CN112274072B - 基于攀爬机器人的攀爬方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于攀爬机器人的攀爬方法，属于履带式爬壁机器人技术领域。其中，攀爬机器人包括：机器人本体，安装在机器人本体下方的横向支撑装置，安装在横向支撑装置两侧的行走装置，其中，行走装置与横向支撑装置为弹性连接；本发明，通过横向支撑装置使行走装置与半框式玻璃幕墙的两个竖边抵接能够为机器人本体提供足够的支撑力，通过行走装置能够带动机器人本体在半框式玻璃幕墙的两个竖边之间进行上下运动，能够根据需要更换不同功能的机器人本体在玻璃幕墙上进行工作。

Description

基于攀爬机器人的攀爬方法

本专利为分案申请，原申请的信息如下，名称：一种用于半框式玻璃幕墙的攀爬机器人及使用方法，申请号：2019104545128，申请日：2019-05-29。

技术领域

本发明涉及履带式爬壁机器人技术领域，具体是基于攀爬机器人的攀爬方法。

背景技术

将玻璃幕墙安装在建筑墙体外是现代化高层建筑的显著特征，而为了玻璃幕墙的美观和安全通常在全隐框玻璃幕墙的竖边加上一条压板，形成竖边半隐框式玻璃幕墙。

在竖边半隐框式玻璃幕墙上由于横边隐藏在玻璃幕墙内，所以现有使用吸盘在玻璃幕墙上进行攀爬的机器人容易没有阻挡的掉落到底面上，容易造成人员伤亡和财产损失。

而且现有使用吸盘在玻璃幕墙上进行攀爬的机器人的支撑力小，只可进行玻璃幕墙的清洁工作，尤其是在玻璃幕墙上的灰尘过多时，吸盘的吸附力降低对机器人的支撑力更小，而高空气流大吸盘容易松动更容易发生事故，所以需要提供一种能够为在半框式玻璃幕墙上作业提供足够支撑力的攀爬机器人。

发明内容

发明目的：基于攀爬机器人的攀爬方法，以解决现有技术存在的上述问题。

技术方案：基于攀爬机器人的攀爬方法包括：机器人本体，安装在机器人本体下方的横向支撑装置，安装在横向支撑装置两侧的行走装置，其中，行走装置与横向支撑装置为弹性连接；

所述横向支撑装置包括：与机器人本体固定连接的机架，每两个为一组对称安装在机架上的直线运动机构，以及安装在同一侧的直线运动机构上，并在直线运动机构上做直线运动移动板，其中，直线运动机构至少有两组；

所述行走装置包括：安装在移动板上的弹性组件，安装在弹性组件末端的垂直组件，以及安装在垂直组件下方的三角履带轮；

其中，弹性组件的运动方向与直线运动机构的运动方向一致，垂直组件的下表面与移动板的侧面垂直；

所述直线运动机构由具有保压能力的气缸或具有自锁能力的滚珠丝杠机构组成，能够通过气缸的保压能力和滚珠丝杠的自锁能力使攀爬机器人即使在发生断电等意外情况时也能够支撑在玻璃幕墙上；

所述弹性组件为具有抗侧压能力的气弹簧或弹性缓冲器，能够通过气弹簧或弹性缓冲器的弹性变形为攀爬机器人提供足够的支撑力，而且由于气弹簧或弹性缓冲器具有抗侧压能力所以能够避免因为攀爬机器人的重力而发生弯曲，提高使用寿命和安全性；

S1：将清洁机器人的机器人本体固定在机架的顶板上，然后将机器人本体放置在待清洁的玻璃幕墙的两个竖边之间，然后通过直线运动机构调节三角履带轮的间距，直至使三角履带轮与竖边抵接并使弹性组件发生弹性形变为止，然后启动三角履带轮使清洁机器人在两个竖边之间上下移动，通过清洁机器人在对玻璃幕墙进行清洁；

S2：将消防机器人的机器人本体安装在两个机架的顶板上，通过消防机器人对玻璃幕墙内发生火灾的房间进行消防救援作业。

在进一步的实施例中，所述垂直组件包括：横板和垂直安装在横板中间位置的竖板，所述三角履带轮安装在横板的下方，其中，所述横板的下表面与移动板侧面垂直，所述三角履带轮的工作面与横板的下表面垂直，通过垂直组件使三角履带轮的工作面与移动板的侧面垂直，能够使三角履带轮的工作面与玻璃幕墙的竖边平行，在攀爬机器人工作时使三角履带轮的工作面抵接，为机器人本体提供足够的支撑力；

