CN111204379B - 一种磁吸附式爬杆机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种磁吸附式爬杆机器人,一种磁吸附式爬杆机器人包括至少两个沿爬杆机器人行走方向布置的模块单元和连接至少两个模块单元的连接架,所述模块单元包括两个垂直于爬杆机器人行走方向布置的磁性轮,至少一个模块单元为摆动装配在连接架上的摆动模块单元,定义配置在摆动模块单元的磁性轮为摆动模块磁性轮,所述摆动模块单元包括摆动装配在连接架上的摆动模块座,摆动模块磁性轮配置在摆动模块座上,摆动模块单元相对于连接架的摆动轴线沿爬杆机器人行走方向延伸。使磁吸附式爬杆机器人可以适应凸凹不平或具有曲率的壁面的攀爬,并用于执行繁杂任务。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁吸附式爬杆机器人。
背景技术
近些年,不同用途的磁吸附式爬壁机器人大量涌现,替代了人们不少繁重的体力劳动,但是许多磁吸附式爬壁机器人动作单一,无法适应在凸凹不平或具有曲率的壁面上攀爬,导致其无法执行繁杂的任务。比如,公安干警在执行公务时时常兴师动众,随机出动不少的监控设备及相关车辆,不仅成本太高,且效果有限,特别面对嫌疑人隐蔽侦查,困难更是不少。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够适应在凸凹不平或具有曲率的壁面上攀爬执行繁杂任务的磁吸附式爬杆机器人。
本发明的一种磁吸附式爬杆机器人采用如下技术方案:
一种磁吸附式爬杆机器人包括至少两个沿爬杆机器人行走方向布置的模块单元和连接至少两个模块单元的连接架,所述模块单元包括两个垂直于爬杆机器人行走方向布置的磁性轮,至少一个模块单元为摆动装配在连接架上的摆动模块单元,定义配置在摆动模块单元的磁性轮为摆动模块磁性轮,所述摆动模块单元包括摆动装配在连接架上的摆动模块座,摆动模块磁性轮配置在摆动模块座上,摆动模块单元相对于连接架的摆动轴线沿爬杆机器人行走方向延伸。
本发明的有益效果是:摆动模块单元以连接架为连接主体,通过摆动模块座摆动装配在连接架上,使摆动模块单元可相对连接架在设计角度内任意旋转。在磁吸附式爬杆机器人攀爬凸凹不平或具有曲率的壁面时,通过摆动模块单元相对连接架的摆动自动不断修正与壁面的垂直度,使各模块单元的磁性轮始终与壁面贴合,使磁吸附式爬杆机器人可以适应凸凹不平或具有曲率的壁面的攀爬,用于执行繁杂任务。
为使磁吸附式爬杆机器人更好的适应复杂工况下壁面的攀爬,本方案中所述摆动模块磁性轮可摆动的配置在摆动模块座上,所述摆动模块磁性轮相对于摆动模块座的摆动轴线平行于爬杆机器人行走方向,从而使摆动模块磁性轮与壁面的贴合更紧密,避免磁吸附式爬杆机器人从壁面滑落。
为方便驱动磁吸附式爬杆机器人,本方案中所述摆动模块单元还包括与摆动模块磁性轮传动连接驱动摆动模块磁性轮的摆动模块电机,所述摆动模块磁性轮通过摆动模块电机摆动装配在摆动模块座上。
为避免摆动模块磁性轮摆动角度过大,难以复位,本方案中所述摆动模块座上设有用于限制摆动模块磁性轮摆动角度的限位块。
为保证磁吸附式爬杆机器人的越障能力,本方案中所述模块单元设置有至少三个,对于其中相邻的三个模块单元满足:至少两个为摆动模块单元,其中一个摆动模块单元为越障模块单元,越障模块单元的摆动模块座跨过处于中间的模块单元连接在连接架处于另一模块单元与处于中间的模块单元之间的部分上,且该越障模块单元的摆动模块座包括与连接架连接的第一部分和与第一部分铰接的第二部分,第一部分与第二部分的铰接轴线垂直于爬杆机器人行走方向。相邻的三个模块单元中在其中一个模块单元被障碍物顶起不于壁面接触时,另外两个模块单元可根据摆动适应壁面攀爬需求吸附在壁面上保持平衡,避免磁吸附式爬杆机器人在跨越障碍物时失去平衡,保证磁吸附式爬杆机器人的越障能力。
