專利名稱：雙車體壁面移動機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種能在復(fù)雜形狀建筑墻面和玻璃幕墻表面上自主運(yùn)動的壁面移動機(jī)器人。
壁面移動機(jī)器人的研究是特種移動機(jī)器人領(lǐng)域中的一個熱點。研究的目的是以壁面移動機(jī)器人代替人去完成一些高空危險作業(yè)，如玻璃幕墻清洗、高層建筑物的外表噴涂、大型油罐噴漆、橋梁探傷檢測等。但是由于建筑物外形多種多樣，表面材料也各不相同，因此對壁面移動機(jī)器人的吸附和運(yùn)動能力提出了很高的要求。目前已研制成功的壁面移動機(jī)器人基本上是針對簡單的平面外墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的，不能完成諸如越障和折面轉(zhuǎn)換等特殊動作，而這些運(yùn)動功能卻是在復(fù)雜壁面上運(yùn)動時所必需的。有少數(shù)壁面移動機(jī)器人部分具備復(fù)雜運(yùn)動能力，但結(jié)構(gòu)和體積龐大，重量大，不適合向?qū)嵱没较虬l(fā)展。
本實用新型的目的是，制造一種能在外形復(fù)雜的建筑物壁面上自主運(yùn)行實現(xiàn)面面轉(zhuǎn)換的輕型壁面移動機(jī)器人。
本實用新型的解決方案是，采用由四自由度連桿機(jī)構(gòu)連接的雙車體的壁面移動機(jī)器人。每個車體配備兩個驅(qū)動電機(jī)、兩條履帶、一個腰關(guān)節(jié)、一個鎖定裝置、一個負(fù)壓吸盤和一個電風(fēng)機(jī)。連桿機(jī)構(gòu)中的肘關(guān)節(jié)配備有一個驅(qū)動電機(jī)，滑動關(guān)節(jié)配備有一個鎖定裝置。
本實用新型采用的雙車體壁面移動機(jī)器人可以在各種傾角的壁面上自主運(yùn)動，能完成跨越窗框和面面轉(zhuǎn)換運(yùn)動，對壁面的適應(yīng)性強(qiáng)，能克服一定寬度的縫隙。機(jī)器人四自由度機(jī)構(gòu)中的三個自由關(guān)節(jié)均配備有柔性鎖定裝置。鎖定裝置將關(guān)節(jié)鎖定在某特定位置，在關(guān)節(jié)未完全到達(dá)鎖定位置時，即可啟動鎖定驅(qū)動，此時不會使驅(qū)動裝置處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)；當(dāng)關(guān)節(jié)到達(dá)鎖定位置后，該裝置將靠彈性運(yùn)動到位，將關(guān)節(jié)鎖住。其優(yōu)點是降低了對關(guān)節(jié)運(yùn)動精度的要求，使鎖定驅(qū)動電機(jī)可以自由動作而不發(fā)生堵轉(zhuǎn)。吸盤與壁面間接觸力可調(diào)，密封氣囊壓力可調(diào)，能克服壁面上小的縫隙。


圖1是本實用新型雙車體壁面移動機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本實用新型所用的鎖定裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本實用新型所用的負(fù)壓吸盤結(jié)構(gòu)示意圖。
機(jī)器人由前后兩個基本相同的車體1、連桿2、肘關(guān)節(jié)3、腰關(guān)節(jié)4、鎖定裝置6和負(fù)壓吸盤7組成。