所述三角履带轮关于机器人本体的中心线对称，同一侧的三角履带轮的工作面在同一平面，三角履带对称安装在机器人本体的两侧，使机器人本体受力均匀，提高机器人本体的稳定性，同一侧的三角履带轮的工作面处于同一平面，能够保证同一侧的三角履带轮平稳的抵接在竖边上，提高机器人本体的稳定性。

在进一步的实施例中，所述移动板的两端还设有导向组件；所述导向组件包括：与移动板两端铰链连接的导向架，固定在导向架端部的导向轮，以及一端固定在导向架的中间位置，另一端固定在移动板顶端的弹簧，其中，所述导向轮中心轴线到移动板的距离大于三角履带轮工作面到移动板的距离，所述弹簧的伸缩行程大于弹性组件的伸缩行程，通过导向组件的弹簧能够在遇到曲面造型竖边的弯曲部分时，使导向轮始终与压板抵接，使攀爬机器人即使在具有曲面造型竖边的玻璃幕墙上也能够得到足够的支撑力。

在进一步的实施例中，所述三角履带轮的表面设有表面摩擦力大的吸盘或橡胶材料，通过在三角履带轮的表面设有表面摩擦力大的吸盘或橡胶材料能够避免三角履带轮在工作时与竖边发生滑动摩擦，降低了发生事故的几率。

在进一步的实施例中，所述机架，包括：可拆卸安装在机器人本体底端的顶板，顶板的下方中间位置可拆卸安装有两个平行的中间板，顶板的下方两侧位置可拆卸安装有两个平行的侧板；其中，两个中间板之间设有预定间距，每组直线运动机构可拆卸安装在两个中间板相对的一侧，所述侧板与同一侧的直线运动机构滑动连接，通过可拆卸安装能够方便根据需要更换功能不同的机器人本体的维护和更换，以及方便对横向支撑装置和行走装置的维护和更换，通过中间板能够实现直线运动机构的固定，通过在两个中间板之间留出预定距离能够根据需要增加两个中间板的间距缩短直线运动机构的长度，减少生产成本，通过侧板与直线运动机构的滑动连接能够保证直线运动机构的平稳运行。

在进一步的实施例中，可以根据机器人本体所需支撑力大小的不同在机器人本体的下方安装多个横向支撑装置和行走装置，通过通过增加横向支撑装置和行走装置为不同种类的机器人提供足够的支撑力，保证机器人的工作正常。

有益效果：本发明公开了一种用于半框式玻璃幕墙的攀爬机器人及使用方法，通过横向支撑装置和垂直组件能够使行走装置与竖边抵接将机器人本体支撑在玻璃幕墙的两个竖边之间，为机器人本体提供了足够的支撑力，即使在断电后，通过弹性组件依然能够保证三角履带轮与竖边之间具有足够的压力，为机器人本体提供足够的支撑力，通过三角履带轮能够实现攀爬机器人在两个竖边之间进行上下运动。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的实施例示意图。

图3是本发明的弹簧缓冲器的结构示意图。

图1至图3所示附图标记为：机器人本体1、横向支撑装置2、行走装置3、导向组件4、机架21、直线运动机构22、移动板23、弹性组件31、垂直组件32、三角履带轮33、导向架41、弹簧42、第三伺服电机43、导向轮44、顶板211、中间板212、侧板213、连接板214、第一伺服电机221、竖板321、横板322、第二伺服电机331。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为方便展示攀爬机器人的内部结构，所以将图1中的顶板211以半剖视图展示。

本实施例为一种用于半框式玻璃幕墙的攀爬机器人对半框式玻璃幕墙进行清洁工作的应用。

在本实施例中所使用的直线运动机构22为滚珠丝杠机构，所使用的弹性组件31为弹性缓冲器。

所以本实施例中的横向支撑装置2包括：滚珠丝杠机构，位于滚珠丝杠机构两侧的光轴，在光轴上做直线运动的直线轴承，固定在螺杆顶端第一锥齿轮、与第一锥齿轮啮合的第二锥齿轮、穿过第二锥齿轮并与第二锥齿轮键连接的主轴以及输出端与主轴端部通过联轴器连接的第一伺服电机221，其中，滚珠丝杠机构的型号为BGFVP1505-L400，第一锥齿轮和第二锥齿轮的型号为GB/T12369-1990，联轴器的型号为JB/T9148-1999，第一伺服电机221的型号为1FL5060-0AC21。

移动板23，移动板23的上开有两个与直线运动中滚珠丝杠机构的螺杆同心并不与螺杆接触的通孔，关于通孔中心对称有两个与直线轴承相配合的光孔，在通孔周围还开有若干用于安装滚珠丝杠机构的丝杆螺母的螺纹孔，移动板23的两端设有铰接部。

