CN108528555A - 爬壁机器人无源真空吸附行走导向和调距装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种爬壁机器人无源真空吸附行走导向和调距装置，其本体包括四套导向机构（两套前端导向机构和两套后端导向机构）和两套调距机构，每套导向机构包括两个导向空套链轮、两个导向链轮轴和一个U型导向架，每套调距机构包括一个异型调距螺栓、一个调距螺母，一个调距块和四个紧固螺钉，本发明在不增加大链轮直径保证结构紧凑的前提下，轻松解决履带式爬壁机器人吸附和行走的过程中吸盘和墙壁干涉的问题，从而保证爬壁机器人无源真空吸附行走的连续性和可靠性，并解决爬壁机器人履带式吸盘链条工作一段时间后变松的问题，配合该装置，爬壁机器人可自由在光滑的壁面（玻璃、瓷砖、铝塑板）上平稳、连续和可靠的行走。

Description

爬壁机器人无源真空吸附行走导向和调距装置
技术领域
本发明属于爬壁机器人领域，特别涉及一种爬壁机器人无源真空吸附行走导向和调距装置。
背景技术
近年来，我国城市面貌发生了翻天覆地的变化,高层建筑拔地而起,但发展的同时也带来了如高空擦洗玻璃、高空消防急救、高空建筑施工等难题。爬壁机器人作为一种能在垂直外壁进行移动作业的机器人移动平台，可搭载多种工具执行多种任务，对其进行深入的研究具有重要的实用价值和应用前景！
爬壁机器人必须具备两种功能：壁面吸附和行走功能。但现有技术中，爬壁机器人吸附装置的吸附方式主要有有源真空吸附，磁吸附和静电吸附几种，但三种方式都有其不足之处：（1）有源真空吸附方式常常借助于真空泵、真空发生器或者风机等真空动力源提供吸附动力把车体吸附在墙面上，不但产生很大的噪音，还会造成装置的复杂；（2）磁吸附机器人是借助电磁力把机器人吸附在墙体上，但磁吸附方式只适用于导磁性壁面,只能在导磁金属壁面上作业，具有很大的局限性；（3）静电吸附一般吸附力很小，很难真正作一些民用和军用的工作。另外，吸附装置是为机器人提供吸附力，使其可靠的吸附在壁面上的，而机器人需要移动工作时，吸附力成为其主要的运动阻力，故爬壁机器人的吸附能力和行走能力是相互矛盾的。因此本发明团队朱志强等申报了“爬壁机器人无源真空吸附和行走装置”专利（专利号：201210120028X），该专利能有效弥补以上三种吸附方式的不足，并解决爬壁机器人吸附和行走的问题，但该专利设计的爬壁机器人无源真空吸附行走装置没有配套的的导向装置，爬壁机器人无源真空真空吸盘在吸附的过程中有真空吸盘有可能和墙壁干涉，很可能造成吸附的失败，爬壁机器人也就不能正常的爬壁，且该专利设计的爬壁机器人无源真空吸附行走装置也没有配套的调距装置，其履带式吸盘的链条工作一段时间后会变松而脱链，影响机器人正常的吸附爬壁。
发明内容
本发明的目的在于针对“爬壁机器人无源真空吸附和行走装置”专利（专利号：201210120028X）现有技术的不足，提供爬壁机器人无源真空吸附行走导向和调距装置，在不增加大链轮直径保证结构紧凑的基础上解决履带式爬壁机器人吸附和行走的过程中吸盘和墙壁干涉的问题，从而保证爬壁机器人无源真空吸附行走的连续性和可靠性，并解决爬壁机器人履带式吸盘链条工作一段时间后变松的问题。配合该装置，无需真空动力源（真空泵、真空发生器或者风机等），爬壁机器人便可自由在光滑的壁面（玻璃、瓷砖、铝塑板）上自由行走，且吸附力大、安全可靠，当机器人各吸盘在贴近墙壁时，吸附力自动产生，吸盘将要离开墙壁时，吸附力自动解除，进而保证爬壁机器人运动的平稳和连续。
本发明的技术方案是：爬壁机器人无源真空吸附行走导向和调距装置，其本体包括四套导向机构（两套前端导向机构和两套后端导向机构）和两套调距机构，每套导向机构包括两个导向空套链轮、两个导向链轮轴和一个U型导向架，每套调距机构包括一个异型调距螺栓、一个调距螺母，一个调距块和四个紧固螺钉。
