电磁阀和真空气泵的作用下交替吸附墙面。直流电机的控制方式简单可靠，可以使机器人双向灵活移动。

进一步的，横向导向机构包括连接在外框架上端的四个导柱支座、连接在横向框架下端中间的两个滑块，以及穿过滑块中心孔且两端固定在导柱支座上的两个横向导柱；螺母支承座下侧还开有导向孔，纵向导向机构包括连接在横向框架内侧两端的导杆支座、以及穿过螺母支承座的导向孔且两端固定在导杆支座上的纵向导杆。为了降低移动组件在双向移动过程中的工作阻力，同时保证其精度，在框架上增设了横向导柱与纵向导杆以及其他支撑附件。

更进一步的，所述丝杆为滚珠丝杆，所述螺母为滚珠螺母。滚珠丝杆、滚珠螺母在传动过程中摩擦损失小、传动效率高、传动精度高。

优选的，丝杆支承座I和丝杆支承座II与丝杆之间设有耐磨轴套。丝杆与支承座内孔之间相对旋转摩擦，为了提高传动效率，可以在内孔上安装轴承或者耐磨轴套等部件，优选的耐磨轴套成本较低，安装拆卸方便。

更进一步的，内部吸盘组的数量为四个，分别设置在在内框架的四个边角；外部吸盘组的数量为四个，分别设置在外框架开口处的四个边角。

更进一步的，所述丝杆的两端具有台阶面且两端为光轴，较小直径的光轴插入丝杆支承座内的耐磨轴套里面。丝杆两端的光轴可以限制丝杆的轴向运动。

更进一步的，所述导柱支座的底部活动连接在外部框架上，上端具有小于横向导柱直径的开口槽并通过锁紧螺母和螺栓锁紧横向导柱；导杆支座为L形，一端活动连接在横向框架上，另一端连接纵向导杆。上述结构是为了方便安装拆卸和维修。

本实用新型可以灵活控制机器人进行横向运动、纵向运动以及跨越动作，结构简单，安装拆卸维修均十分方便，同时体积小巧，成本低。

附图说明

图1为本实用新型的主视图；

图2为图1的A-A向旋转视图。

图中：1、外部吸盘组，2、外框架，3、横向框架，4、丝杆支承座I，5、横向导柱，6、导柱支座，7、内部吸盘组，8、螺母支承座，9、螺母，10、丝杆；11、丝杆支承座II，12、横向直流电机；13、支座I；14、齿条；15、齿轮；16、纵向直流电机；17、联轴器；18、支座II，19、内框架，20、耐磨轴套，21、纵向导杆，22、导杆支座，23、滑块。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的最优实施例作进一步说明。

如图1、图2所示，一种三框架负压吸附式爬壁机器人，包括驱动组件、移动组件、支撑组件和吸附组件，支撑组件上设有控制吸附组件的真空气泵和电磁阀，驱动组件包括纵向直流电机16和横向直流电机12，移动组件包括相互配合的丝杆10和螺母9，以及相互配合的齿轮15和齿条14，支撑组件包括内框架19、外框架2和横向框架3，吸附组件包括安装在内框架19下侧的内部吸盘组7，以及安装在外框架2下侧的外部吸盘组1；内框架19设置在外框架2的开口处，横向框架3通过横向导向机构连接在外框架2的上端，并通过纵向导向机构连接在内框架19的上端；横向直流电机12通过支座I13固定在横向框架3的上端，横向直流电机12的输出轴上连接齿轮15，齿条14连接在外框架2的上端边缘；纵向直流电机16通过支座II18固定在横向框架3的上端，纵向直流电机16的输出轴通过联轴器17与丝杆10的一端相连，螺母支承座8固定在内框架19的上端，丝杆10穿过设置在螺母支承座8内孔上的螺母9，丝杆支承座I4和丝杆支承座II11分别固定在横向框架3的两端，丝杠连接座上具有限位机构使丝杆可绕其中心轴线旋转而限制其轴向运动。