本实施例中采用型号为HT3-630×150的弹性缓冲器作为弹性组件31，该型号的弹性缓冲器结构如图3所示，弹性缓冲器上的导向杆能够使弹簧42不发生偏移，在弹性缓冲器的两端受到压力时弹簧42发生弹性形变，弹簧42反向给弹性缓冲器的两端施加支撑力，同一型号的弹性缓冲器保证发生弹性变形时产生相同的支撑力，并使三角履带轮33的工作面处于同一平面内。

垂直组件32，由一个竖板321和一个横板322组装而成，所述竖板321的底端开有螺纹孔，横板322的中间位置开有与竖板321底端的螺纹孔对应的沉头孔，通过螺钉穿过横板322的沉头孔与竖板321的螺纹孔螺接，使竖板321垂直安装在横板322的中间位置，所述竖板321和横板322的材质为具有高强度和高硬度的2014号铝合金板，且在竖板321和横板322的表面不影响工作强度的位置开有若干通孔降低竖板321和横板322的重量。

三角履带轮33，由橡胶履带，安装在橡胶履带内的三角支架，安装在三角支架三角处的驱动轮、支撑轮和涨紧轮，以及输出端与驱动轮固定连接的第二伺服电机331，其中，第二伺服电机331的型号为1FL5060-0AC21，驱动轮、支撑轮和涨紧轮与橡胶履带抵接，对橡胶履带进行支撑，涨紧轮可以调节在三角支架上的位置，通过调节涨紧轮的位置能够避免橡胶履带与驱动轮和支撑轮打滑，增加安全系数，降低发生故障的几率。

机架21包括：顶板211，安装在顶板211中间位置的两个中间板212，安装在顶板211两侧的两个侧板213以及三个安装在两个中间板212之间的连接板214。

顶板211，顶板211上开有若干沉头孔和螺纹孔，顶板211的材质为具有高强度和高硬度的2014号铝合金板。

中间板212，中间板212的顶端开有螺纹孔，中间板212的两端开有能够被滚珠丝杠机构的螺杆穿过的通孔，关于通孔的中心对称开有两个与光轴配合的光孔，中间板212上还开有沉头孔；中间板212的材质为具有高强度和高硬度的2014号铝合金板。

侧板213，侧板213的顶端开有螺纹孔，侧板213的两端开有能够与滚珠丝杠机构的螺杆滑动连接的通孔，能够不影响螺杆的转动；侧板213的材质为具有高强度和高硬度的2014号铝合金板。

连接板214，连接板214的中间位置开有一个与主轴滑动连接的通孔，在连接板214与中间板212连接的面上开有与中间板212上的沉头孔相配合的螺纹孔，连接板214的材质为具有高强度和高硬度的2014号铝合金板。

导向组件4共有四个，导向组件4包括：导向架41、导向轮44、弹簧42以及第三伺服电机43。

导向架41，导向架41的一端设有与移动板23铰接部相配合的铰链机构，另一端开有凹槽并倒有圆角，凹槽上开有能够使第三伺服电机43的输出端通过的通孔，通孔周围开有用于安装第三伺服电机43的螺纹孔，导向架41的材质为具有高强度和高硬度的2014号铝合金板。

导向轮44，导向轮44与第三伺服电机43的输出端固定连接，导向轮44由表面摩擦力较大的橡胶材质包裹。

弹簧42，弹簧42的一端与导向架41的中间位置固定连接，另一端与移动板23固定连接，使导向架41与移动板23弹性连接，弹簧42的伸缩行程比弹性缓冲器的伸缩行程要长。

第三伺服电机43，第三伺服电机43安装在导向架41的端部，型号为1FL5060-0AC21。

装配过程：首先将第一伺服电机221安装在一个连接板214上，然后将主轴通过联轴器与第一伺服电机221固定连接，然后将一个第二锥齿轮固定在主轴接近第一伺服电机221的一端，然后将两个连接板214穿过主轴，然后将另一个第二锥齿轮固定在主轴的端部，至此完成主轴的装配；然后将滚珠丝杠机构的螺杆的一端穿过中间板212，然后将第一锥齿轮安装在螺杆穿出中间板212一端的端部，然后使用螺钉将中间板212安装在连接板214的两侧，并使第一锥齿轮与第二锥齿轮啮合，然后使用光轴夹将光轴安装在中间板212上；然后将三角履带轮33和安装在垂直组件32的横板322的下方，至此完成行走装置3的装配；然后使用螺钉和销轴将丝杆螺母、直线轴承、垂直组件32和导向组件4依次安装在移动板23上，然后将移动板23安装在螺杆和光轴上，然后将侧板213安装在螺杆和光轴上，然后使用螺钉将顶板211安装在中间板212和侧板213的上方，然后将清洁机器人安装在顶板211的上方，至此完成装配。