为方便越障模块单元上摆动模块座的设计加工,本方案中对于其中相邻的三个模块单元还满足:所述第一部分竖向延伸,所述第二部分具有跨过中间模块单元连接在第一部分上的水平连接段。避免在第二部分上设置拐角,简化了第一部分与第二部分的结构,方便加工,降低成本。
为保证越障模块单元适应大曲率壁面的需求,本方案中对于其中相邻的三个模块单元还满足:所述越障模块单元的摆动模块座跨过处于中间的模块单元铰接在连接架处于另一模块单元与处于中间的模块单元之间的部分上,且铰接轴线平行于爬杆机器人行走方向。
为使磁吸附式爬杆机器人更好的适应复杂工况下壁面的攀爬,本方案中所述磁性轮为弹性轮,所述弹性轮包括轮毂和设置在轮毂外表面的弹性磁性吸附层,所述弹性轮通过弹性磁性吸附层的变形与壁面贴合,从而使摆动模块磁性轮与壁面的贴合更紧密,避免磁吸附式爬杆机器人从壁面滑落。
附图说明
图1为本发明的具体实施例1的磁吸附式爬杆机器人在柱形杆体上的攀爬状态图;
图2为图1中磁吸附式爬杆机器人的结构示意图;
图3为图2中磁吸附式爬杆机器人去掉磁性轮时的结构示意图;
图4为图3另一视角的结构示意图;
图5为图2中磁吸附式爬杆机器人去掉控制模块时的结构示意图;
图6为图5中磁吸附式爬杆机器人在柱形杆体上的攀爬状态图;
图7为图6另一视角的结构示意图;
图8为图5中磁吸附式爬杆机器人在锥形杆体上的攀爬状态图;
图9为图5中磁吸附式爬杆机器人在管道内的攀爬状态图;
图10为图9另一视角的结构示意图;
图11为本发明的具体实施例2的磁吸附式爬杆机器人的结构示意图;
图12为本发明的具体实施例3的磁吸附式爬杆机器人的结构示意图;
图13为图12另一视角的结构示意图;
图14为图12中磁吸附式爬杆机器人在杆体上的攀爬状态图;
图15为图12中磁吸附式爬杆机器人在杆体上的另一种攀爬状态图。
图中:1-前方模块单元,2-后方模块单元,3-连接架,4-磁性轮,5-电机,6-摆动模块座,7-第一限位块,8-第二限位块,9-控制模块,10-弹簧,11-螺母,12-法兰轴承,13-前方模块单元,14-中间模块单元,15-后方模块单元,16-连接架,17-第二部分,18-第一部分,19-铰接轴,20-磁吸附式爬杆机器人,30-磁吸附式爬杆机器人,100-柱形杆体,101-锥形杆体,102-管道,103-杆体。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
本发明的一种磁吸附式爬杆机器人的具体实施例1,图1所示为磁吸附式爬杆机器人20攀爬在柱形杆体100的上的状态图,柱形杆体100的表面可视为壁面。如图2所示,磁吸附式爬杆机器人20包括沿爬杆机器人行走方向布置的两个模块单元,两个模块单元分别为位于爬杆机器人行走方向前方的前方模块单元1和位于爬杆机器人行走方向后方的后方模块单元2,磁吸附式爬杆机器人20还包括连接两模块单元的连接架3。
各模块单元均包括两个垂直于行走方向布置的磁性轮4和与各磁性轮4传动连接驱动相应磁性轮4的两个电机5,各磁性轮4可单独相对连接架3摆动,且相对于连接架3的摆动轴线平行于爬杆机器人行走方向。本实施例中的前方模块单元1为摆动模块单元,前方模块单元1的磁性轮4为摆动模块磁性轮,前方模块单元1的电机5为摆动模块电机。前方模块单元1还包括摆动装配在连接架3上的摆动模块座6,前方模块单元1通过摆动模块座6摆动装配在连接架3上,前方模块单元1的电机5铰接在摆动模块座6上以使电机5可相对摆动模块座6摆动,前方模块单元1的磁性轮4固定在相应电机5的动力输出轴上。后方模块单元2的电机5直接铰接在连接架3上,后方模块单元2的磁性轮4固定在相应电机5的动力输出轴上以与相应的电机5传动连接,通过电机5的摆动实现磁性轮4相对连接架3的摆动。连接架3上还固定有控制磁吸附式爬杆机器人20的控制模块9,如遥控信号接收装置、配电控制箱等,具体使用时连接架3上还可根据需要固定有执行装置,如摄像装置。
