CN204641939U - 一种壁面爬行机器人 - Google Patents
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Abstract
一种壁面爬行机器人，包括升力自平衡系统、壁面行走装置、机体框架结构、壁面作业装置，所述升力自平衡系统、壁面行走装置以及壁面作业装置安装在机体框架结构上。所述升力自平衡系统用于为机器人提供升力及对壁面的压力，所述壁面行走装置用于使得机器人能够在壁面上行走，所述壁面作业装置用于监测机器人的运动及壁面情况。通过升力自平衡系统、壁面行走装置和壁面作业装置的配合来实现高效壁面爬行运动的机器人体。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种机器人，尤其涉及一种壁面爬行机器人。
背景技术
目前处于研究阶段的爬墙机器人，其原理大多为负压原理，即利用气压压差将机器人压在墙面上，这种附着方式对于墙面的光洁度和平整度要求较高，使得其应用场合大大受限，当这两点不能得到足够满足时，传统的爬墙机器人便失去用武之地。
同时，即便在光洁平整的垂直或悬空面，由于其吸附机构的的存在，必然导致机器人行动的灵活性大大受限，整体运行效率大大降低。需要一种能够实现有效附着同时能够高效运行的爬墙机器人来满足当今越来越多的此种需求。
发明内容
针对上述的技术缺陷，本实用新型的目的是提供一种壁面爬行机器人，通过升力自平衡系统、壁面行走装置和壁面作业装置的配合来实现高效壁面爬行运动的机器人体。
为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：
一种壁面爬行机器人，包括升力自平衡系统、壁面行走装置、机体框架结构、壁面作业装置，所述升力自平衡系统、壁面行走装置以及壁面作业装置安装在机体框架结构上。所述升力自平衡系统用于为机器人提供升力及对壁面的压力，所述壁面行走装置用于使得机器人能够在壁面上行走，所述壁面作业装置用于监测机器人的运动及壁面情况。
优选的，所述升力自平衡系统包括升力产生装置、内圈机构、外圈机构、内外圈连接装置。
通过设置内外圈机构实现了升力产生装置的多角度调节，以为机器人提供能够爬升的升力和合适的对壁面的压力
优选的，所述机体框架结构包括内圈上部壳、内圈下部壳、外圈上部壳、外圈下部壳、第一腿部壳、第二腿部壳。
优选的，所述壁面行走装置为轮式行走装置。
优选的，所述壁面作业装置包括机器人运动监测器和壁面监测装置。
优选的，在所述升力产生装置中安装陀螺仪芯片，通过陀螺仪芯片控制所述旋翼动力系统的朝向，控制壁面爬行机器人的姿态。
优选的，所述壁面行走装置为多关节类足式机械结构。
本实用新型的技术效果在于：摒弃了传统的攀爬思路直接采用螺旋桨切割空气提供升力以平衡重力。设计一套双旋翼自平衡系统，可通过陀螺仪及相应算法实时保证旋翼始终朝向最有效角度提供升力及对墙压力。
同时，在行走机构上，采用主动驱动的万向轮结构，万向轮可在云台电机驱动下实现整体转动，实现机器人动作的灵活调整。轮毂采用尽量节省材料体积的轻量化设计，保证了轮毂的轻便性，便于在伺服电机驱动下快速启动。轮胎的花纹设计可增大与墙面的接触面积，增加摩擦力，同时联通的沟槽结构有利于排水的实现，使得机器人可以适应潮湿环境。以上设计使得机器人在运动灵活性方面相比于传统吸附装置更甚一筹。
附图说明
图1为本实用新型的壁面爬行机器人的总体结构示意图；
图2为升力产生装置结构示意图；
图3为内圈机构结构示意图；
图4为内圈机构内部结构示意图；
图5为连接件及内外圈连接装置的结构示意图；
图6为外圈机构结构示意图；
图7为升力产生装置、内圈机构、外圈机构及内外圈连接装置整体结构示意图；
图8为行走驱动装置结构示意图；
图9为壁面作业装置结构示意图；
图10为升力产生装置内部结构示意图。
具体实施方式
一种壁面爬行机器人，包括升力自平衡系统、壁面行走装置、机体框架结构、壁面作业装置，所述升力自平衡系统、壁面行走装置以及壁面作业装置安装在机体框架结构上。所述升力自平衡系统用于为机器人提供升力及对壁面的压力，所述壁面行走装置用于使得机器人能够在壁面上行走，所述壁面作业装置用于监测机器人的运动及壁面情况。
