[发明专利]爬壁机器人

说明书

本发明涉及一种用于高大建筑壁面作业的爬壁机器人。

现代城市中，高楼林立，需要进行许多壁面作业。诸如高大建筑玻璃墙面清洗等大量的工作，由人来完成既不方便也不安全，这需要使用爬壁机器人代替人进行作业。目前使用的爬壁机器人，主要采用磁吸附、真空吸盘等方法使机器人吸附于壁面上。基于这些方法的爬壁机器人，由于其壁面适应能力及越障能力均较差，可靠性和工作效率也较低，因而仅能在较有限的范围内使用。JSME期刊V36No3、sep1993(P361-367)，较全面地对已有的几种方案进行了研究、比较，还讨论了日本研制的一种较新的爬壁机器人，它使用螺旋桨产生向上的升力克服机器人自重，推力的方向仅稍向壁面倾斜，工作中需保证轮子指向同一方向，且需控制机器人的方向基本保持向上，还需控制推力的大小、方向，其控制及操纵都较困难，可靠性及越障能力也很差，研究者自己也认为，这种爬壁机器人仅能在很有限的范围内使用。

本发明的任务是要提供一种结构简单、壁面适应能力及越障能力强、适用范围广、可靠性和工作效率高的爬壁机器人。

本发明目的是这样实现的：机器人上装有螺旋桨或涵道风扇及移动机构，利用螺旋桨或涵道风扇产生指向壁面的推力，将机器人推压于壁面上，在移动机构的驱动下，整个爬壁机器人便可以贴在壁面上爬行。移动机构可以采用简单的轮式小车或履带结构，后者更适用于对越障能力有较高要求的场合，履带的两端还可以加上向上翘起的导引轮，以进一步提高越障能力。在工作环境允许的情况下，可以机器人可以带有缆绳，并通过卷扬机使缆绳产生向上的拉力，以部分或全部抵消机器人重力，提高其工作负载能力。

本发明利用螺旋桨或涵道风扇产生指向壁面的推力，使机器人贴于壁面，推力大小或方向均无需控制，机构及控制都很简单；只要螺旋桨或风扇不失去动力，既使壁面不平整、有裂缝或障碍物，机器人仍可贴于壁面或贴于障碍物上行进而不致掉下，壁面适应能力、越障能力和可靠性很高；机器人的移动机构可以单独控制，可以使机器人以较高的速度爬行，工作效率高。

以下所述实施例详细说明了本发明。

图1是本发明的结构图。

图1所述爬壁机器人(1)包括：螺旋桨或涵道风扇(2)、动力(3)、移动机构(4)、控制盒(5)。

螺旋桨或涵道风扇(2)联结在动力(3)上，形成的推力发生装置固联于移动机构(4)上，安装时可以使推力方向与壁面垂直或稍有倾斜，例如经常处于向上作业条件下的机器人，推力方向可以有向上的一点倾斜角。控制盒(5)用有线或无线的方式操纵控制移动机构(4)，形成爬壁机器人(1)整体。

螺旋桨或涵道风扇(2)可以有一个或多个，以产生更大的推力并使反扭矩相抵消，使用涵道风扇方式可以有更大的推力，但结构稍复杂。对于使用电动机做动力(3)的爬壁机器人，还有供电电缆(6)以从地面供给电力。

移动机构(4)可以采用简单的轮式小车，为提高机器人的越障能力，还可以覆上履带(7)，并在履带(7)前端及后端加装向上翘的导引轮(8)。在遇到障碍物(10)时，由于导引轮(8)较高，可以产生较大翻转力矩，使机器人整体贴着障碍物(10)爬行。这种移动机构还可保证机器人从地面直接爬向墙面，或从墙面爬到天花板上。也可以使机器人在崎岖陡峭的山路上爬行，因而还可以在军事用为排险、侦察的越野爬行机器人。当然，在工作环境中没有很大的障碍物时，也可以不使用履带(7)及导引轮(8)，直接使用轮式小车，以求结构简单。移动机构(4)自带动力源，或由动力(3)传动驱动。

工作时，螺旋桨或涵道风扇(2)在动力(3)的驱动下高速旋转产生指向壁面的推力，使机器人(1)整体贴于壁面(9)上，操纵者通过控制盒(5)控制移动机构(4)，依靠壁面的摩擦力，驱动爬壁机器人(1)在壁面上爬行。以履带式小车为例，两边车轮转动速度受控制盒控制，爬壁机器人(1)可以前进、后退或转弯。

在工作环境允许的情况下，机器人上还可以安上缆绳(11)，并连接到壁面顶部的卷扬机(12)上，利用卷扬机(12)上的控制装置，自动调节缆绳(11)向上的拉力，以部分或全部的抵消机器人的重量，使之工作或爬行中不易向下打滑，也就可以带更大的负载，同时也增加了保险系数。此种情况下供电电缆可以与缆绳(11)合用。

制作了一台样机，功率为700w，推力为5.5kg，自重2kg，壁面摩擦系统约0.8，不用缆绳时，机器人可载重2.2kg，用缆绳时，载重无明显的限制，可提供4.4kg的力用于作业。