CN103448826A - 一种两足式爬壁机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种两足式爬壁机器人，涉及爬壁机器人技术领域。该机器人有一机架、安装在机架上的吸附爬行装置、转向装置以及控制单元；所述的吸附爬行装置包括两个对称安装在机架上的曲柄摇杆机构以及用于驱动曲柄摇杆机构运动的驱动装置，摇杆的一端与机架连接，另一端通过连杆与曲柄连接，曲柄与机架连接，摇杆上安装有支脚盘，支脚盘上安装有吸盘组，以及给吸盘组抽真空的微型真空泵Ⅰ；转向装置包括安装在机架上的转向吸盘，给转向吸盘提供动力的动力装置以及给转向吸盘抽真空的微型真空泵Ⅱ；机架上安装有防倾斜的辅助支架，辅助支架安装有辅助轮。优点：可以在垂直面上运动，结构简单，移动平稳。
Description
技术领域
本发明涉及爬壁机器人技术领域，具体是一种两足式爬壁机器人。
背景技术
爬壁机器人是一种能在垂直面上运动的装置，它一般具有两个基本功能：吸附功能和移动功能。吸附功能通常有三种方法实现：真空吸附、磁吸附和推力吸附。移动功能通常由三种方法实现：足式移动、轮式移动和履带式移动。其中，轮式和履带式具有移动的速度快、运动平稳等特点，但跨越障碍能力差。足式移动的虽移动的较慢，但跨越障碍能力强、适应性较好。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明提供一种两足式爬壁机器人，可以在垂直面上运动，结构简单，移动平稳，越障碍能力强。
本发明是以如下技术方案实现的：一种两足式爬壁机器人，包括机架、安装在机架上的吸附爬行装置和转向装置，以及用于控制吸附爬行装置和转向装置运动与停止的控制单元；
所述的吸附爬行装置包括两个对称安装在机架上由曲柄、连杆、摇杆构成的曲柄摇杆机构以及用于驱动曲柄摇杆机构运动的驱动装置，摇杆的一端与机架连接，另一端通过连杆与曲柄连接，曲柄与机架连接，摇杆上安装有支脚盘，支脚盘上安装有吸盘组，以及给吸盘组抽真空的微型真空泵Ⅰ；
所述的转向装置包括安装在机架上的转向吸盘，给转向吸盘提供动力的伸缩气缸以及给转向吸盘抽真空的微型真空泵Ⅱ；
机架上安装有防倾斜的辅助支架，辅助支架的一端和机架之间装有旋转弹簧，辅助支架的另一端安装有辅助轮。
本发明的有益效果是：可以在垂直面上运动，结构简单，移动平稳，越障碍能力强。
附图说明
下面结合附图及实施例对发明作进一步说明。
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明底部结构示意图。
图中：1、支脚盘，2、曲柄摇杆机构，2-1、摇杆，2-2、连杆，2-3、曲柄，3、机架，4、轴承，5、支架，6、转向电机，7、伸缩气缸，8、主动齿轮，9、电机，10、从动齿轮，11、辅助支架，12、辅助轮，13、微型真空泵Ⅰ，14、转向吸盘，15、微型真空泵Ⅱ，16、吸盘组。
具体实施方式
如图1和图2所示，一种两足式爬壁机器人有一机架3、安装在机架3上的吸附爬行装置和转向装置，以及用于控制吸附爬行装置和转向装置运动与停止的控制单元。
所述的吸附爬行装置包括两个对称安装在机架上由曲柄2-3、连杆2-2、摇杆2-1构成的曲柄摇杆机构以及用于驱动曲柄摇杆机构运动的驱动装置，摇杆2-1的一端与机架上3连接，另一端通过连杆2-2与曲柄2-3连接，曲柄2-3与机架上3连接，摇杆2-1上安装有支脚盘1，支脚盘1上安装有吸盘组16，以及给吸盘组16抽真空的微型真空泵Ⅰ13。
所述的转向装置包括安装在机架3上的转向吸盘14，给转向吸盘提供动力的伸缩气缸以及给转向吸盘抽真空的微型真空泵Ⅱ15。
机架上安装有防倾斜的辅助支架11，辅助支架的一端和机架之间装有旋转弹簧，旋转弹簧使辅助支架11与机架3之间铰连接保持弹性连接，辅助支架的另一端安装有辅助轮12，起到辅助支撑，稳定重心作用；辅助支架11和辅助轮12与机架3之间弹性连接还可起到不影响机架3本体快速、简单越障的作用。
