一種氣動爬壁機器人的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氣動爬壁機器人，包括前隔板、中間運動板、后安裝結構板、前后導向機構、氣缸、左右導向機構、舵機、吸盤組件和驅動控制組件；所述前后導向機構包括兩根位置平行的長桿，在中間運動板上左右平行設置有兩組前后方向導向孔，兩根長桿分別穿過兩組前后方向導向孔，兩根長桿的前端與前隔板固定，兩根長桿的后端與后安裝結構板固定；所述氣缸的缸體與中間運動板位置固定，氣缸的伸縮桿與前隔板位置固定，伸縮桿的伸縮方向與長桿位置平行。本發(fā)明提供的氣動爬墻機器人具備在墻壁上上下左右移動的功能，可用于運輸、清掃、高空攝像、高空作業(yè)等。
【專利說明】一種氣動爬壁機器人
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氣動爬壁機器人，是一種利用氣動原理提供動力，使機器運動的爬壁機器人。
【背景技術】
[0002]機器人的萬能性和可編程性，決定了它將取代一些自動化機器，特別是在生產領域，既可以大大提聞生廣設備的自動化水平，提聞勞動生廣率，又可提聞企業(yè)的廣品質量，提高企業(yè)的整體競爭力。隨著機器人技術的發(fā)展以及人們自我保護意識的增強，人們迫切希望能用機器人代替人進行這些高空極危險的作業(yè)，從而把人從惡劣的環(huán)境和繁重的勞動中解脫出來?，F(xiàn)代城市高樓林立，高層建筑的日益增多使得高空作業(yè)需求越來越大，迄今為止,這類工作仍由人工高空作業(yè)來完成,這種作業(yè)方式效率低、成本高,對人身安全和大樓壁面構成很大威脅，由此催生了對爬壁機器人的市場需求。在諸如核工業(yè)、建筑業(yè)、造船業(yè)等需要在高空克服重力作業(yè)的特殊場合，爬墻機器人都有著廣泛的應用。
[0003]對于爬壁機器人而言，完成可靠的吸附和平穩(wěn)的一定是最基本，也是最主要的功能。根據(jù)其吸附在墻壁上的原理主要分為2種:磁力吸附和負壓吸附。對于鋼鐵等的鐵磁性材料的構筑物表面，可以采用磁力吸附，該項技術研究相對成熟，如日本應用技術研究所研制出了車輪式磁吸附爬墻機器人，1984年日立制作所研制的八只腳步行式磁吸附爬墻機器人，1987年研制履帶式磁吸附爬墻機器人等。磁力吸附對于壁面材料要求高，緊限于鐵磁性材料表面，應用面相對較窄。隨著氣動技術應用領域的不斷擴大，技術的不斷發(fā)展，在氣動機器人領域也提出新的要求。
[0004]機器人是自動執(zhí)行工作的機器裝置。它既可以接受人類指揮，又可以運行預先編排的程序，也可以根據(jù)以人工智能技術制定的原則綱領行動。它的任務是協(xié)助或取代人類工作的工作，例如生產業(yè)、建筑業(yè)，或是危險的工作。爬壁機器人作為一種移動式服務機器人，它可以在垂直壁面移動，是極限作業(yè)機器人的一個分支?，F(xiàn)代城市高樓林立，大廈壁面大多采用瓷磚結構或玻璃幕墻結構，常年裸露在外，需要進行許多維護，迄今為止，這類工作仍由人工搭乘吊籃進行高空作業(yè)來完成，這種作業(yè)方式對人身安全和大樓壁面構成很大威脅，并且效率低、成本高。清洗爬壁機器人的使用將大大降低高層建筑的清洗成本，改善工人的勞動環(huán)境，提高勞動生產率，勢必會帶來清洗業(yè)的一次革命，具有一定的社會效益、經(jīng)濟意義和廣闊的應用前景。

【發(fā)明內容】

[0005]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術中存在的不足，本發(fā)明提供一種氣動爬壁機器人，具備豎直上下和水平左右運動功能，可用于運輸、清掃、高空攝像、高空作業(yè)等。
[0006]技術方案:為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為:
[0007]一種氣動爬壁機器人，包括前隔板、中間運動板、后安裝結構板、前后導向機構、氣缸、左右導向機構、舵機、吸盤組件和驅動控制組件；[0008]所述前后導向機構包括兩根位置平行的長桿，在中間運動板上左右平行設置有兩組前后方向導向孔，兩根長桿分別穿過兩組前后方向導向孔，兩根長桿的前端與前隔板固定，兩根長桿的后端與后安裝結構板固定；
[0009]所述氣缸的缸體與中間運動板位置固定，氣缸的伸縮桿與前隔板位置固定，伸縮桿的伸縮方向與長桿位置平行；
[0010]所述左右導向機構包括支撐架、導向桿機構和齒輪齒條機構；所述支撐架包括前后兩組立柱，立柱的底端固定在中間運動板上，立柱的頂端設置有左右方向導向孔，且同一組立柱的左右方向導向孔位于同一條直線上；所述導向桿機構包括兩根位置平行的導向桿和兩根位置平行的連接桿，兩根導向桿分別穿過兩組左右方向導向孔，兩根連接桿的兩端分別與兩根導向桿固定，導向桿和連接桿相互垂直且位于同一平面上，導向桿和連接桿所處平面與兩根長桿所處平面平行；所述齒輪齒條機構的齒條兩端分別與兩根連接桿固定，齒條和導向桿位置平行；
[0011]所述舵機的機體通過舵機支撐架固定安裝在中間運動板上，舵機的輸出軸與齒輪齒條機構的齒輪位置固定；
[0012]所述前隔板的左右兩側、每根導向桿的左右兩側、后安裝結構板的左右兩側均安裝有吸盤組件，所述吸盤組件包括吸盤固定體和吸盤，吸盤安裝在吸盤固定體上，所有吸盤朝向一致并位于同一平面內，且吸盤所處平面與兩根長桿所處平面平行；
[0013]所述驅動控制組件包括單片機控制器、第一五通接頭、第二五通接頭、真空泵、一個三通接頭和充氣泵，所述真空泵通過第一五通接頭和中間運動板上的四個吸盤連通，同時真空泵通過第二五通接頭和前隔板及后安裝結構板上的四個吸盤連通，充氣泵通過三通接頭和氣缸的兩個腔體連通；第一五通接頭通過第一電磁閥控制四個吸盤同時工作，第二五通接頭通過第二電磁閥控制四個電磁閥同時工作，氣缸的一個腔體通過第三電磁閥控制充氣，氣缸的另一個腔體通過第四電磁閥控制充氣；單片機控制器控制四個電磁閥工作。
[0014]優(yōu)選的，所述單片機控制器上連接有藍牙芯片，通過藍牙與單片機控制器無線通?目。
[0015]優(yōu)選的，所述導向桿兩端依次通過下垂桿和水平桿與吸盤固定體固定連接。
[0016]優(yōu)選的，所述前隔板和后安裝結構板通過吸盤橫桿固定連接。
[0017]優(yōu)選的，端部相連的兩根桿，通過卡件實現(xiàn)連接。
[0018]有益效果:本發(fā)明提供的氣動爬壁機器人，采用簡單的機械結構與氣源傳動，變傳統(tǒng)單一的輪式滾動行進方式為氣缸推進機構實現(xiàn)豎直移動，齒輪齒條機構實現(xiàn)左右移動，從而實現(xiàn)了行進方式的多樣性；可采用遙控遠距離控制，亦可使用手機藍牙，通過手機軟件操作，實現(xiàn)對爬壁機器人的控制；還可以通過其紅外攝像掃描及超聲波質檢，自行控制移動方位，并將掃描結果反饋給控制中心；此外，該設計應用氣動原理和機電知識，使用材料簡單，功能完善，成本低廉；鑒于其模塊組合性，其中的氣動、移動、控制三大模塊均可拼裝，可作為實驗教學演示實例，增加實驗趣味性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明的結構示意圖?！揪唧w實施方式】
[0020]下面結合附圖對本發(fā)明作更進一步的說明。
[0021]如圖1所示為一種氣動爬壁機器人，包括前隔板3、中間運動板17、后安裝結構板
13、前后導向機構、氣缸6、左右導向機構、舵機15、吸盤組件和驅動控制組件。
[0022]所述前后導向機構包括兩根位置平行的長桿2，在中間運動板17上左右平行設置有兩組前后方向導向孔，兩根長桿2分別穿過兩組前后方向導向孔，兩根長桿2的前端與前隔板3固定，兩根長桿2的后端與后安裝結構板13固定。
[0023]所述氣缸6的缸體與中間運動板17位置固定，氣缸6的伸縮桿5與前隔板3位置固定，伸縮桿5的伸縮方向與長桿2位置平行。