横向直流电机带动齿轮旋转，并与齿条啮合，从而实现爬壁机器人的横向移动，纵向直流电机通过联轴器带动丝杆旋转，并与螺母啮合，从而实现爬壁机器人的纵向移动；所述内部吸盘组合和外部吸盘组在电磁阀和真空气泵的作用下交替吸附墙面。直流电机的控制方式简单可靠，可以使机器人双向灵活移动。

进一步的，横向导向机构包括连接在外框架2上端的四个导柱支座6、连接在横向框架3下端中间的两个滑块23，以及穿过滑块23中心孔且两端固定在导柱支座6上的两个横向导柱5；螺母支承座8下侧还开有导向孔，纵向导向机构包括连接在横向框架3内侧两端的导杆支座22、以及穿过螺母支承座8的导向孔且两端固定在导杆支座22上的纵向导杆21。为了降低移动组件在双向移动过程中的工作阻力，同时保证其精度，在框架上增设了横向导柱与纵向导杆以及其他支撑附件。

更进一步的，所述丝杆10为滚珠丝杆，所述螺母9为滚珠螺母。滚珠丝杆、滚珠螺母在传动过程中摩擦损失小、传动效率高、传动精度高。

优选的，丝杆支承座I4和丝杆支承座II11与丝杆10之间设有耐磨轴套20。丝杆与支承座内孔之间相对旋转摩擦，为了提高传动效率，可以在内孔上安装轴承或者耐磨轴套等部件，优选的耐磨轴套成本较低，安装拆卸方便。

更进一步的，内部吸盘组7的数量为四个，分别设置在在内框架19的四个边角；外部吸盘组1的数量为四个，分别设置在外框架2开口处的四个边角。内部吸盘组的四个吸盘串联并通过一个真空气泵控制，外部吸盘组的四个吸盘串联并通过另一个真空气泵控制。

更进一步的，所述丝杆10的两端具有台阶面且两端为光轴，较小直径的光轴插入丝杆支承座内的耐磨轴套20里面。丝杆两端的光轴可以限制丝杆的轴向运动。

更进一步的，所述导柱支座6的底部活动连接在外部框架上，上端具有小于横向导柱直径的开口槽并通过锁紧螺母和螺栓锁紧横向导柱5；导杆支座22为L形，一端活动连接在横向框架3上，另一端连接纵向导杆21。上述结构是为了方便安装拆卸和维修。

下面对本实用新型的最优实施例的工作工程做进一步阐述。

如图1和图2所示，首先，使三框架负压吸附式爬壁机器人的内外两个吸盘组完全吸附在垂直壁面上，然后打开控制外部吸盘组1的电磁阀，使吸盘组内外气压平衡后吸盘组松盘，启动纵向直流电机16，电机带动丝杆10旋转，丝杆10与螺母9啮合将旋转运动转化为直线运动，从而带动横向框架3和外框架2沿着纵向导杆21在垂直工作面上直线运动，待运动至极限位置后，纵向直流电机16停止工作；打开控制外部吸盘组1的电磁阀，启动真空气泵，使外部吸盘组1的吸盘产生负压，紧紧吸附在壁面上后，再打开控制内部吸盘组7的电磁阀，使内部吸盘组7的吸盘全部松盘后，再重新启动纵向直流电机16，根据相对运动原则，此时外框架2和横向框架3固定不动，内框架19在丝杆螺母的作用下沿着纵向导杆21在垂直工作面上直线运动，不断按此过程交替纵向垂直运动；当机器人探测到前方有障碍物时，关闭纵向直流电机16，启动横向直流电机12，电机带动齿轮15旋转，如果此时外部吸盘组1处于松盘状态，内框架19和横向框架3固定不动，在齿轮齿条啮合作用下，外框架2沿着横向导柱5在工作面上横向直线运动，待运动至极限位置后，横向直流电机12停止工作；打开控制外部吸盘组1的电磁阀，启动真空气泵，使外部吸盘组1的吸盘产生负压，紧紧吸附在壁面上后，再打开控制内部吸盘组7的电磁阀，使内部吸盘组的吸盘全部松盘后，再重新启动横向直流电机12，根据相对运动原则，此时外框架2固定不动，内框架3和横向框架19在齿轮齿条啮合作用下横向直线运动，按此过程横向交替运动直至机器人探测到前方无障碍物后再重新向上攀爬；当障碍不可避免时，启动真空气泵将外框架2顶起，然后启动纵向直流电机16，使外框架2的前两个吸盘跨越障碍物，再次启动真空气泵使外部吸盘组1吸附在壁面上，再启动控制内部吸盘组7的气泵将其顶起后，启动纵向直流电机16使内部吸盘组7的四个吸盘全部跨越障碍物，然后再依照纵向直线运动过程移动。