所述的驱动装置包括安装在机架3上的电机9，安装在电机输出端的主动齿轮8以及安装在曲柄2-3上的与主动齿轮8相啮合的从动齿轮10；该从动齿轮10与曲柄2-3装在同一轴上同步转动；驱动装置共两组对称安装在机架3上；两个驱动电机分别通过齿轮传动驱动两个曲柄摇杆机构运动；两个曲柄摇杆机构交替吸附、运动，从而带动装置本体前进或后退。
所述的动力装置包括转向电机6和伸缩气缸7，在机架3上装有支架5，转向电机6固定在支架5上，伸缩气缸7的缸体固定在转向电机6的输出端，伸缩气缸7的活塞杆上安装有转向吸盘14；其中，伸缩气缸7在转向电机6的作用下，伸缩气缸7会做旋转运动；伸缩气缸活塞杆上装有转向吸盘，转向吸盘可随活塞杆做升降运动，在微型真空泵Ⅰ13的作用下,转向吸盘可完成松盘与吸附任务。
在机架3上安装有轴承4，摇杆2-1安装在轴承4上且沿着轴承转动；把曲柄摇杆与机架相连，这样保证了摇杆运动的连贯性。轴承4的作用是有利于曲柄摇杆运动的连贯性、减小摩擦、提高工作效率。
在曲柄2-3和连杆2-2的连接处及连杆2-2固定有支脚盘1，微型真空泵Ⅱ15安装在支脚盘1的支脚上，在支脚盘的脚盘上分别安装了三个相同规格的吸盘构成吸盘组16。微型真空泵Ⅱ15可控制吸盘中的负压，从而控制吸盘组的松盘与吸附。
由于驱动装置是对称安装在机架上的，现将其分成左右侧来阐述本发明的工作过程：
工作时，由于左侧的曲柄摇杆机构上的微型真空泵Ⅰ工作，其上的吸盘组处在真空吸盘的状态，吸附在工作面上，左侧安装支脚盘的连杆起到曲柄摇杆机构中机架的作用，在电机的作用下，本体的机架发生位移，当左侧的曲柄摇杆运动到最大远程时，本体机架就运动到最大步距离处，此刻，左侧电机停止工作。其次，右侧曲柄摇杆上的吸盘组离开工作面，在电机的作用下，右侧的曲柄摇杆带动其上的支脚盘向前移动，当右侧的曲柄摇杆运动到最大远程时，其上的支脚盘就运动到最大步距离处，随后右侧电机停止工作，此时右侧吸盘组在其微型真空泵Ⅰ的作用下吸附在工作面上。然后，左侧的曲柄摇杆上的吸盘组在其微型真空泵Ⅰ的作用下离开工作面，右侧安装支脚盘的连杆起到曲柄摇杆机构中机架的作用，在电机的作用下，本体的机架发生位移，当右侧的曲柄摇杆运动到最大远程时，本体机架就运动到最大步距离处，此刻，右侧电机停止工作，左侧的曲柄摇杆在电机的作用下运动到最大远程时，随后左侧电机停止工作，其支脚盘到达最大步距处，其吸盘组在微型真空泵Ⅰ的作用下，吸附在工作面上。当左侧的吸盘组做吸附支点时，左侧的曲柄摇杆机构做提升或降低机身运动，右侧的曲柄摇杆机构传送其上的吸盘组向前或向后运动。当右侧的吸盘组作吸附支点时，两侧的曲柄摇杆机构运动任务相反。为了防止重心后倾致使工作面受损，在机架后方安装了辅助支架，辅助支架上安装有辅助轮，如此，两侧曲柄摇杆机构上的吸盘组交替吸附就可以实现整个装置的直线运动。
当机构需要转向时，如果是逆时针转向，左侧电机带动左侧曲柄摇杆机构向下运动，左侧支脚盘上的吸盘组在到达下方最大步距处，在左侧微型真空泵Ⅰ的作用下吸附在工作面上，右侧曲柄摇杆在右侧电机的作用下,右侧支脚盘上的吸盘组到达上方最大步距处，在右侧微型真空泵Ⅰ的作用下吸附在工作面上。如果是顺时针转向,两侧电机分别带动各自的曲柄摇机构执行的运动任务与上文逆时针转向时所做的任务相反。如此，左侧曲柄摇杆机构上的吸盘组与右侧曲柄摇杆机构上的吸盘组交替吸附就可以实现整个机构的变向运动。此机构还具备另一种转向方式，此方式快速便捷、准确定向，定点转向，在紧急时刻运用此转向方式更加合适不过。转向电机固定在支架上，伸缩气缸固连在转向电机的旋转轴上，在伸缩气缸的缸体上装有微型真空泵Ⅱ，转向吸盘与伸缩气缸的活塞杆连接。当机构需逆时针转向时，首先，伸缩气缸工作把固定在顶杆端面上的转向吸盘通过顶杆推到工作面上，然后微型真空泵Ⅱ工作，使转向吸盘内产生负压，实现转向吸盘吸附在工作面上的功效。待转向吸盘吸稳后，转向电机开始工作，通过旋转轴带动伸缩气缸逆时针旋转，由于转向吸盘通过强大的负压已固定在工作面上，在转向电机工作的情况下，转向吸盘固定不动，机架做旋转运动，从而实现转向的功效。当机构需顺时针转向时，转向电机的运动方式与逆时针转向时的运动方式相反，其它运动步骤与逆时针转向所需的步骤相同。这样两组曲柄摇杆机构上的吸盘组交替吸附，运动，以及结合转向装置的转向运动，从而实现机器人本体的在垂直工作面上的前进、后退和转向运动。
