爬壁機器人的製作方法

2023-06-15 07:58:33

本發明涉及機器人技術領域，特別是涉及一種爬壁機器人。

背景技術：

基於高空作業效率低、安全係數低且成本較高的前提下，爬壁機器人廣受各行業的青睞。隨著社會發展水平的不斷提高和工作環境的日益複雜，人們對爬壁機器人功能的要求也在不斷增加。目前爬壁機器人主要從事於檢測、壁面清洗、救援等工作，作為高空極限作業的一種自動化裝備，具有廣闊的應用前景。

隨著經濟的不斷發展，各類建築物的造型不在局限於傳統的方型或其它規則形狀，一般地，傳統的爬壁機器人只能適用在平面上行走。

技術實現要素：

基於此，有必要提供一種具有曲面自適用能力的爬壁機器人。

一種爬壁機器人，包括：

框架，包括框本體和相對安裝在所述框本體端部上的兩個連接體；

攀附機構，安裝在所述框本體上，用於使所述機器人攀附在工作面上；

自適應機構，安裝在兩所述接體上，所述自適應機構包括安裝在所述連接體的中部並始終與工作面接觸且能在所述框本體和所述工作面之間往復滑動的支撐組件，設置在所述連接體上且關於所述支撐組件對稱的兩驅動輪，以及連接所述支撐組件和所述驅動輪的連杆滑塊機構；

其中，當所述支撐組件滑動時，所述滑塊連杆機構帶動所述兩驅動輪與工作面接觸。

在其中一個實施例中，所述連杆滑塊機構包括滑動銷軸、彈性件、連杆和搖杆，所述滑動銷軸與所述連接體中部開設的滑槽配合，所述支撐組件與所述滑動銷軸連接，所述彈性件連接在所述滑動銷軸和所述框本體之間，所述連杆的一端與所述滑動銷軸鉸接，所述連杆的另一端與所述搖杆的一端鉸接，所述搖杆的另一端通過鉸接軸與所述連接體的端部鉸接，所述驅動輪與所述鉸接軸連接。

在其中一個實施例中，所述彈性件為復位彈簧。

在其中一個實施例中，所述框架上還設置有越障機構，所述越障機構包括安裝在所述框本體上第一越障輪和第二越障輪，所述第一越障輪和第二越障輪分別位於同一所述自適應機構的兩所述驅動輪之間，所述第一越障輪和第二越障輪的中心到所述框本體的距離均小於所述驅動輪的中心到所述框本體的距離。

在其中一個實施例中，所述第一越障輪和第二越障輪沿其周向均開設有用於增強摩擦的防滑齒。

在其中一個實施例中，所述框本體包括平行設置的兩橫梁，垂直連接在所述兩橫梁之間的兩縱梁，以及安裝在兩所述橫梁的中部並與所述縱梁平行且向同一方向凸出的兩凸杆；

所述連接體包括V字型安裝杆、和連接在所述V字型安裝杆端部和所述橫梁端部之間的立柱，所述V字型安裝杆的中部與所述橫梁的中部固定連接。

在其中一個實施例中，所述攀附機構包括設置在所述框本體上的螺旋槳、和驅動所述螺旋槳轉動的驅動電機，所述螺旋槳的旋轉平面與所述框本體所在的平面平行。

在其中一個實施例中，所述框本體上還設置有用於保護所述螺旋槳的保護圈。

在其中一個實施例中，所述支撐組件包括支撐杆和萬向輪，所述支撐杆的一端與所述連杆滑塊機構連接，所述支撐杆的另一端與所述萬向輪連接。

在其中一個實施例中，所述驅動輪和所述萬向輪上均安裝有可變形的橡膠輪套。

本發明提供的爬壁機器人，由於安裝了自適應機構，當工作面為曲面時，支撐組件與工作面保持接觸，在連杆滑塊機構的作用下，進一步帶動驅動輪與工作面同樣保持接觸，驅動輪不會處於懸空狀態，最終使得驅動輪和支撐組件對機器人共同形成支撐作用，確保機器人在各種不同的工作面上均具備穩定的攀附和運行能力。

附圖說明

圖1為機器人的立體結構示意圖；

圖2為機器人在平面上運動的側視結構示意圖；

圖3為機器人在曲面上運動的側視結構示意圖；

圖4為機器人跨越障礙物的原理示意圖。

具體實施方式

為了便於理解本發明，下面將參照相關附圖對本發明進行更全面的描述。附圖中給出了本發明的較佳實施方式。但是，本發明可以以許多不同的形式來實現，並不限於本文所描述的實施方式。相反地，提供這些實施方式的目的是使對本發明的公開內容理解的更加透徹全面。

