一种爬壁机器人 |
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| 申请号 | CN201710803212.7 | 申请日 | 2017-09-08 | 公开(公告)号 | CN107512323A | 公开(公告)日 | 2017-12-26 |
| 申请人 | 重庆大学; | 发明人 | 于今; 潘荣照; 朱光辉; 曹竹; 刘友贤; 牟家旺; 余伟; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种爬壁 机器人 ，包括 电机 、外 框架 、内框架，以及能在XY平面内运动的并联移动机构和能在Z方向做抬腿运动的腿部机构，所述内框架通过并联移动机构安装在所述外框架内，且外框架和内框架底部各安装有四条能 吸附 于墙面的所述腿部机构；所述外框架的四个端 角 处各安装有一个所述电机；所述并联移动机构包括安装板、Y向滑移机构、X向滑移机构、 轴承 座总成、齿形皮带和滚轮；所述轴承座总成包括 同步带 轮，所述齿形皮带绕过全部滚轮和同步带轮正好围成“工”字型闭合回路。设计精巧、控制简单，能在壁面灵活行走，且爬行稳定可靠；此外，能搭载不同功能设备完成清洗、油漆、勘察等工作，其负载和越障能 力 显著。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种爬壁机器人，其特征在于：包括电机(1)、外框架(2)、内框架(3)，以及能在XY平面内运动的并联移动机构(4)和能在Z方向做抬腿运动的腿部机构(5)，所述内框架(3)通过并联移动机构(4)安装在所述外框架(2)内，且外框架(2)和内框架(3)底部各安装有四条能吸附于墙面的所述腿部机构(5)。 |
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| 说明书全文 | 一种爬壁机器人技术领域[0001] 本发明涉及一种爬壁机器人。 背景技术[0003] 一直以来，大多都是由人工来完成高层建筑外立面的清洗工作，其工作效率低、耗时久，且简单的搭乘吊篮或腰系绳索等安全措施可靠性并不乐观，存在极大的安全隐患。 发明内容[0004] 本发明旨在提供一种能在竖直壁面等危险环境移动和作业，且爬行稳定可靠、移动灵活、控制简单，负载和越障能力显著的爬壁机器人。 [0005] 为此，本发明所采用的技术方案为：一种爬壁机器人，包括电机、外框架、内框架，以及能在XY平面内运动的并联移动机构和能在Z方向做抬腿运动的腿部机构，所述内框架通过并联移动机构安装在所述外框架内，且外框架和内框架底部各安装有四条能吸附于墙面的所述腿部机构。 [0006] 进一步地，所述并联移动机构包括安装板、Y向滑移机构、X向滑移机构、轴承座总成、齿形皮带和滚轮；所述安装板通过Y向滑移机构能前后移动的安装在外框架内，所述内框架通过X向滑移机构能左右移动的安装在安装板底部；所述轴承座总成包括轴承座、滚动轴承和同步带轮，所述轴承座安装在外框架端角处，所述同步带轮由所述电机驱动；所述滚轮设置为四个，在安装板上呈矩形布置，所述齿形皮带绕过全部滚轮和同步带轮正好围成“工”字型闭合回路。 [0007] 进一步地，所述腿部机构包括大腿、小腿、吸盘组和泵装置，所述大腿和小腿之间通过一个伸缩气缸和两个平行布置的肌腱连接，能完成弯曲和Z方向抬腿动作，所述伸缩气缸一端连接在大腿上，另一端连接在小腿上，所述肌腱为连接板，肌腱的一端铰接在大腿上，另一端铰接在小腿上，两个肌腱之间通过拉伸弹簧连接；所述吸盘组安装于小腿底部，所述泵装置用于吸盘组抽真空和充气。 [0008] 进一步地，所述吸盘组包括吸盘固定座、吸盘安装板、快插接头和吸盘，所述吸盘安装板通过所述吸盘固定座安装在小腿底部；所述吸盘设置为三个并成三角形均布，每个吸盘通过所述的快插接头安装于所述吸盘安装板上，所述泵装置和每个吸盘之间通过气管连通。 [0010] 进一步地，所述真空压力开关左、右侧各设置有一个进口，底部设置有一个出口，出口每次只与其中一个进口连通；每个所述吸盘组设置有两个真空压力开关，前两个吸盘并联后接入第一个真空压力开关，最后一个吸盘与第一个真空压力开关的出口并联后接入第二个真空压力开关，第二个真空压力开关出口连接压力传感器。 [0011] 进一步地，所述Y向滑移机构包括Y向平动导杆、第一滑移组件，所述Y向平动导杆设置为两根，两根Y向平动导杆左右分开设置在外框架上，安装板的左右两侧各自通过第一滑移组件安装在对应侧的Y向平动导杆上，并能在Y向平动导杆上滑动；所述X向滑移机构包括X向平动导杆、第二滑移组件，所述X向平动导杆设置为两根，两根X向水平导杆前后分开安装在安装板上，内框架的前后端各自通过第二滑移组件安装在对应端的X向平动导杆上，并能在X向平动导杆上滑动。 [0012] 更进一步地，所述Y向平动导杆前端和后端分别通过导向轴支座固定安装在对应侧的轴承座上；所述X向平动导杆的两端则通过导向轴T型支座安装在安装板上。 [0013] 在上述方案的基础上，所述内框架包括内框架型板、压铸角连接件，所述内框架上的腿部机构通过压铸角连接件固定在所述的内框架型板上；所述外框架包括外框型材架，所述电机通过电机安装板安装在所述外框型材架上；所述轴承座总成通过垫块安装在外框架上。 [0015] 图1是本发明轴测图。 [0016] 图2是本发明主视图。 [0017] 图3是本发明外框架的轴测图。 [0018] 图4是本发明内框架的轴测图。 [0019] 图5是本发明腿部机构的轴测图。 [0020] 图6是本发明轴承座总成的轴测图。 [0021] 图7、8是本发明并联移动机构的轴测图。 [0022] 图中：1-电机，2-外框架，3-内框架，4-并联移动机构，5-腿部机构，41-安装板，42-轴承座总成，43-齿形皮带，44-滚轮，a1-轴承座，a2-滚动轴承，a3-同步带轮，51-大腿，52-小腿，53-吸盘组，54-伸缩气缸，55-肌腱，56-拉伸弹簧，b1-吸盘固定座，b2-吸盘安装板，b3-快插接头，b4-吸盘，6-Y向平动导杆，7-第一滑移组件，8-X向平动导杆，9-第二滑移组件，c-导向轴支座，d-导向轴T型支座，31-内框架型板，32-压铸角连接件，21-外框型材架，11-电机安装板，e-垫块。 具体实施方式[0023] 以下将参照附图中所示的本发明的具体实施例对以上概述进行更具体的说明。 [0024] 如图1和图2所示的爬壁机器人，主要由电机1、外框架2、内框架3，以及能在XY平面内运动的并联移动机构4和能在Z方向做抬腿运动的腿部机构5组成，电机1主要为爬壁机器人提供动力，在本实施例最少设置有一个电机1，也可以是多个，内框架3通过并联移动机构4安装在外框架2内，且外框架2和内框架3底部各安装有四条能吸附于墙面的腿部机构5。在本实施例中外框架2还能搭载相应功能的设备。最好是，如图3、图4所示，内框架3包括内框架型板31、压铸角连接件32，内框架3上的腿部机构5通过压铸角连接件32固定在的内框架型板31上；外框架2包括外框型材架21，外框型材架21具有较好的负载能力，各种功能设备都可以安装在外框型材架21上，完成不同类型的作业，且电机1通过电机安装板11安装在外框型材架21上；以上均能使爬壁机器人获得更好的安装使用性能。 [0025] 如图1、图3、图6、图7、图8所示，上述实施例中的并联移动机构4包括安装板41、Y向滑移机构、X向滑移机构、轴承座总成42、齿形皮带43和滚轮44；安装板41通过Y向滑移机构能前后移动的安装在外框架2内，内框架3通过X向滑移机构能左右移动的安装在安装板41底部；轴承座总成42包括轴承座a1、滚动轴承a2和同步带轮a3，轴承座a1安装在外框架2端角处，在本实施例中电机1可以是也安装在外框架2端角处，与轴承座总成42对应，同步带轮a3由电机1驱动；滚轮44设置为四个，在安装板41上呈矩形布置，齿形皮带43绕过全部滚轮44和同步带轮a3正好围成“工”字型闭合回路。另外，实施例中齿形皮带43的两个端头一般可以通过皮带连接块连接。最好是，轴承座总成42通过垫块e安装在外框架2上。 [0026] 本实施例中的Y向滑移机构包括Y向平动导杆6、第一滑移组件7，Y向平动导杆6设置为两根，两根Y向平动导杆6左右分开设置在外框架2上，安装板41的左右两侧各自通过第一滑移组件7安装在对应侧的Y向平动导杆6上，并能在Y向平动导杆6上滑动；X向滑移机构包括X向平动导杆8、第二滑移组件9，X向平动导杆8设置为两根，两根X向水平导杆8前后分开安装在安装板41上，内框架3的前后端各自通过第二滑移组件9安装在对应端的X向平动导杆8上，并能在X向平动导杆8上滑动。作为优选，Y向平动导杆6前端和后端分别通过导向轴支座c固定安装在对应侧的轴承座a1上；X向平动导杆8的两端则通过导向轴T型支座d安装在安装板41上。 [0027] 如图5所示，更好的，腿部机构5包括大腿51、小腿52、吸盘组53和泵装置，大腿51和小腿52之间通过一个伸缩气缸54和两个平行布置的肌腱55连接，能完成弯曲和Z方向抬腿动作，伸缩气缸54一端连接在大腿51上，另一端连接在小腿52上，肌腱55为连接板，肌腱55的一端铰接在大腿51上，另一端铰接在小腿52上，两个肌腱55之间通过拉伸弹簧56连接，这样使得大腿51与小腿52之间配合紧凑、运动连贯，稳定性和可靠性得到保障；吸盘组53安装于小腿52底部，泵装置用于吸盘组53抽真空和充气。 [0028] 作为上述实施例的优选，吸盘组53包括吸盘固定座b1、吸盘安装板b2、快插接头b3和吸盘b4，吸盘安装板b2通过吸盘固定座b1安装在小腿52底部；吸盘b4设置为三个并成三角形均布，每个吸盘b4通过的快插接头b3安装于吸盘安装板b2上，泵装置和每个吸盘b4之间通过气管连通，以此完成吸盘b4抽真空或者充气工作，使腿部机构5能吸附于壁面上，本实施方式在日常生活中较为常用，此处不再进行赘述。 [0029] 此外，吸盘组53还包括真空安全阀、真空压力开关、压力传感器，真空安全阀设置在气管上用于保证每个吸盘b4独立工作，真空压力开关一端连接吸盘b4，另一端与压力传感器连接。作为优选，真空压力开关左、右侧各设置有一个进口，底部设置有一个出口，出口每次只与其中一个进口连通；每个吸盘组53设置有两个真空压力开关，前两个吸盘b4并联后接入第一个真空压力开关，最后一个吸盘b4与第一个真空压力开关的出口并联后接入第二个真空压力开关，第二个真空压力开关出口连接压力传感器。以上结构保证每个吸盘组53的三个吸盘b4相互之间的真空不受影响，在吸盘组53的三个吸盘b4中只要有一个吸盘b4在工作就能保证整个系统正常工作。 [0030] 本实施例提供的爬壁机器人在壁面工作的过程中，采用腿式和框架式组合的运动方式,机动性能优越于轮式运动；其中，腿部机构5能往复收缩抬腿，使外框架2和内框架3交接实现抬腿的动作；并在并联移动机构4的作用下实现步态化的移动，从而在壁面移动工作，且外框架2上搭载的功能设备，对壁面实施相应的工作。 |
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