CN218805039U - 一种折叠式两栖爬壁机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种折叠式两栖爬壁机器人，包括机身、机臂组件、飞控系统、起落架、旋翼组件和行走组件；机臂组件具有机臂和第一安装件，机臂一端部铰接在机身上，旋翼组件包括设置在每个机臂上的旋翼单元；行走组件包括设置在每个机臂上的行走单元。本实用新型的机臂与机身铰接在一起，可折叠在一起，便于运输；旋翼单元和行走单元集成安装在机臂上，拆装灵活方便，便于维修测试，还减轻重量；行走电机独立驱动四个行走轮，实现爬壁状态下的自由行走，螺旋桨远离车轮以及载荷面和作业面等工作面，旋翼单元的推力产生正压力，确保机器人稳定“压”在墙面上，确保机器人在工作面上的行走，确保顺利通过大曲率曲面、凹凸不平处。

Description

一种折叠式两栖爬壁机器人

技术领域

本实用新型涉及机器人，尤其是涉及一种折叠式两栖爬壁机器人。

背景技术

近年来，人们对安全越来越重视，逐渐开展了墙面、高坡度斜坡或桥梁底面等建筑物上裂缝或裂纹检测项目，以掌握建筑物服役期间的安全状态。对于竖墙或高陡坡来说，由于竖墙和陡坡结构限制，导致搭载检测设备的无人机很难稳定飞行或悬停，且无法近距离地获取墙面或坡面信息。

爬壁机器人是可以在竖墙或高陡坡面上完成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。目前，大多采用爬壁机器人对竖墙和高陡坡进行检测。然而，现有爬壁机器人体积庞大，不仅需要较大的空间来运输，而且当遇到凸凹不平或大曲面时无法及时调整行走方向，存在安全隐患；另外，现有爬壁机器人无法满足桥梁底面的检测需求。因而，如何设计一种体积小巧，转移灵活，且不仅适用于竖墙和高陡坡，还适用于桥梁底面检测的机器人至关重要。

发明内容

本实用新型目的在于提供一种折叠式两栖爬壁机器人，不仅兼顾了飞行和爬壁功能，还适用于竖面、倾斜面和顶面上行走，适用范围广。

为实现上述目的，本实用新型采取下述技术方案：

本实用新型所述的折叠式两栖爬壁机器人，包括机身、机臂组件和飞控系统，还包括起落架，以及集成在所述机臂组件上的旋翼组件和行走组件；

所述机臂组件具有多个机臂和多个第一安装件，每个所述机臂的一端部铰接在所述机身上而其另一端部固连有一个所述第一安装件；

所述旋翼组件包括多个旋翼单元，所述旋翼单元具有固连在第一安装件上的旋翼电机和与所述旋翼电机传动连接的螺旋桨；

所述行走组件包括多个行走单元，每个机臂上设置有一个所述行走单元，行走单元包括固定在第一安装件上表面的第二安装件、固定在第二安装件上的行走电机和与所述行走电机传动连接的行走轮，所述行走轮位于第二安装件的外侧。

在本实用新型中，机臂与机身铰接在一起，在运输时能够折叠在一起，便于运输；旋翼单元和行走单元集成安装在机臂的一端部，体积小巧，拆装灵活方便，便于维修测试，还减轻了重量，进而减少负重；行走电机独立驱动四个行走轮，实现爬壁状态下的自由行走，另外，螺旋桨的旋翼远离车轮以及载荷面和作业面等工作面，减少粉尘对检测设备的干扰，旋翼单元的推力产生正压力，确保机器人稳定“压”在墙面上，进一步确保机器人在工作面上的行走，且保证本实用新型能顺利通过检测面上的大曲率曲面、凹凸不平处。

本实用新型的机器人为小型机器人，行走轮的轮径约为70mm，机臂的长度约为300mm，结构小巧，进一步保证本实用新型的行走灵活性，便于调整行走状态，进一步确保本实用新型能够顺利通过大曲率曲面和凹凸不平的工作面。

优选的，所述第一安装件包括上安装板和下连接板，所述上安装板和下安装板通过连接螺栓固定在机臂端部，所述旋翼电机固定在下安装板上，螺旋桨的连接套固定在旋翼电机的动力轴上。

优选的，所述第二安装件包括一对通过连接杆连接固连在一起的上安装座和下安装座，所述下安装座固定在所述上安装板上，所述行走电机设置在所述上安装座上。本实用新型利用第二安装件来保证螺旋桨和行走轮的高度差，避免吸收工作面的粉尘而影响正常检测，还能产生正压力使本实用新型贴在工作面上。