需要說明的是，當元件被稱為「固定於」另一個元件，它可以直接在另一個元件上或者也可以存在居中的元件。當一個元件被認為是「連接」另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件或者可能同時存在居中元件。本文所使用的術語「內」、「外」、「左」、「右」以及類似的表述只是為了說明的目的，並不表示是唯一的實施方式。

同時參閱圖1和圖2，一種爬壁機器人000，包括框架100、攀附機構200和自適應機構300。框架100包括框本體110和兩個連接體120，兩個連接體120相對的固定安裝在框本體110的兩個端部上。當然，連接體120連接的數量也可以大於兩個。攀附機構200安裝在框本體110上與連接體120相對的一側上，攀附機構200用於使機器人000附著在工作面500上。自適應機構300安裝在兩連接體120上，自適應機構300包括支撐組件310、兩驅動輪330和連杆滑塊機構320。支撐組件310安裝在連接體120的中部，支撐組件310始終與工作面500接觸、並且能在框本體110和工作面500之間往復滑動，兩驅動輪330關於支撐組件310對稱的設置在連接體120上，兩驅動輪330採用差速驅動的方式，依靠兩驅動輪330之間的速度差以實現機器人000的轉向。連杆滑塊機構320則連接在支撐組件310和驅動輪330之間。其中，當支撐組件310滑動時，連杆滑塊機構320帶動兩驅動輪330與工作面500接觸。

參閱圖1，具體的，框本體110為矩形結構，框本體110包括兩橫梁111、兩縱梁112和兩凸杆113，兩橫梁111平行設置，兩縱梁112分別與橫梁111連接，橫梁111與縱梁112之間相互垂直。兩凸杆113則分別安裝在兩橫梁111的中部，凸杆113與縱梁112平行，並且向同一方向凸出。

參閱圖1，連接體120包括V字型安裝杆121和立柱122，V字型安裝杆121的中部與橫梁111的中部固定連接，V字型安裝杆121的端部與橫梁111的端部基本平齊，立柱122則連接在V字型安裝杆121端部和橫梁111端部之間，立柱122可以與V字型安裝杆121一體成型，立柱122用於增強V字型安裝杆121與橫梁111之間連接的穩定性。

參閱圖2和圖3，連杆滑塊機構320包括滑動銷軸321、彈性件322、連杆323和搖杆324。V字型安裝杆121的中部沿豎直方向開設有滑槽121a，滑動銷軸321則與該滑槽121a相配合，滑動銷軸321可以在滑槽121a中上下往復滑動，彈性件322的一端與滑動銷軸321連接，彈性件322的另一端則與框本體110上橫梁111的中部連接，連杆323的一端與滑動銷軸321鉸接，連杆323的另一端與搖杆324的一端鉸接，搖杆324的另一端通過鉸接軸325與V字型安裝杆121的端部鉸接，驅動輪330則與鉸接軸325固定連接，當滑動銷軸321向框本體110方向(即向上)滑動時，連杆323將帶動搖杆324向上(逆時針)擺動，搖杆324與V字型安裝杆121之間的夾角變小，搖杆324帶動兩驅動輪330繞鉸接軸325逆時針擺動。

彈性件322為復位彈簧，復位彈簧為圓柱壓縮彈簧或錐形壓縮彈簧，當滑動銷軸321向上運動時，復位彈簧產生壓縮，滑動銷軸321可以在復位彈簧彈力的作用下沿滑槽121a向下運動(即復位)。

攀附機構200包括螺旋槳210和驅動電機，驅動電機安裝在橫梁111的中部，驅動電機的輸出軸與螺旋槳210連接，驅動電機驅動螺旋槳210轉動，螺旋槳210的旋轉平面與框本體110所在的平面平行。當螺旋槳210正轉時，螺旋槳210向背離工作面500的方向排出空氣，空氣對螺旋槳210產生的反作用力則傳導至框架100，框架100將反作用力通過驅動輪330和支撐組件310進一步傳導至工作面500，從而使整個機器人000附著在工作面500上。當螺旋槳210正轉速度增大時，空氣對螺旋槳210產生的反作用力增大，機器人000的附著力增強；相反，當螺旋槳210正轉速度減小時，空氣對螺旋槳210產生的反作用力減小，機器人000的附著力減弱。

參閱圖1，框本體110上還設置有保護圈220，保護圈220與橫梁111的兩端部連接，螺旋槳210轉軸所在的直線剛好穿過保護圈220的中心，使得螺旋槳210旋轉所在的圓面被保護圈220包圍，保護圈220可以有效避免外界幹擾物與轉動的螺旋槳210之間的碰撞，確保螺旋槳210正常運轉而產生足夠的推力，使整個機器人000穩定可靠的附著在工作面500上，防止脫落而損壞機器人000。