每個車體由頂板5、兩組履帶驅(qū)動裝置10、兩個驅(qū)動電機(jī)9、負(fù)壓吸盤7和電風(fēng)機(jī)8構(gòu)成。當(dāng)車體貼于壁面時，負(fù)壓吸盤7與壁面接觸，吸盤內(nèi)形成密封腔體。電風(fēng)機(jī)8運(yùn)轉(zhuǎn)，負(fù)壓吸盤7內(nèi)將產(chǎn)生真空，使車體通過履帶附著在壁面上。負(fù)壓吸盤7與壁面之間的接觸力可以通過彈簧調(diào)節(jié)。當(dāng)車體吸附于壁面上時，驅(qū)動電機(jī)9的運(yùn)轉(zhuǎn)將帶動履帶轉(zhuǎn)動，進(jìn)而驅(qū)動單車體在壁面上運(yùn)動。驅(qū)動電機(jī)9自帶減速器。當(dāng)兩個驅(qū)動電機(jī)9同向同速旋轉(zhuǎn)時，單車體作直線運(yùn)動；當(dāng)兩個驅(qū)動電機(jī)9反向同速旋轉(zhuǎn)時，單車體作原地旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。
前后車體通過連桿2、肘關(guān)節(jié)3、腰關(guān)節(jié)4連接。其中，兩個腰關(guān)節(jié)分別與前后車體的頂板5連接，可自由轉(zhuǎn)動。每個腰關(guān)節(jié)都配備有一個鎖定裝置，可以在機(jī)器人前后車體軸線重合時將腰關(guān)節(jié)鎖死。肘關(guān)節(jié)位于前后車體中間，通過兩端連桿分別連接前后車體的腰關(guān)節(jié)。肘關(guān)節(jié)配備有驅(qū)動電機(jī)和減速器。當(dāng)機(jī)器人單車體吸附于壁面時，肘關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)將使處于釋放狀態(tài)的機(jī)器人被抬起或放下。
當(dāng)腰關(guān)節(jié)處于自由狀態(tài)時，機(jī)器人前后車體必須同時吸附于同一平面上，此時，機(jī)器人可以實現(xiàn)在平整壁面上快速運(yùn)動。當(dāng)腰關(guān)節(jié)和滑動關(guān)節(jié)處于鎖定狀態(tài)時，機(jī)器人可以只有一個車體吸附于壁面，并轉(zhuǎn)動肘關(guān)節(jié)以完成變形運(yùn)動。通過轉(zhuǎn)動肘關(guān)節(jié)，可以將自由車體抬起或放下，以單車體的交替吸附與驅(qū)動實現(xiàn)機(jī)器人的各種運(yùn)動，如跨越窗框、折面轉(zhuǎn)換等。
腰關(guān)節(jié)所用的關(guān)節(jié)柔性鎖定裝置如圖2所示。鎖定裝置的作用是將關(guān)節(jié)鎖定在某特定位置。
柔性鎖定裝置由旋轉(zhuǎn)電機(jī)11、鎖定銷12、套筒13、滑動銷14、驅(qū)動滑塊15、壓縮彈簧16和連桿17組成。連桿17一端與旋轉(zhuǎn)電機(jī)11的曲柄鉸接，另一端與滑動銷14鉸接?；瑒愉N14與驅(qū)動滑塊15通過螺紋連接。驅(qū)動滑塊15位于鎖定銷12的內(nèi)孔中，同時，滑動銷14穿過鎖定銷上的半圓槽，并從套筒13上的半圓槽中穿出。在驅(qū)動滑塊15與鎖定銷12的內(nèi)孔底部之間有一端壓縮彈簧16。鎖定銷12位于套筒13的通孔中，兩者滑動配合。通過旋轉(zhuǎn)電機(jī)的正向、反向旋轉(zhuǎn)即可帶動鎖定銷12伸出和縮回，實現(xiàn)鎖定和解鎖動作。
柔性鎖定裝置的特點是可以在關(guān)節(jié)未完全到達(dá)鎖定位置時，即可旋轉(zhuǎn)電機(jī)，此時由于彈簧的壓縮作用不會使驅(qū)動裝置處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)；當(dāng)關(guān)節(jié)到達(dá)鎖定位置后，該裝置將靠彈簧力將鎖定銷12壓出到位，將關(guān)節(jié)鎖住。
機(jī)器人車體采用的負(fù)壓吸盤的結(jié)構(gòu)如圖3所示。吸盤由頂板5、氣囊18、壓力調(diào)節(jié)閥19、密封布20和沿圓周均勻分布的四個接觸力調(diào)節(jié)裝置25構(gòu)成。接觸力調(diào)節(jié)裝置又由調(diào)節(jié)螺母21、壓縮彈簧22、外套筒23和內(nèi)套筒24組成。