更优选的，本实用新型所述的折叠式两栖爬壁机器人，还包括罩设在所述第二安装件上的第一防护罩和罩设在所述机身上的第二防护罩，具有很好的防雨和防尘作用，以更好的保护机器人的电元器件。

优选的，每个所述机臂均通过连接单元与所述机身连接，所述连接单元包括固定在所述机臂的端部的第一连接架和固定在机身的第二连接架，所述第一连接架和第二连接架铰接在一起并通过限位件进行定位。

更优选的，所述第一连接架具有一对夹板，两夹板向前延伸出机臂；所述第二连接架的一对连接板，连接板的一端部插装在两所述夹板内并通过铰轴连接在一起；所述限位件水平设置两连接板上，两夹板的延伸部具有与限位件配合的第一限位槽和第二限位槽使所述机臂具有竖直状态和水平展开状态。本实用新型利用限位件对第一连接架进行限位以确定机臂稳定性。

卡装在第一限位槽内时可限制机臂的端部向上旋转而使机臂处于水平状态，当限位件卡装在第二限位槽内使机臂属于竖直向下的折叠状态。

在实际安装时，两所述连接板上水平开设有一对使所述限位件水平移动的长孔，限位件的两端部设置有旋帽，旋帽便于操作；长孔为限位件提供活动空间，

在实际安装时，所述第一限位槽和第二限位槽通过弧形边连接在一起，采用弧形边连接，便于转动机臂，方便操作。

在实际安装时，所述机身包括一对上下间隔设置的座体，两所述座体通过所述第二连接架固连在一起，以便于安装电源等。

优选的，所述起落架为一对且对称设置在机身的两侧，其包括倾斜设置在机身上的斜撑和固连在所述斜撑底壁的水平撑，且所述水平撑上套装有防滑套，防滑套增加摩擦力，使本实用新型平稳落地。

与现有技术相比，本实用新型优点在于机臂与机身铰接在一起，在运输时能够折叠在一起，折叠后大大节约空间，便于运输和收纳保存；另外，每个机臂的长度控制在300mm以内，使整个机器人的结构更加小巧，行走更加灵活；

本实用新型不仅具有旋翼单元，还具有行走单元，使得本实用新型不仅具有飞行功能，还具有爬壁功能，不仅适用于竖墙，还适用于路面和桥梁的底面，适用范围广；另外，旋翼单元和行走单元集成安装在机臂的一端部，不仅拆装灵活方便，便于维修测试，还能减轻重量，进而减少负重；

本实用新型利用行走电机独立驱动四个行走轮旋转，实现爬壁状态下的自由行走，另外，螺旋桨的旋翼远离车轮以及载荷面和作业面等工作面，避免吸收工作面的粉尘而影响正常检测，且旋翼单元的推力产生正压力，确保机器人稳定“压”在墙面上，进一步确保机器人在工作面上的行走，且保证本实用新型能顺利通过检测面上的大曲率曲面、凹凸不平处。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是图1的侧视图。

图3是本实用新型机身和机臂的连接图（其中一个机臂处于竖直状态）。

图4是图3中A部的放大图。

图5是图3中B部的放大图。

图6是图3中C部的放大图。

图7是本实用新型所述行走单元的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型的核心目的在于提供了一种折叠式两栖爬壁机器人，不仅可以飞行，还可以攀爬，还适用于桥梁的底面和公路的行走，适用范围广。

具体地，结合图1-3和图7可知，本实用新型所述的折叠式两栖爬壁机器人，包括机身1、机臂组件、行走组件、旋翼组件、起落架8和飞控系统；

机臂组件具有四个结构相同的机臂2和四个第一安装件3，为便于区分，将机臂2与机身1连接的一端部记作第一端部而将其另一端部记作第二端部，机臂2的第一端部铰接在机身1上而其第二端部固连有一个第一安装件3，可利用第一安装件3将后述的旋翼单元和行走单元对应设置在机臂2的第二端部；机臂2与机身1铰接在一起，在运输时能够折叠在一起，便于运输，且方便收纳保存；

旋翼组件包括四个结构相同的旋翼单元，每个旋翼单元均包括固定在第一安装件3上的旋翼电机4.1（旋翼电机4.1选用封闭式直流无刷电机）和由旋翼电机4.1驱动的螺旋桨4.2，旋翼电机4.1带动螺旋桨4.2旋转以实现悬停和飞行；