參閱圖2和圖3，支撐組件310包括支撐杆312和萬向輪311，支撐杆312與框本體110所在的平面垂直，支撐杆312的一端與滑動銷軸321連接，萬向輪311則與支撐杆312的另一端連接，同一V字型安裝杆121兩端的驅動輪330關於兩萬向輪311之間的連線對稱，因此，不管工作面500是平面還是曲面，萬向輪311將始終與工作面500保持接觸。

為增加機器人000與工作面500之間的接觸面積，驅動輪330和萬向輪311上均安裝有橡膠輪套，橡膠輪套可以變形，在螺旋槳210推力的作用下，橡膠輪套產生的變形將使驅動輪330和萬向輪311更加緊密的貼附在工作面500上(特別是工作面500為曲面時)，進一步保證機器人000的攀附能力。

參閱圖3，一般地，對於彎曲程度較高的曲面，傳統的機器人000無法實現很好的攀附能力。對於本發明的機器人000，當其進入曲面時，例如曲率較大的凸面，兩個萬向輪311始終與工作面500接觸，此時，驅動輪330處於與工作面500非接觸的懸空狀態，由於支撐杆312和萬向輪311的總長度不會改變，在螺旋槳210推力的作用下，滑動銷軸321將相對滑槽121a向上運動而擠壓彈性件322，框架100將向靠近工作面500的方向運動(即向下運動)，繼而帶動驅動輪330逐漸靠近工作面500。在驅動輪330向下運動的同時，滑動銷軸321將通過連杆323和搖杆324的共同作用使驅動輪330繞鉸接軸325逆時針擺動，驅動輪330產生一定的傾角，從而最終使驅動輪330與工作面500保持最大程度的接觸。驅動輪330和萬向輪311將共同對整個機器人000起到支撐作用，機器人000在新的工作面500上保持新的受力平衡。

參閱圖2，相反，當機器人000從曲面行駛至平面時，萬向輪311在重力和彈性件322彈力的作用下向下運動，滑動銷軸321相對滑槽121a向下運動，連杆323帶動搖杆324擺動，搖杆324與V字型安裝杆121之間的夾角增大，驅動輪330順時針擺動，重新使得驅動輪330和萬向輪311在新的平衡狀態下與工作面500之間均形成接觸，保證機器人000可靠的附著在工作面500上。

同時，機器人000具備自動上牆(工作面500)能力，當機器人000準備從地面移動到牆面時，靠近牆面的螺旋槳210反轉，遠離牆面的螺旋槳210靜止，從而對機器人000產生向上的拉力，將萬向輪311往上抬升，同時，驅動輪330推動機器人000沿牆面運動，當所有驅動輪330均與牆面形成接觸時，兩個螺旋槳210同時正轉，機器人000穩定的攀附在牆面上。

參閱圖1和圖4，進一步的，框架100上還設置有越障機構400，越障機構400包括第一越障輪410和第二越障輪420，第一越障輪410和第二越障輪420分別安裝在框本體110的兩個凸杆113的自由端上，第一越障輪410和第二越障輪420的中心到框本體110的距離均小於驅動輪330的中心到框本體110的距離，機器人000運動時，對於同一個自適應機構300，第一越障輪410和第二越障輪420均位於萬向輪311的前上方。第一越障輪410和第二越障輪420沿其周向均開設防滑齒411，當防滑齒411與障礙物接觸時，能增強摩擦力，便於第一越障輪410和第二越障輪420成功跨越障礙物。

參閱圖4，具體的，第一越障輪410水平方向的直徑與第一越障輪410所在圓周右邊的交點形成最高點，從該最高點出發向驅動輪330做切線段600，處於該切線段600之下的障礙物均可以被跨越，同樣的，第二越障輪420與第一越障輪410的工作原理相同。簡而言之，障礙物的高度只要不超過第一越障輪410或第二越障輪420中心的高度，機器人000均能越過。當跨越障礙物時，第一越障輪410轉動，將機器人000抬升一定的高度，從而使右邊的驅動輪330和萬向輪311跨過障礙物，當第二越障輪420與障礙物接觸時，第二越障輪420同樣將機器人000抬升一定高度，使左邊的驅動輪330和萬向輪311跨過障礙物，至此，機器人000成功跨越障礙物。

因此，機器人000能適應工作面500形貌的變化，並通過連杆滑塊機構320改變驅動輪330的姿態，使萬向輪311與驅動輪330均與工作面500相緊貼，能適用各種較大型結構曲面和較小曲率半徑的圓柱面與圓錐面，尤其是圓柱管道的表面。機器人000不僅自適應能力強，移動速度快，而且越障能力好。

以上所述實施例的各技術特徵可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術特徵所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特徵的組合不存在矛盾，都應當認為是本說明書記載的範圍。

以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。