頂板5即為車體面板，其上有管接口，通過管道與電風(fēng)機(jī)吸氣口相連。氣囊18為扁平狀，由橡膠與合金板材固結(jié)而成。氣囊內(nèi)部空腔可充氣，氣體壓力通過壓力調(diào)節(jié)閥19設(shè)定。在結(jié)構(gòu)上，氣囊18通過接觸力調(diào)節(jié)裝置25與頂板5相連。內(nèi)套筒24與氣囊相連，外套筒23與頂板相連。內(nèi)套筒與外套筒在一定范圍內(nèi)可以有相對位移。外套筒內(nèi)孔上有螺紋，調(diào)節(jié)螺母21擰入外套筒中。壓縮彈簧22位于調(diào)節(jié)螺母和氣囊之間，擰動調(diào)節(jié)螺母21，可以調(diào)定彈簧壓力以調(diào)節(jié)氣囊與壁面之間的接觸力。氣囊外環(huán)繞一層密封布20，密封布一端與頂板粘結(jié)，另一端與氣囊粘結(jié)。當(dāng)氣囊底部與壁面接觸時，氣囊、頂板、密封布和壁面之間就形成了一個密閉空間。此時，當(dāng)電風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，吸盤內(nèi)就將形成真空。
該吸盤的特點是吸盤與壁面間接觸力可調(diào)，密封氣囊壓力可調(diào)，可實現(xiàn)吸盤在吸附狀態(tài)下相對壁面滑動。
權(quán)利要求1.一種由驅(qū)動電機(jī)、車體、負(fù)壓吸盤組成的雙車體壁面移動機(jī)器人，其特征是兩車體之間安裝一個帶有驅(qū)動裝置的肘關(guān)節(jié)，兩個無驅(qū)動裝置但配有鎖定裝置的腰關(guān)節(jié)；每個車體配備兩個驅(qū)動電機(jī)和兩條履帶，每個車體的驅(qū)動電機(jī)、履帶、驅(qū)動輪和支撐輪分別安裝在車體支架上；每個車體安裝有一套負(fù)壓吸盤和一個電風(fēng)機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述雙車體壁面移動機(jī)器人，其特征是鎖定裝置由旋轉(zhuǎn)電機(jī)、鎖定銷、套筒、滑動銷、驅(qū)動滑塊、壓縮彈簧和連桿組成。連桿兩端分別與旋轉(zhuǎn)電機(jī)和驅(qū)動滑塊鉸接，驅(qū)動滑塊在鎖定銷內(nèi)，壓縮彈簧位于驅(qū)動滑塊和鎖定銷之間，滑動銷穿過鎖定銷的導(dǎo)槽，并與驅(qū)動滑塊結(jié)為一體，鎖定銷在套筒內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述雙車體壁面移動機(jī)器人，其特征是吸盤由頂板、氣囊、壓力調(diào)節(jié)閥、密封布和沿圓周均勻分布的四個接觸力調(diào)節(jié)裝置構(gòu)成。接觸力調(diào)節(jié)裝置又由調(diào)節(jié)螺母、壓縮彈簧、外套筒和內(nèi)套筒組成。
專利摘要本實用新型涉及一種能自主運(yùn)動的雙車體壁面移動機(jī)器人。該機(jī)器人采用負(fù)壓吸盤吸附、履帶驅(qū)動的雙車體結(jié)構(gòu)。前后兩車體具有相同的吸附及運(yùn)動裝置,并通過滑動關(guān)節(jié)、一個肘關(guān)節(jié)和兩個腰關(guān)節(jié)連接,滑動關(guān)節(jié)和腰關(guān)節(jié)各有一個鎖定裝置。吸附裝置采用大面積負(fù)壓吸盤,利用風(fēng)機(jī)產(chǎn)生真空。每個車體的兩側(cè)分別安裝有履帶式驅(qū)動裝置,每條履帶由獨(dú)立的電機(jī)驅(qū)動。本實用新型可以完成在復(fù)雜壁面和玻璃幕墻表面上的越障和面面轉(zhuǎn)換運(yùn)動,并克服一定寬度的壁面縫隙。
文檔編號B25J11/00GK2465891SQ01202338
公開日2001年12月19日 申請日期2001年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月23日
發(fā)明者宗光華, 孫杏初, 王巍, 周延武, 黃玉濤, 那源泉, 歐陽守新 申請人:北京科林藍(lán)寶機(jī)器人科技有限公司