其特征在于:所述的调距装置的每个调距块通过四个紧固螺钉紧固在机器人框架支撑板上，异型调距螺栓的光杆段和调距块中间孔成间隙配合，异型调距螺栓异型端和调距块滑槽一成间隙配合，异型调距螺栓异型端中间孔通过轴承空套在爬壁机器人的主链轮轴上，异型调距螺栓在调距块中间孔和调距块滑槽一的导向下可沿调距块中间孔的轴线方向自由移动。所述的导向装置的每个导向空套链轮空套在各自的导向链轮轴上，导向空套链轮可在导向链轮轴上自由转动，八个导向链轮轴通过螺纹联接分别固定在U型导向架的两侧臂上，U型导向架的的侧臂一为悬臂，两套前端导向机构U型导向架的侧臂二中间有一通孔，该孔经轴承空套在爬壁机器人的前主链轮轴上，主链轮轴穿过调距块的U型通孔，可在U型通孔内自由移动，两套前端导向机构U型导向架的侧臂二同时由调距块滑槽二导向。通过调节两套调距机构的两个调距螺母，爬壁机器人的前主链轮轴、两个前端大链轮和两套前端导向机构便会一起前后移动，既能很轻松的改变链条的松紧，又能保证前端大连轮和前端空套导向链轮之间的距离恒定，后端两套导向机构U型导向架的侧臂二通过螺栓固定在机器人框架支撑板上。
本发明的有益效果是：本发明在不增加大链轮直径保证结构紧凑的前提下，轻松解决履带式爬壁机器人吸附和行走的过程中吸盘和墙壁干涉的问题，从而保证爬壁机器人无源真空吸附行走的连续性和可靠性，并解决爬壁机器人履带式吸盘链条工作一段时间后变松的问题，配合该装置，爬壁机器人可自由在光滑的壁面（玻璃、瓷砖、铝塑板）上平稳、连续和可靠的行走。
附图说明
图1是吸附行走装置立体图；
图2是具有导向和调距装置的爬壁机器人三维总装图；
图3是具有导向和调距装置的爬壁机器人主视图；
图4是具有导向和调距装置的爬壁机器人俯视图；
图5是前端导向机构三维图；
图6是前端导向机构主视图；
图7是后端导向机构三维图；
图8是后端导向机构主视图；
图9是U型导向架；
图10是调距块三维剖开图；
图11是调距块主视剖面图；
图12是调距块俯视图；
图13是调距块左视图；
图14是调距块右视图；
图15是异型调距螺栓主视图；
图16是异型调距螺栓左视图；
图17是机器人框架支撑板；
图18是无导向和调距装置的爬壁机器人吸盘干涉示意图；
图19是具有导向和调距装置的爬壁机器人解决吸盘干涉示意图。
其中，
1. 后端导向机构，2. 导向链轮轴，3. 导向空套链轮，4. 吸盘，5. 机器人框架支撑板，6. 调距机构，7. 异型调距螺栓，8. 前主链轮轴，9. 前端导向机构，10. 前端大链轮，11. 链条，12. 吸盘拨杆，13. 后端大链轮， 14. 爬壁机器人无源真空吸附和行走装置，15. 螺栓，16. 调距螺母，17. 侧臂一，18. 侧臂二，19. 轴承，20. 通孔，21.螺母，22. 紧固螺钉，23. 调距块滑槽二，24. 调距块滑槽一，25. U型通孔，26. 调距块中间孔，27. 调距块，28. 异型调距螺栓光杆段，29. 异型调距螺栓异型端，30. 调距螺栓异型端中间孔，31.紧定螺钉孔，32.螺栓孔，33.轴承孔，34.光滑墙壁，35. 吸盘运动轨迹线，36. 支撑板U型通孔，37. U型导向架。
具体实施方式
如图18，没有空套导向链轮3导向时吸盘4在爬壁机器人14前进过程中绕前端大链轮10转动，在吸盘4即将接触光滑墙壁34时由于前端大链轮10直径较小（大链轮10不易采用过大的直径，或者会造成整个机构的庞大），吸盘4边缘会与光滑墙壁34干涉。如果这时爬壁机器人14继续前进，与光滑墙壁34干涉的吸盘4会将爬壁机器人14顶起，造成原先与地面紧密吸附吸盘4的吸盘拨杆12失效，此时爬壁机器人14将会脱离墙面，无法可靠和连续的吸附和行走。