[发明专利]一种三体式爬壁机器人及其越障方法

说明书

本发明公开了一种三体式爬壁机器人及其越障方法，属于智能机器人技术领域。所述的三体式爬壁机器人包括三个爬壁机器人单体、两套越障机构，以及供电单元、保险绳和控制单元。所述的两个越障机构分别位于相邻的两个爬壁机器人单体之间，用于控制与其连接的两个爬壁机器人单体在壁面之上横向或竖向行走。所述的越障方法两套越障机构依次控制三个单体的抬起放下动作实现。本发明实现了在建筑壁面上全向越障的同时具有高速移动能力，这样如果在其上安装擦窗或喷涂装置，则可以大幅度的提高工作进度，进而使机器人拥有很高的经济性。

技术领域

本发明属于智能机器人技术领域，涉及一种爬壁机器人，具体地说，是指一种能够在壁面上全向无限制越障的三体式爬壁机器人，可作为高楼擦窗和检测等作业设备在壁面上移动的载体。

背景技术

高层建筑的幕墙清洗、幕墙检测和喷涂等特种作业工作具有极高的安全风险和技术难度，但长期以来，由于工作环境复杂多样和技术条件的限制，只能以人工的方式来完成，风险极大，成本很高、效果也很有限，且随着建筑高度的增加，这种情况会更加严重。此外，此工作很容易对地面人员造成二次伤害。随着高层建筑数量的快速增加，迫切的需要一种能在幕墙上自动行走的爬壁设备搭载工作模块来替代此项工作。

爬壁机器人是一种能在高楼竖直壁面上实现吸附和移动的机器人。

目前国内外已经出现了多种爬壁机器人以及基于它们所开发的擦窗机器人，概括起来可分为多足吸盘式、单体行走式、蠕动吸附式和双体式等几类，

A.多足吸盘式：提供吸力的主要部件为吸盘，吸力产生原理为振动吸附、高分子力吸附和静电吸附等，能够实现在各个方向上的移动和越障，但速度很慢，可靠性差，且不能越过略高的窗框或台阶。如专利申请公布号CN104983369A和CN205574093U公开的技术方案，专利申请公布号CN104983369A中所述的机器人虽然有越障能力却只能在壁面上缓慢移动，且越障动作缓慢而不稳定。

B.单体行走式：目前的主流，提供吸力的主要部件为真空发生器、负压发生器和旋翼等，吸力产生原理为负压吸附、真空吸附、正压吸附和磁吸附等几种，能够实现在无窗框壁面上吸附和快速移动，但均无法可靠的越过障碍(窗框或壁面的突起和凹陷结构等)。如专利申请专利号ZL01267909.7、申请公布号CN105799805A和申请公布号CN202669947公开的技术方案，申请公布号CN105799805A中所述的机器人虽然可以在壁面上稳定的行走，但只能在单块玻璃上移动，不具备越障能力。

C.蠕动吸附式：提供吸力的主要部件为吸盘，能够模仿蛇的蠕动方式来移动和越障，缺点是移动速度慢，结构复杂。如专利号ZL200710179041.1公开的模块化小型爬壁机器蠕虫。

D.双体式：由两个单体爬壁机器人模块通过关节连接在一起构成，吸附原理可以是负压吸附、真空吸附、正压吸附和磁吸附等方式的任意一种，如专利申请公布号CN104923507A和CN102211626A公开的技术方案，专利申请公布号CN104923507A中公开的机器人虽然能够在壁面上快速行走，并拥有越过水平障碍的能力(以一个处于吸附状态的机器人单体把另一个关闭吸附功能的机器人单体抬过障碍物的方式来实现)，但却无法越过竖直方向的障碍。主要原因是当其中的一个机器人单体被抬起时，其自身重量会围绕扭转中心(见图2a的S点)形成较大的扭转力矩，此时，另一个处在吸附状态中的机器人单体只能依靠各轮系与壁面产生的摩擦力矩来与之对抗，很难平衡，需要每个机器人单体的吸附力足够大且力臂L足够小才可以实现，但事实上，现有吸附发生器的吸附力是有限的，且障碍往往很宽，意味着这两个条件都不能得到满足，所以并不实用。

现有的技术均无法做到在壁面上保持高速移动的同时实现越过竖直障碍(窗框和台阶)的能力，使用时存在诸多限制，所以很难推广。