本实用新型可以灵活控制机器人进行横向运动、纵向运动以及跨越动作，结构简单，安装拆卸维修均十分方便，同时体积小巧，成本低。

Claims (7)

1.一种三框架负压吸附式爬壁机器人，包括驱动组件、移动组件、支撑组件和吸附组件，支撑组件上设有控制吸附组件的真空气泵和电磁阀，其特征在于：驱动组件包括纵向直流电机(16)和横向直流电机(12)，移动组件包括相互配合的丝杆(10)和螺母(9)，以及相互配合的齿轮(15)和齿条(14)，支撑组件包括内框架(19)、外框架(2)和横向框架(3)，吸附组件包括安装在内框架(19)下侧的内部吸盘组(7)，以及安装在外框架(2)下侧的外部吸盘组(1)；内框架(19)设置在外框架(2)的开口处，横向框架(3)通过横向导向机构连接在外框架(2)的上端，并通过纵向导向机构连接在内框架(19)的上端；横向直流电机(12)通过支座I(13)固定在横向框架(3)的上端，横向直流电机(12)的输出轴上连接齿轮(15)，齿条(14)连接在外框架(2)的上端边缘；纵向直流电机(16)通过支座II(18)固定在横向框架(3)的上端，纵向直流电机(16)的输出轴通过联轴器(17)与丝杆(10)的一端相连，螺母支承座(8)固定在内框架(19)的上端，丝杆(10)穿过设置在螺母支承座(8)内孔上的螺母(9)，丝杆支承座I(4)和丝杆支承座II(11)分别固定在横向框架(3)的两端，丝杠连接座上具有限位机构使丝杆可绕其中心轴线旋转而限制其轴向运动。

2.如权利要求1所述的三框架负压吸附式爬壁机器人，其特征在于：横向导向机构包括连接在外框架(2)上端的四个导柱支座(6)、连接在横向框架(3)下端中间的两个滑块(23)，以及穿过滑块(23)中心孔且两端固定在导柱支座(6)上的两个横向导柱(5)；螺母支承座(8)下侧还开有导向孔，纵向导向机构包括连接在横向框架(3)内侧两端的导杆支座(22)、以及穿过螺母支承座(8)的导向孔且两端固定在导杆支座(22)上的纵向导杆(21)。

3.如权利要求2所述的三框架负压吸附式爬壁机器人，其特征在于：所述丝杆(10)为滚珠丝杆，所述螺母(9)为滚珠螺母。

4.如权利要求3所述的三框架负压吸附式爬壁机器人，其特征在于：丝杆支承座I(4)和丝杆支承座II(11)与丝杆(10)之间设有耐磨轴套(20)。

5.如权利要求4所述的三框架负压吸附式爬壁机器人，其特征在于：内部吸盘组(7)的数量为四个，分别设置在在内框架(19)的四个边角；外部吸盘组(1)的数量为四个，分别设置在外框架(2)开口处的四个边角。

6.如权利要求5所述的三框架负压吸附式爬壁机器人，其特征在于：所述丝杆(10)的两端具有台阶面且两端为光轴，较小直径的光轴插入丝杆支承座内的耐磨轴套(20)里面。

7.如权利要求2至6任一权利要求所述的三框架负压吸附式爬壁机器人，其特征在于：所述导柱支座(6)的底部活动连接在外部框架上，上端具有小于横向导柱直径的开口槽并通过锁紧螺母和螺栓锁紧横向导柱(5)；导杆支座(22)为L形，一端活动连接在横向框架(3)上，另一端连接纵向导杆(21)。