[发明专利]一种凸轮式负压吸附的爬壁机器人

说明书

技术领域

本发明涉及爬壁机器人领域,特别是涉及一种凸轮式负压吸附的爬壁机器人。

背景技术

随着城市中高层建筑物的日益增多，高层建筑壁面维护作业的需求也越来越多。目前这类工作主要是由清洗工人搭乘高空吊篮来完成。这种极限作业不仅存在一定的危险性，而且工作效率较低，因此急需一种高效快捷的机器人替代人工操作完成这项工作。国内外很多研究机构竞相展开这方面的研究；根据机器人吸附在工作墙面上的方式,爬壁机器人大体上分为三类:真空吸附型、磁力吸附型、推力型,目前应用最多是真空吸附型爬壁机器人,这种类型的机器人又可分为单吸盘爬壁机器人和多吸盘爬壁机器人；对于爬壁机器人的核心位置保持功能和移动功能，亦提出了各种类型的技术方案。

现有公开的文献，《机械设计》第20卷第8期中提到的CleanbotⅣ机器人是多吸盘爬壁机器人，机器人的吸盘对称排布在链式履带上，真空泵为吸盘提供负压，通过电磁阀的开闭实现吸盘负压吸附与脱离功能。机器人后轮接驱动电机，前轮通过液压缸实现方向控制，当前轮和后轮对齐时，机器人可以径直移动，当液压缸控制前轮转向时，机器人就改变了运动方向。该机器人的转向功能是利用每个相邻链节可以相对扭转2.4°这一特点实现的，因此存在最小转弯半径为600mm。机器人通过机械和控制结合的方式实现了吸附和运动的功能，但是转向时存在最小转弯半径限制、作业范围受真空泵管路限制、控制难度较大。

发明内容

为克服现有技术中存在的负压式吸盘结构复杂、作业范围受真空泵管路限制、控制难度大的不足，本发明提出一种凸轮式负压吸附的爬壁机器人，这种利用反凸轮机构原理实现吸盘无源真空吸附的爬壁机器人，通过将负压吸附与直线移动部分和负压吸附与转向部分采用螺纹传动方式连接，通过合理的步态安排实现机器人运动过程，使机器人控制方便，作业范围大。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括吸附移动机构、吸附转向机构、转向辅助机构、机架主底板，其中，吸附移动机构包括两个主驱动轮、两个从驱动轮、移动用履带、多个移动用吸附组件、凸轮轨迹槽；吸附转向机构包括转向盘组件和转向动力机构；吸附移动机构位于机架主底板两侧对称安装，驱动轮安装在移动用履带两侧，移动用吸附组件位于移动用履带中间部位，凸轮轨迹槽通过连接梁和传动螺杆与机架主底板固连，且凸轮轨迹槽内廓两端分别与主驱动轮和从驱动轮同心；转向动力机构固定安装在机架主底板上方，转向盘组件位于机架主底板下方，且与转向动力机构通过伸缩螺纹杆固连；转向辅助机构安装在机架主底板上，转向辅助机构通过调整凸轮轨迹槽的位置使吸附转向机构正常工作。

所述移动用吸附组件包括第一吸盘、第一气缸嘴、移动用缸体、移动用活塞、滚动轴承；第一吸盘与第一气缸嘴连接，第一吸盘分布在移动用履带外侧，移动用缸体固定在移动用履带内侧，一对滚动轴承固连在移动用活塞杆的端部与凸轮轨迹槽配合。

所述转向盘组件包括主转向盘、多个转向用吸附组件、齿圈、两个传动齿轮、两个舵机、第一副转向盘、第二副转向盘、转向主轴；所述转向用吸附组件包括第二吸盘、第二气缸嘴、转向用缸体、转向用活塞、齿轮；转向用吸附组件通过螺钉安装在主转向盘与第二副转向盘之间，传动齿轮与舵机连接，舵机固定在主转向盘上对称安装，齿轮、传动齿轮和齿圈位于第一副转向盘与第二副转向盘之间；第二吸盘与第二气缸嘴连接，第二气缸嘴与转向用缸体过盈配合；转向用活塞密封端通过O型密封圈与转向用缸体内壁密封，转向用活塞杆与齿轮配合传动。

所述转向动力机构包括转向动力壳体、蜗轮、蜗杆、滑动轴承、滚动轴承、转向伸缩杆、第一直流减速电机、第二直流减速电机；蜗轮、蜗杆、滚动轴承、滑动轴承、转向伸缩杆通过配合组装在转向动力壳体内，转向伸缩杆一端与第一直流减速电机的输出轴连接，另一端穿过滑动轴承与蜗轮固连，第二直流减速电机的输出轴与蜗杆连接，蜗轮和蜗杆啮合传动。

所述机架主底板的两端各有一对轴架，主轴和副轴固定在轴架上，辅助肋板对称安装在机架主底板两侧，驱动轮位于主轴和副轴的两端；主电机位于机架主底板前部的下方通过电机辅助支撑固定在电机座上，主电机齿轮和主电机输出轴固连与主轴上的齿轮啮合传动；转向辅助电机位于机架主底板后部的下方，五个小同步带轮安装在机架主底板上，转向辅助电机输出轴与位于主底板上部轴线上的小同步带轮连接，主底板上轴线两侧的四个小同步带轮分别与四个传动螺杆连接，转向辅助电机通过转向辅助同步带带动小同步带轮同步转动。

有益效果