当机构遇到障碍时，控制单元先控制使左侧吸盘组与右侧吸盘组同时吸附在工作面上。接下来，伸缩气缸开始工作，通过伸缩气缸上的活塞杆把转向吸盘推到工作面上，然后，转向吸盘在微型真空泵Ⅱ的作用下吸附在工作面上，待转向吸盘稳定后,两侧吸盘组松盘；然后伸缩气缸继续提升机架高度直至两侧吸盘组的高度超过障碍物，停止提升；接下来两侧电机带动两侧曲柄摇杆机构开始工作，带动两侧吸盘组向前移动越过障碍物；然后伸缩气缸工作使两侧吸盘组下降靠在工作面上；在两侧微型真空泵Ⅰ的作用下，两侧吸盘组越过障碍物后重新吸附到工作面上；然后转向吸盘松盘，伸缩气缸工作，使松盘的转向吸盘回到原位；爬壁机器人的两足越过一定高度障碍物后，爬壁机器人就可以继续前进。
在上述的基础之上，可将两侧吸盘组更换更大型号的或更小型号的高效吸盘来实现不同工作负载机器人实现各种不同的工作任务，这样大大加强了机器人的可靠性、安全性、灵活性和适应性，提高工作效率。
Claims (4)
1.一种两足式爬壁机器人，包括机架（3）、安装在机架（3）上的吸附爬行装置和转向装置，以及用于控制吸附爬行装置和转向装置运动与停止的控制单元；其特征在于：
所述的吸附爬行装置包括两个对称安装在机架上由曲柄（2-3）、连杆（2-2）、摇杆（2-1）构成的曲柄摇杆机构以及用于驱动曲柄摇杆机构运动的驱动装置，摇杆（2-1）的一端连接在机架（3）上，另一端通过连杆（2-2）与曲柄（2-3）连接，曲柄（2-3）与机架（3）连接，摇杆（2-1）上安装有支脚盘（1），支脚盘（1）上安装有吸盘组（16），以及给吸盘组（16）抽真空的微型真空泵Ⅰ（13）；
所述的转动装置包括安装在机架（3）上的转向吸盘（14），给转向吸盘提供动力的伸缩气缸以及给转向吸盘抽真空的微型真空泵Ⅱ（15）；
机架上安装有防倾斜的辅助支架（11），辅助支架的一端和机架之间装有旋转弹簧，辅助支架的另一端安装有辅助轮（12）。
2.如权利要求上1所述的一种两足式爬壁机器人，其特征在于：所述的驱动装置包括安装在机架（3）上的电机（9），安装在电机输出端的主动齿轮（8）以及安装在曲柄（2-3）上的与主动齿轮（8）相啮合的从动齿轮（10）。
3.如权利要求上1或2所述的一种两足式爬壁机器人，其特征在于：所述的动力装置包括转向电机（6）和伸缩气缸（7），在机架（3）上设有支架（5），转向电机（6）固定在支架（5）上，伸缩气缸（7）的缸体固定在转向电机6的输出端，伸缩气缸7的活塞杆上安装有转向吸盘（14）。
4.如权利要求上1所述的一种两足式爬壁机器人，其特征在于：在曲柄（2-3）和连杆（2-2）的连接处及连杆（2-2）固定有支脚盘（1），微型真空泵Ⅱ（15）安装在支脚盘（1）上。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20171116 Address after: 224200 Jiangsu Yancheng City Dongtai city new area research and development center C Patentee after: Robot technology Dongtai Co.,Ltd. Address before: 221000 Jiangsu city of Xuzhou Province in the nine district, Xiang Wang Road No. 1 Patentee before: XUZHOU College OF INDUSTRIAL TECHNOLOGY |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160427 |