行走组件包括四个行走单元，每个机臂2上设置有一个行走单元，行走单元包括固定在第一安装件3上的第二安装件5.1、固定在第二安装件5.1上的行走电机5.2（带有电子调节器）和与行走电机5.2传动连接的行走轮5.3，行走轮5.3位于第二安装件5.1的外侧；每个行走轮5.3对应一个行走电机5.2，能够满足爬壁状态下的前进、后退和差速转弯需求；

在上述方案中，旋翼单元和行走单元集成安装在机臂2的一端部，不仅拆装灵活方便，便于维修测试，还能减轻重量，减少负重；螺旋桨4.2远离车轮以及载荷面和作业面等工作面，避免吸收工作面的粉尘而影响正常检测，且旋翼单元的推力产生正压力，确保机器人稳定“压”在墙面上；行走单元和旋翼单元相结合，进一步确保本实用新型能顺利通过检测面上的大曲率曲面、凹凸不平处。

优选的，如图4所示，第一安装件3为夹板6.1结构，其包括带有一对上弧形板3.1的上安装板3.2和带有一对下弧形板3.3的下安装板3.4，上弧形板3.1和下弧形板3.3上下正对围成与机臂2外径大小一致的圆孔，利用螺栓将每对上弧形板3.1和下弧形板3.3固连在一起即可实现第一安装件3在机臂2的第二端部的固定安装；另外，为保证螺旋桨4.2和行走轮5.3的间距，旋翼电机4.1固定在下安装板3.4的下表面，且行走电机固定在第二安装件的上部。

优选的，如图7所示，第二安装件5.1包括一对通过四个连接杆5.1a连接固连在一起的上安装座5.1b和下安装座5.1c，下安装座5.1c卡装在上安装板3.2的安装槽内并通过螺栓固定在一起，实现了第二安装件5.1在第一安装件3上的定位安装；行走电机5.2固定在上安装座5.1b上，行走电机5.2与行走轮5.3（优选内嵌式防脱落硅胶轮）传动连接以实现前进和后退，每对行走电机5.2差速转动即可实现左转和右转，以满足不能情况下的行走需求。另外，本实用新型将行走电机5.2设置在第二安装件5.1的上部而将旋翼电机4.1安装在第一安装件3的底壁，充分保证螺旋桨4.2和行走轮5.3的高度差，使螺旋桨4.2的旋转面远离载荷平面或作业面，进一步避免形成高负压区吸收检测面的粉尘、渣石等而造成损坏。

在实际安装时，每个机臂2均通过连接单元与机身1连接，连接单元包括设置在机臂2第一端部的第一连接架和固定在机身1拐角处的第二连接架；

第二连接架具有一对左右间隔设置的连接板7.1，第一连接架具有一对位于机臂2左右两侧的夹板6.1，连接板7.1的一端部延伸至两夹板6.1内并通过铰轴7.6连接，使夹板6.1能够相对连接板7.1转动，进而实现第一连接架和第二连接架转动连接；两连接板7.1的端部穿设有一带有旋帽7.5的限位件（即限位轴7.2），限位轴7.2上设置有防止其在连接板7.1上左右窜动的限位台7.3；

为保持机臂2的状态，两夹板6.1具有一对开口向上的第一限位槽6.2和一对开口向下的第二限位槽6.3，当限位轴7.2卡在第一限位槽6.2内时可避免机臂2的第一端部旋转，使机臂2处于水平伸展状态，为螺旋桨4.2提供旋转空间；当限位轴7.2卡在第二限位槽6.3内时对机臂2进行限位使其处于竖直状态；连接板7.1上水平开设有长孔7.4，为限位轴7.2提供调整空间，通过水平调整限位轴7.2的位置来为机臂2提供旋转空间，进而实现机臂2展开和折叠状态的灵活调整。

在实际加工时，第一限位槽6.2和第二限位槽6.3之间的夹板6.1的侧边缘采用弧形边6.4，方便调整，降低机臂2的调整难度，具体如图5-6所示。

在实际安装时，两连接板7.1上水平开设有一对使限位轴水平移动的长孔7.4，限位轴两端部设置有旋帽7.5，便于操作；长孔7.4为限位轴提供活动空间。

在实际安装时，所述第一限位槽6.2和第二限位槽6.3通过弧形边6.4连接在一起，采用弧形边6.4连接，便于转动机臂2，方便操作。

结合图1可知，起落架为一对，对称设置在机身1下座体的两侧，其包括倾斜设置在机身1上的斜撑8.1和固连在斜撑8.1底壁的水平撑8.2，水平撑8.2上套装有防滑套8.3，防滑套8.3增加摩擦力，使本实用新型平稳落地。