所述升力自平衡系统包括升力产生装置、内圈机构和外圈机构；所述升力产生装置包括旋翼动力系统8和动力系统固定架9，所述旋翼动力系统8固定安装在所述动力系统固定架9上；所述内圈机构包括内圈固定架10和安装在所述内圈固定架10上的第一连接件15、第一内圈驱动器11、第二内圈驱动器17、驱动齿轮18和飞行控制器14；所述升力产生装置的动力系统固定架9的两端分别与所述第一连接件15和所述第一内圈驱动器11固定连接；所述外圈机构包括外圈内齿轮23、外圈固定架24、固定柱25，所述外圈固定架24与所述外圈内 齿轮23通过所述固定柱25相连接；所述驱动齿轮18与所述外圈内齿轮23啮合；所述第一内圈驱动器11用于驱动动力系统固定架9旋转，所述第二内圈驱动器17用于驱动驱动齿轮18旋转，进而使得内圈机构相对外圈机构旋转；所述飞行控制器14用于控制所述旋翼动力系统(8)所提供的升力及对壁面的压力。
所述升力自平衡系统还包括，第二连接件12、第三连接件16，所述第二连接件12及第三连接件16固定安装在所述内圈固定架10上，所述第一内圈驱动器11与所述第二连接件12可转动连接，所述第一连接件15与所述第三连接件16可转动连接。
所述第一连接件15上设置有空心轴31，所述第三连接件16上设置有孔32，所述第一连接件15通过空心轴31和孔32与第三连接件16可转动连接。
所述升力自平衡系统还包括，内外圈连接装置13，所述内外圈连接装置13固定安装在所述内圈固定架10上，所述内外圈连接装置13包括连接装置固定架21和滚动体22；所述滚动体22在所述外圈内齿轮23侧面上滚动。
所述升力自平衡系统还包括从动齿轮19，所述从动齿轮19安装在所述内圈固定架10上，并与所述外圈内齿轮23啮合。
所述升力自平衡系统的工作原理是：动力系统固定架9在第一内圈驱动器11的带动下旋转，从而旋翼动力系统8旋转；第二内圈驱动器17驱动主动齿轮18旋转，从而带动外圈内齿轮23旋转，进而使得内圈机构相对外圈机构旋转，从而实现动力系统固定架9相对于外圈机构的旋转。在两种旋转的作用下，实现了升力产生装置的多角度调节，以为机器人提供能够爬升的升力和合适的对壁面的压力
所述机体框架结构包括内圈上部壳1、内圈下部壳2、外圈上部壳3、外圈下部壳4、第一腿部壳5和第二腿部壳6，所述内圈上部壳1与内圈下部壳2固定连接在所述内圈固定架10上，所述外圈上部壳3与所述外圈下部壳4固定连接在所述外圈固定架24上，所述第一腿部壳5与所述第二腿部壳6固定连接，所述第一腿部壳5与所述外圈下部壳4固定连接。
所述壁面行走装置为轮式行走装置，其包括轮子7和行走驱动装置，所述行走驱动装置包括第一驱动器26、驱动器固定架27和第二驱动器28，所述第一驱动器26固定安装在所述驱动器固定架27上，所述第二驱动器28固定安装在所述驱动器固定架27上，同时固定安装在第二腿部壳6上。所述第一驱动器26用于实现轮子7的转动，所述第二驱动器28用于实现车轮7旋转轴的转动，从而实现壁面行走装置的各向行走。
所述壁面作业装置包括机器人运动监测器29和壁面监测装置30，所述机器人运动监测器29与所述壁面监测装置30安装在所述外圈下部壳4上。
在所述升力产生装置中安装陀螺仪芯片33，通过陀螺仪芯片33控制所述旋翼动力系统8的朝向，控制壁面爬行机器人的姿态。
所述升力产生装置除上述双旋翼式升力产生装置外，还可以替换为任意形式的能够提供举升力的装置；所述壁面行走装置除上述主动万向轮式行走装置外，还可以替换为多关节类足式机械结构；这些均属于本领域技术人员的常规替换，在此不再赘述。
本实用新型的保护范围包括但不限于上述优选实施方式，任何公知的替换方式，均落入本实用新型的保护范围内。
Claims (10)
1.一种壁面爬行机器人，其特征在于：包括升力自平衡系统、壁面行走装置、机体框架结构和壁面作业装置，所述升力自平衡系统、壁面行走装置以及壁面作业装置安装在所述机体框架结构上；所述升力自平衡系统用于为机器人提供升力及对壁面的压力，所述壁面行走装置用于使得机器人能够在壁面上行走，所述壁面作业装置用于监测机器人的运动及壁面情况。
2.根据权利要求1所述的壁面爬行机器人，其特征在于：所述升力自平衡系统包括升力产生装置、内圈机构和外圈机构；所述升力产生装置包括旋翼动力系统(8)和动力系统固定架(9)，所述旋翼动力系统(8)固定安装在所述动力系统固定架(9)上；所述内圈机构包括内圈固定架(10)和安装在所述内圈固定架(10)上的第一连接件(15)、第一内圈驱动器(11)、第二内圈驱动器(17)、驱动齿轮(18)和飞行控制器(14)；所述升力产生装置的动力系统固定架(9)的两端分别与所述第一连接件(15)和所述第一内圈驱动器(11)固定连接；所述外圈机构包括外圈内齿轮(23)、外圈固定架(24)和固定柱(25)，所述外圈固定架(24)与所述外圈内齿轮(23)通过所述固定柱(25)相连接；所述驱动齿轮(18)与所述外圈内齿轮(23)啮合；所述第一内圈驱动器(11)用于驱动动力系统固定架(9)旋转，所述第二内圈驱动器(17)用于驱动驱动齿轮(18)旋转，进而使得内圈机构相对外圈机构旋转；所述飞行控制器(14)用于控制所述旋翼动力系统(8)所提供的升力及对壁面的压力。