需要说明的是,如图3至图5所示,本实施例中的连接架3包括相互垂直的横向部分和纵向部分,且纵向部分为圆轴状结构,横向部分具有空腔,后方模块单元2的电机5铰接在横向部分的空腔内,摆动模块座6摆动装配在纵向部分上。具体的,连接架3的纵向部分上沿爬杆机器人行走方向间隔固定有两个法兰轴承12,摆动模块座6固定在两法兰轴承12的外表面上,连接架3的纵向部分上设有螺纹段,螺纹段上旋拧固定有两个螺母11,通过螺母11对法兰轴承12在爬杆机器人行走方向进行定位,从而在保证前方模块单元1可相对连接架3摆动的同时,保证前方模块单元1在连接架3上的定位。与连接架3的横向部分相同,本实施例中的摆动模块座6也具有空腔,前方模块单元1的电机5铰接在摆动模块座6的空腔内。
单个电机5驱动单个磁性轮4转动,可在磁吸附式爬杆机器人20需要转弯时,通过控制各个电机5的转动速度实现磁吸附式爬杆机器人20的转弯。前方模块单元1以连接架3为连接主体,通过摆动模块座6摆动装配在连接架3上,使前方模块单元1可相对连接架3在设计角度内任意旋转;在磁吸附式爬杆机器人20攀爬凸凹不平或具有曲率的壁面时,通过前方模块单元1相对连接架3的摆动自动不断修正与壁面的垂直度,使前方模块单元1和后方模块单元2的磁性轮4始终与壁面贴合,使磁吸附式爬杆机器人20可以适应凸凹不平或具有曲率的壁面的攀爬,并用于执行繁杂任务。另外,各磁性轮4均可相对连接架3摆动,从而使磁性轮4与壁面的贴合更紧密,避免磁吸附式爬杆机器人20从壁面滑落;同时也可实现前后两对轮的相对摆动,自动适应前后轮不同的运行轨迹。
为避免摆动模块磁性轮摆动角度过大,难以复位,本实施例中在摆动模块座6和连接架3上均设有用于限制磁性轮4摆动角度的限位块,本实施例中的限位块包括设置在电机5下方以限制磁性轮4向下摆动角度的第一限位块7和设置在电机5上方以限制磁性轮4向上摆动角度的第二限位块8,且前方模块单元1和后方模块单元2的第一限位块7、第二限位块8分别设置在摆动模块座6的空腔、连接架3的空腔内。
本实施例中的磁吸附式爬杆机器人20通过与各磁性轮对应的电机驱动。在其他实施例中,磁吸附式爬杆机器人上也可不设置电机,各磁性轮对应装配在连接架或摆动模块座上,此时可使用前置驱动小车带动磁吸附式爬杆机器人行走;磁吸附式爬杆机器人上也可仅设置一个或一组驱动电机,用于驱动后方模块单元或前方模块单元的磁性轮转动,通过其中一个模块单元上磁性轮的转动带动另一模块单元上磁性轮的转动,设置一个电机时,一个电机驱动一对磁性轮转动,此时适用于磁吸附式爬杆机器人不转向的场合,当然,也可以在磁吸附式爬杆机器人上增加转向传动***,使用一个电机对磁吸附式爬杆机器人进行驱动;设置一组电机时,一个电机对应一个磁性轮,通过控制电机的转速控制磁吸附式爬杆机器人的转向。
在其他实施例中,前方模块单元和后方模块单元可均为摆动模块单元,此时连接架为圆轴,前方模块单元和后方模块单元均通过摆动模块座摆动装配在连接架上;摆动模块单元也可不包括摆动模块座,而将摆动模块单元的两个电机的电机壳体直接固定连接,并通过电机壳体摆动装配在连接架上,此时各磁性轮无法单独相对连接架摆动,磁性轮与壁面之间的贴合可能不够紧密,可适用于磁吸附式爬杆机器人载重较轻的场合;摆动模块座或连接架上也可不设置限位块,而在电机上设置与摆动模块座或连接架挡止配合以限制磁性轮摆动角度的限位块。