在实际安装时，为更好的保护各电元器件，第一安装件3和行走电机5.2上还罩设有第一防护罩9.1，机身1上罩设有第二防护罩9.2，不仅具有很好的防雨和防尘作用，还尽可能地保护飞控系统免受碎石的撞击，尽可能地保护飞控系统。

在非使用时，将每个机臂2折叠起来以方便运输至工作地点，折叠时拉动限位轴7.2沿着长孔7.4向机身1内部方向移动，使限位轴7.2从第一限位槽6.2内移开，然后向下转动机臂2使其处于竖直状态，松开限位槽使其卡装在第二限位槽6.3内，实现机臂2的折叠；

当达到工作地点后，将机臂2逐个展开为螺旋桨4.2提供旋转空间，具体以其中一个机臂2的展开为例：推动限位轴7.2沿着长孔7.4向机身1方向移动，放开对第一连接架上的限制，然后转动机臂2至水平状态，限位轴7.2复位并卡装在第一限位槽6.2内对机臂2进行限位使其处于水平展开状态；然后调整剩余三个机臂2为展开状态；

使用时可利用遥控器操作本实用新型飞行至指定高度后并悬停在竖墙或桥梁底面上，启动行走电机5.2使本实用新型在竖工作面或顶工作面上，使本实用新型在工作面上行走，当遇到大曲率曲面或凹凸不平处时调整行走轮5.3差速转弯即可越过，确保安全检测。

最后还需要强调的是，以上所述仅为本实用新型的优选实施方式而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施方式对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施方式所记载的技术方案进行不需付出创造性劳动的修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。因而，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种折叠式两栖爬壁机器人，包括机身、机臂组件和飞控系统，其特征在于：还包括起落架，以及集成在所述机臂组件上的旋翼组件和行走组件；

所述机臂组件具有多个机臂和多个第一安装件，每个所述机臂的一端部铰接在所述机身上而其另一端部固连有一个所述第一安装件；

所述旋翼组件包括多个旋翼单元，所述旋翼单元具有固连在第一安装件上的旋翼电机和与所述旋翼电机传动连接的螺旋桨；

所述行走组件包括多个行走单元，每个机臂上设置有一个所述行走单元，行走单元包括固定在第一安装件上表面的第二安装件、固定在第二安装件上的行走电机和与所述行走电机传动连接的行走轮，所述行走轮位于第二安装件的外侧。

2.根据权利要求1所述的折叠式两栖爬壁机器人，其特征在于：所述第一安装件包括上安装板和下安装板，所述上安装板和下安装板通过连接螺栓固定在机臂端部，所述旋翼电机固定在下安装板上。

3.根据权利要求2所述的折叠式两栖爬壁机器人，其特征在于：所述第二安装件包括一对通过连接杆连接固连在一起的上安装座和下安装座，所述下安装座固定在所述上安装板上，所述行走电机固定在所述上安装座上。

4.根据权利要求1所述的折叠式两栖爬壁机器人，其特征在于：还包括罩设在所述第二安装件上的第一防护罩和罩设在所述机身上的第二防护罩。

5.根据权利要求1所述的折叠式两栖爬壁机器人，其特征在于：每个所述机臂均通过连接单元与所述机身连接，所述连接单元包括固定在所述机臂的端部的第一连接架和固定在机身的第二连接架，所述第一连接架和第二连接架铰接在一起并通过限位件进行定位。

6.根据权利要求5所述的折叠式两栖爬壁机器人，其特征在于：所述第一连接架具有一对夹板，两所述夹板向前延伸出机臂；所述第二连接架的一对连接板，两所述连接板的一端部插装在两夹板内并通过铰轴连接在一起；

所述限位件水平设置两连接板上，两夹板的延伸部具有与限位件配合的第一限位槽和第二限位槽使所述机臂具有竖直状态和水平展开状态。

7.根据权利要求6所述的折叠式两栖爬壁机器人，其特征在于：两所述连接板上水平开设有一对使所述限位件水平移动的长孔，限位件的两端部设置有旋帽。

8.根据权利要求6所述的折叠式两栖爬壁机器人，其特征在于：所述第一限位槽和第二限位槽通过弧形边连接在一起。

9.根据权利要求6所述的折叠式两栖爬壁机器人，其特征在于：所述机身包括一对上下间隔设置的座体，两所述座体通过所述第二连接架固连在一起。

10.根据权利要求9所述的折叠式两栖爬壁机器人，其特征在于：所述起落架为一对且对称设置在机身的两侧，其包括倾斜设置在机身上的斜撑和固连在所述斜撑底壁的水平撑，且所述水平撑上套装有防滑套。

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