如图19，当按图所示位置安装空套导向链轮3后，吸盘4在直线运动过程中运动规律不变，但在绕前端大链轮10中心回转过程中，原先的运动规律变为先直线运动后绕半径不同的圆弧转动，并且在吸盘4靠近光滑墙壁34时，吸盘运动轨迹半径变得足够大，极大程度地增加了转动半径，从而将干涉减小到由链条的自身变形可以将其消除的程度，此时，原先紧密吸附的吸盘4不会失效，在不增加前端大链轮10直径的前提下（仅靠增加前端大链轮10直径来避免吸盘4和墙壁34的干涉，需要增加大链轮10直径至少6倍以上，这是不现实的），保证了爬壁机器人14可靠和连续的吸附和行走。如图1-图8，吸盘4随链条11运动过程中，分别作大链轮10上、下切线直线运动和绕前、后空套导向链轮3的回转运动，在绕前、后空套导向链轮3的回转过程中，吸盘4的吸盘拨杆12经过两个导向链轮轴2的中间空虚，而不被链轮轴2干涉，如果两个导向链轮轴2用一根链轮轴代替，吸盘拨杆12在绕导向链轮轴2回转过程中会被链轮轴2干涉，易引起链条11及吸盘4的震动，造成爬壁机器人14吸附和行走的不稳定。如图1-图17，所述的调距装置6的每个调距块27紧固在机器人框架支撑板5上，异型调距螺栓7在调距块中间孔26和调距块滑槽一24的导向下可沿调距块中间孔26的轴线方向自由移动。所述的导向装置的每个导向空套链轮3空套在各自的导向链轮轴2上，导向空套链轮3可在导向链轮轴2上自由转动，两套前端导向机构9的侧臂二18中间的通孔20空套在爬壁机器人14的前主链轮轴8上，前主链轮轴8穿过调距块的U型通孔25，可在U型通孔25内自由移动，两套前端导向机构9的侧臂二18同时由调距块滑槽二23导向。通过调节两套调距机构6的两个调距螺母16，爬壁机器人的前主链轮轴8、两个前端大链轮10和两套前端导向机构9便会一起前后移动，既能很轻松的改变链条的松紧，又能保证前端大连轮10和前端空套导向链轮3之间的距离恒定，后端两套导向机构1的侧臂二18通过螺栓固定在机器人框架支撑板5上。爬壁机器人14前进时主要靠前端导向机构9导向而避免和光滑墙壁34干涉的，后退时主要靠后端导向机构1导向而避免和光滑墙壁34干涉的，前主链轮轴8同时穿过机器人框架支撑板5的U型通孔36和调距块27的U型通孔25。

Claims (3)

1.一种爬壁机器人无源真空吸附行走导向和调距装置，其本体包括两套前端导向机构（9）、两套后端导向机构（1）和两套调距机构（6），每套导向机构包括两个导向空套链轮（9）、两个导向链轮轴（2）和一个U型导向架（37），每套调距机构（6）包括一个异型调距螺栓（7）、一个调距螺母（16），一个调距块（27）和四个紧固螺钉（22）。
2.根据权利要求1所述的调距装置（6）的每个调距块（27）通过四个紧固螺钉（22）紧固在机器人框架支撑板（5）上，异型调距螺栓（7）的光杆段（28）和调距块中间孔（26）成间隙配合，异型调距螺栓异型端（29）和调距块滑槽一（24）成间隙配合，异型调距螺栓异型端中间孔（30）通过轴承空套在爬壁机器人的前主链轮轴（8）上，异型调距螺栓（7）在调距块中间孔（26）和调距块滑槽一（24）的导向下可沿调距块中间孔（26）的轴线方向自由移动。
3.根据权利要求1所述的导向装置的每个导向空套链轮（3）空套在各自的导向链轮轴（2）上，导向空套链轮（3）可在导向链轮轴（2）上自由转动，八个导向链轮轴（2）通过螺纹联接分别固定在后端导向机构（1）和前端导向机构（9）的两侧臂上，导向机构的的侧臂一（17）为悬臂，两套前端导向机构（9）的侧臂二（18）中间有一通孔（20），该孔经轴承（19）空套在爬壁机器人（14）的前主链轮轴（8）上，前主链轮轴（8）穿过调距块的U型通孔（25），可在U型通孔（25）内自由移动，两套前端导向机构（9）的侧臂二（18）同时由调距块滑槽二（23）导向，通过调节两套调距机构（6）的两个调距螺母（16），爬壁机器人的前主链轮轴（8）、两个前端大链轮（10）和两套前端导向机构（9）便会一起前后移动，后端两套导向机构（1）的侧臂二（18）通过螺栓固定在机器人框架支撑板（5）上。
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