本实施例中的磁吸附式爬杆机器人20用于在杆体上攀爬,杆体的表面为具有一定曲率的凸形壁面,磁性轮的摆动方向为朝向壁面的方向。在其他实施例中,如图9和图10所示,可在磁吸附式爬杆机器人20的连接架3上固定管道检测装置,磁吸附式爬杆机器人20在管道102内攀爬并对管道102内部各处进行检测,管道102的壁面为凹形壁面,此时,磁性轮4的摆动方向为背向壁面的方向。在其他实施例中,磁吸附式爬杆机器人还可用于在凸凹不平的杆体或者墙壁壁面上攀爬,执行繁琐的任务。
本发明的磁吸附式爬杆机器人20的具体使用方式为:以本发明的磁吸附式爬杆机器人20为平台,搭载监控相机为执行机构,将磁吸附式爬杆机器人20放在地面上,通过遥控使磁吸附式爬杆机器人20向某一灯杆方向驶去,到达目标自动向上攀爬,到达高度,遥控旋转,使相机对着目标开始拍摄,图像信息通过网络,送达办公室或相关人员手机上。磁吸附式爬杆机器人20的执行机构可根据科技发展,逐步跟上,如执行机构可为人脸识别,自动跟踪,异常报警等机构。磁吸附式爬杆机器人20既可适应图6和图7中柱形杆体100的攀爬,也可适应图8中锥形杆体101的攀爬。
本发明的一种磁吸附式爬杆机器人的具体实施例2,与本发明的磁吸附式爬杆机器人的具体实施例1的区别仅在于:如图11所示,本实施例中前方模块单元的摆动模块座6上具有设置在电机5下方以限制磁性轮4向下摆动角度的第一限位块7和设置在电机5上方的弹簧10,弹簧10的两端分别与摆动模块座6和电机5连接,通过弹簧10的弹力限制磁性轮4向上的摆动角度。磁性轮4仍固定在电机5的动力输出轴上,电机5与摆动模块座6铰接。需要说明的是,与前方模块单元相同,连接架上具有设置在后方模块单元的电机下方以限制磁性轮向下摆动角度的第一限位块和设置在电机上方的弹簧,弹簧的两端分别与连接架和后方模块单元的电机连接,通过弹簧的弹力限制后方模块单元的磁性轮向上的摆动角度。
本发明的一种磁吸附式爬杆机器人的具体实施例3,与本发明的磁吸附式爬杆机器人的具体实施例1的区别仅在于:如图12和图13所示,本实施例中磁吸附式爬杆机器人30包括三个模块单元,分别为前方模块单元13、中间模块单元14和后方模块单元15,其中前方模块单元13和后方模块单元15均为摆动模块单元,且后方模块单元15为越障模块单元。越障模块单元的摆动模块座包括铰接在连接架16上的第一部分18和与第一部分18铰接的第二部分17,具体的第一部分18铰接在连接架16的处于前方模块单元13与中间模块单元14之间的部分上,连接架16上固定有第一部分18,第二部分17跨过中间模块单元14与第一部分18通过铰接轴19铰接,越障模块单元通过摆动模块座摆动装配在连接架上。中间模块单元14的电机铰接在连接架16上,中间模块单元14的磁性轮固定在对应电机的动力输出轴上。如图14和图15为本实施例中磁吸附式爬杆机器人30在杆体103上的攀爬状态图。
磁吸附式爬杆机器人30包括三个模块单元,在磁吸附式爬杆机器人30攀爬过程遇到障碍时,前方模块单元13的磁性轮先接触障碍物,由于前方的模块单元13摆动装配在连接架16上,因此,在磁吸附式爬杆机器人30继续攀爬时,前方的模块单元13被障碍物顶起,此时磁吸附式爬杆机器人30则依靠后方模块单元15和中间模块单元14的磁性轮在壁面上的吸附作用保持平衡;在磁吸附式爬杆机器人30继续攀爬过程中,中间模块单元14被障碍物顶起,磁吸附式爬杆机器人30则依靠前方模块单元13和后方模块单元15的磁性轮在壁面上的吸附作用保持平衡;之后后方模块单元15被障碍物顶起,磁吸附式爬杆机器人30则依靠前方模块单元13和中间模块单元14的磁性轮在壁面上的吸附作用保持平衡,避免磁吸附式爬杆机器人30在跨越障碍物时失去平衡,保证磁吸附式爬杆机器人30的越障能力。