工作原理：首先将导向组件4和三角履带轮33放在玻璃幕墙的两个竖边之间，然后通过第一伺服电机221带动横向支撑装置2使三角履带轮33和导向机构分别与竖边抵接，并使弹性缓冲器和弹簧42产生弹性形变；然后启动清洁机器人本体1，使清洁机器人对玻璃幕墙进行清洁工作，然后启动第二伺服电机331和第三伺服电机43通过三角履带轮33和导向轮44在玻璃幕墙的两个竖边之间移动，达到对玻璃幕墙的各个位置进行清洁的目的。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.基于攀爬机器人的攀爬方法，其特征在于，包括：用于幕墙攀爬的攀爬机器人，该攀爬机器人包括机器人本体（1），安装在机器人本体（1）下方的横向支撑装置（2），安装在横向支撑装置（2）两侧的行走装置（3），其中，行走装置（3）与横向支撑装置（2）为弹性连接；

所述横向支撑装置（2）包括：与机器人本体（1）固定连接的机架（21），每两个为一组对称安装在机架（21）上的直线运动机构（22），以及安装在同一侧的直线运动机构（22）上，并在直线运动机构（22）上做直线运动的移动板（23），其中，直线运动机构（22）至少有两组；

所述行走装置（3）包括：安装在移动板（23）上的弹性组件（31），安装在弹性组件（31）末端的垂直组件（32），以及安装在垂直组件（32）下方的三角履带轮（33）；

其中，弹性组件（31）的运动方向与直线运动机构（22）的运动方向一致，垂直组件（32）的下表面与移动板（23）的侧面垂直；

其中，所述直线运动机构（22）由具有保压能力的气缸或具有自锁能力的滚珠丝杠机构组成；

所述弹性组件（31）为具有抗侧压能力的气弹簧或弹性缓冲器；

基于攀爬机器人的攀爬方法包括S1：将清洁机器人的机器人本体（1）固定在机架（21）的顶板（211）上，然后将机器人本体（1）放置在待清洁的玻璃幕墙的两个竖边之间，然后通过直线运动机构（22）调节三角履带轮（33）的间距，直至使三角履带轮（33）与竖边抵接并使弹性组件（31）发生弹性形变为止，然后启动三角履带轮（33）使清洁机器人在两个竖边之间上下移动，通过清洁机器人在对玻璃幕墙进行清洁；

S2：将消防机器人的机器人本体（1）安装在两个机架（21）的顶板（211）上，当攀爬机器人携带消防机器人到达距离需要救援房间的预定位置后，通过消防机器人对玻璃幕墙内发生火灾的房间进行消防救援工作。

2.根据权利要求1所述的基于攀爬机器人的攀爬方法，其特征在于：

所述垂直组件（32）包括：横板（322）和垂直安装在横板（322）中间位置的竖板（321），所述三角履带轮（33）安装在横板（322）的下方，其中，所述横板（322）的下表面与移动板（23）侧面垂直，所述三角履带轮（33）的工作面与横板（322）的下表面垂直；

所述三角履带轮（33）关于机器人本体（1）的中心线对称，同一侧的三角履带轮（33）的工作面在同一平面。

3.根据权利要求2所述的基于攀爬机器人的攀爬方法，其特征在于：所述移动板（23）的两端还设有导向组件（4）；所述导向组件（4）包括：与移动板（23）两端铰链连接的导向架，固定在导向架端部的导向轮（44），以及一端固定在导向架的中间位置，另一端固定在移动板（23）顶端的弹簧（42），其中，所述导向轮（44）的中心轴线到移动板（23）的距离大于三角履带轮（33）工作面到移动板（23）的距离，所述弹簧（42）的伸缩行程大于弹性组件（31）的伸缩行程。

4.根据权利要求2所述的基于攀爬机器人的攀爬方法，其特征在于：所述三角履带轮（33）的表面设有表面摩擦力大的吸盘或橡胶材料。

5.根据权利要求1所述的基于攀爬机器人的攀爬方法，其特征在于：所述机架（21），包括：可拆卸安装在机器人本体（1）底端的顶板（211），顶板（211）的下方中间位置可拆卸安装有两个平行的中间板（212），顶板（211）的下方两侧位置可拆卸安装有两个平行的侧板（213）；

其中，两个中间板（212）之间设有预定间距，每组直线运动机构（22）可拆卸安装在两个中间板（212）相对的一侧，所述侧板（213）与同一侧的直线运动机构（22）滑动连接。

6.根据权利要求5所述的基于攀爬机器人的攀爬方法，其特征在于：可以根据机器人本体（1）所需支撑力大小的不同在机器人本体（1）的下方安装多个横向支撑装置（2）和行走装置（3）。

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