3.根据权利要求2所述的壁面爬行机器人，其特征在于：所述升力自平衡系统还包括，第二连接件(12)和第三连接件(16)，所述第二连接件(12)及第三连接件(16)固定安装在所述内圈固定架(10)上，所述第一内圈驱动器(11)与所述第二连接件(12)可转动连接，所述第一连接件(15)与所述第三连接件(16)可转动连接。
4.根据权利要求3所述的壁面爬行机器人，其特征在于：所述第一连接件(15)上设置有空心轴(31)，所述第三连接件(16)上设置有孔(32)，所述第一连接件(15)通过空心轴(31)和孔(32)与第三连接件(16)可转动连接。
5.根据权利要求2-4中任一项所述的壁面爬行机器人，其特征在于：所述升力自平衡系统还包括，内外圈连接装置(13)和从动齿轮(19)，所述内外圈连接装置(13)固定安装在所述内圈固定架(10)上，所述内外圈连接装置(13)包括连接装置固定架(21)和滚动体(22)；所述滚动体(22)在所述外圈内齿轮(23)侧面上滚动；所述从动齿轮(19)安装在所述内圈固定架(10)上，并与所述外圈内齿轮(23)啮合。
6.根据权利要求2-4中任一项所述的壁面爬行机器人，其特征在于：所述机体框架结构包括内圈上部壳(1)、内圈下部壳(2)、外圈上部壳(3)、外圈下部壳(4)、第一腿部壳(5)和第二腿部壳(6)，所述内圈上部壳(1)与内圈下部壳(2)固定连接在所述内圈固定架 (10)上，所述外圈上部壳(3)与所述外圈下部壳(4)固定连接在所述外圈固定架(24)上，所述第一腿部壳(5)与所述第二腿部壳(6)固定连接，所述第一腿部壳(5)与所述外圈下部壳(4)固定连接。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的壁面爬行机器人，其特征在于：所述壁面行走装置为轮式行走装置，其包括轮子(7)和行走驱动装置，所述行走驱动装置包括第一驱动器(26)、驱动器固定架(27)和第二驱动器(28)，所述第一驱动器(26)固定安装在所述驱动器固定架(27)上，所述第二驱动器(28)固定安装在所述驱动器固定架(27)上，同时固定安装在所述机体框架结构上；所述第一驱动器(26)用于实现轮子(7)的转动，所述第二驱动器(28)用于实现车轮(7)旋转轴的转动，从而实现壁面行走装置的各向行走。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的壁面爬行机器人，其特征在于：所述壁面作业装置包括机器人运动监测器(29)和壁面监测装置(30)。
9.根据权利要求2-4中任一项所述的壁面爬行机器人，其特征在于：还包括，安装在所述升力产生装置中的陀螺仪芯片(33)，通过陀螺仪芯片(33)控制所述升力产生装置动力朝向，进而控制壁面爬行机器人的姿态。
10.根据权利要求1-4中任一项所述的壁面爬行机器人，所述壁面行走装置为多关节类足式机械结构行走装置。
Priority Applications (1)
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| CN201520244854.4U CN204641939U (zh) | 2015-04-21 | 2015-04-21 | 一种壁面爬行机器人 |
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN104802877A (zh) * | 2015-04-21 | 2015-07-29 | 杨一超 | 一种壁面爬行机器人 |
| CN111156854A (zh) * | 2020-02-25 | 2020-05-15 | 西安绿动透平技术有限公司 | 一种管壳式换热器管内壁面自动清洁机器人 |
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| CN104802877B (zh) * | 2015-04-21 | 2017-11-17 | 杨一超 | 一种壁面爬行机器人 |
| CN111156854A (zh) * | 2020-02-25 | 2020-05-15 | 西安绿动透平技术有限公司 | 一种管壳式换热器管内壁面自动清洁机器人 |
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