在本实施例中模块单元设有三个,在其他实施例中,模块单元也可设置四个以上,至少两个为摆动模块单元,其中至少一个摆动模块单元为越障模块单元。在本实施例中越障模块单元的摆动模块座的第一部分与连接架铰接;在其他实施例中,越障模块单元的摆动模块座的第一部分与连接架也可通过焊接或铆接固定,此时后方模块单元仅可沿垂直于爬杆机器人行走方向摆动。在本实施例中,第二部分跨过中间模块单元与第一部分铰接;在其他实施例中,第一部分也可跨过中间模块单元与第二部分铰接。在本实施例中,前方模块单元为摆动模块单元,后方模块单元为越障模块单元,中间模块单元的电机直接铰接在连接架上;在其他实施例中,中间模块单元也可为包括摆动模块座的摆动模块单元,中间模块单元通过摆动模块座摆动装配在连接架上。
本发明的一种磁吸附式爬杆机器人的具体实施例4,与本发明的磁吸附式爬杆机器人的具体实施例1的区别仅在于:本实施例中前方模块单元的电机固定在摆动模块座上、后方模块单元的电机固定在连接架上,各模块单元上的电机均无法单独相对连接架摆动,各磁性轮均为弹性轮。本实施例中的弹性轮的具体结构为现有技术,具体可参考授权公告号为CN103009373B的文件中公开的磁性驱动轮单元,弹性轮包括通过电机驱动的轮毂和设置在轮毂外表面的弹性磁性吸附层,弹性磁性吸附层包括弹片和固定在弹片上的磁铁,弹片沿轮毂轴向延伸且悬伸至轮毂轴向外侧,悬伸部分向轮毂的径向外侧弯曲,根据不同曲率的壁面,弹片可以有不同的变形,使弹性轮与壁面贴合,避免磁吸附式爬杆机器人在攀爬过程滑落。具体的弹片可仅有一侧悬伸至轮毂轴向外侧,也可两侧均悬伸出轮毂轴向外侧。
Claims (6)
1.一种磁吸附式爬杆机器人,其特征是,包括至少两个沿爬杆机器人行走方向布置的模块单元和连接至少两个模块单元的连接架,连接架为刚性架,各模块单元均包括两个垂直于行走方向布置的磁性轮和与各磁性轮传动连接驱动相应磁性轮的两个电机,至少一个模块单元为摆动装配在连接架上的摆动模块单元,定义配置在摆动模块单元的磁性轮为摆动模块磁性轮,所述摆动模块单元包括摆动装配在连接架上的摆动模块座,摆动模块磁性轮配置在摆动模块座上,摆动模块单元相对于连接架的摆动轴线沿爬杆机器人行走方向延伸,摆动模块单元的电机铰接在摆动座上,其他模块单元的电机直接铰接在连接架上,且所有电机的铰接轴相对于连接架的摆动轴线平行于爬杆机器人行走方向,使得磁吸附爬杆机器人可适应杆体的盘旋攀爬。
2.根据权利要求1所述的磁吸附式爬杆机器人,其特征是,所述摆动模块座上设有用于限制摆动模块磁性轮摆动角度的限位块。
3.根据权利要求1所述的磁吸附式爬杆机器人,其特征是,所述模块单元设置有至少三个,对于其中相邻的三个模块单元满足:至少两个为摆动模块单元,其中一个摆动模块单元为越障模块单元,越障模块单元的摆动模块座跨过处于中间的模块单元连接在连接架处于另一模块单元与处于中间的模块单元之间的部分上,且该越障模块单元的摆动模块座包括与连接架连接的第一部分和与第一部分铰接的第二部分,第一部分与第二部分的铰接轴线垂直于爬杆机器人行走方向。
4.根据权利要求3所述的磁吸附式爬杆机器人,其特征是,对于其中相邻的三个模块单元还满足:所述第一部分竖向延伸,所述第二部分具有跨过中间模块单元连接在第一部分上的水平连接段。
5.根据权利要求3所述的磁吸附式爬杆机器人,其特征是,对于其中相邻的三个模块单元还满足:所述越障模块单元的摆动模块座跨过处于中间的模块单元铰接在连接架处于另一模块单元与处于中间的模块单元之间的部分上,且铰接轴线平行于爬杆机器人行走方向。
6.根据权利要求1所述的磁吸附式爬杆机器人,其特征是,所述磁性轮为弹性轮,所述弹性轮包括轮毂和设置在轮毂外表面的弹性磁性吸附层,所述弹性轮通过弹性磁性吸附层的变形与杆面贴合。
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