[0024]所述左右導向機構包括支撐架、導向桿機構和齒輪齒條機構；所述支撐架包括前后兩組立柱14，立柱14的底端固定在中間運動板17上，立柱14的頂端設置有左右方向導向孔，且同一組立柱的左右方向導向孔位于同一條直線上；所述導向桿機構包括兩根位置平行的導向桿10和兩根位置平行的連接桿9，兩根導向桿10分別穿過兩組左右方向導向孔，兩根連接桿9的兩端分別與兩根導向桿10固定，導向桿10和連接桿9相互垂直且位于同一平面上，導向桿10和連接桿9所處平面與兩根長桿2所處平面平行；所述齒輪齒條機構的齒條19兩端分別與兩根連接桿9固定，齒條19和導向桿10位置平行。
[0025]所述舵機15的機體通過舵機支撐架18固定安裝在中間運動板17上，舵機15的輸出軸與齒輪齒條機構的齒輪I位置固定。
[0026]所述前隔板3的左右兩側、每根導向桿10的左右兩側、后安裝結構板13的左右兩側均安裝有吸盤組件，所述吸盤組件包括吸盤固定體4和吸盤7，吸盤7安裝在吸盤固定體4上，所有吸盤7朝向一致并位于同一平面內，且吸盤7所處平面與兩根長桿2所處平面平行。
[0027]所述驅動控制組件包括單片機控制器、第一五通接頭、第二五通接頭、真空泵、一個三通接頭和充氣泵，所述真空泵通過第一五通接頭和中間運動板17上的四個吸盤7連通，同時真空泵通過第二五通接頭和前隔板3及后安裝結構板13上的四個吸盤7連通，充氣泵通過三通接頭和氣缸6的兩個腔體連通；第一五通接頭通過第一電磁閥控制四個吸盤7同時工作，第二五通接頭通過第二電磁閥控制四個電磁閥7同時工作，氣缸6的一個腔體通過第三電磁閥控制充氣，氣缸6的另一個腔體通過第四電磁閥控制充氣；單片機控制器控制四個電磁閥工作，單片機控制器上連接有藍牙芯片，通過藍牙與單片機控制器無線通?目。
[0028]所述導向桿10兩端依次通過下垂桿12和水平桿16與吸盤固定體4固定連接；所述前隔板3和后安裝結構板13通過吸盤橫桿11固定連接；端部相連的兩根桿，通過卡件8實現(xiàn)連接。
[0029]本案的工作原理為:真空泵和充氣泵處于始終工作狀態(tài)；初始時，氣缸6的伸縮桿5處于伸出狀態(tài)，第一電磁閥和第二電磁閥控制八個吸盤7處于工作狀態(tài),第三電磁閥控制一個腔體排氣，第四電磁閥控制另一個腔體充氣；當需要前進時，首先第一電磁閥控制四個吸盤7不工作，接著第三電磁閥控制一個腔體充氣，第四電磁閥控制另一個腔體排氣，伸縮桿5運動到位后，第一電磁閥控制四個吸盤7工作，然后第二電磁閥控制四個吸盤7不工作，接著第三電磁閥控制一個腔體排氣，第四電磁閥控制另一個腔體充氣，第一電磁控制四個吸盤7工作，完成一個周期的前進移動；后退的過程與前進過程相反；當需要向左移動時，首先第一電磁閥控制四個吸盤7不工作，舵機5驅動齒輪I順指針轉動一定范圍，這樣齒條19帶動連接桿9、導向桿10和四個吸盤7工作向左移動一定距離，接著第一電磁閥控制四個吸盤7工作，然后第二電磁閥控制四個吸盤7不工作，舵機5驅動齒輪I逆指針轉動一定范圍，這樣齒輪I帶動舵機15、舵機支撐架18、中間運動板17、長桿2、前隔板3、后安裝結構板13和四個吸盤7向左移動一定距離，完成一個周期的向左移動；向右移動過程與向左移動過程相反。
[0030]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出:對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種氣動爬壁機器人，其特在于:包括前隔板(3)、中間運動板(17)、后安裝結構板(13)、前后導向機構、氣缸(6)、左右導向機構、舵機(15)、吸盤組件和驅動控制組件； 所述前后導向機構包括兩根位置平行的長桿(2)，在中間運動板(17)上左右平行設置有兩組前后方向導向孔，兩根長桿⑵分別穿過兩組前后方向導向孔，兩根長桿⑵的前端與前隔板(3)固定，兩根長桿(2)的后端與后安裝結構板(13)固定； 所述氣缸(6)的缸體與中間運動板(17)位置固定，氣缸(6)的伸縮桿(5)與前隔板(3)位置固定，伸縮桿(5)的伸縮方向與長桿(2)位置平行； 所述左右導向機構包括支撐架、導向桿機構和齒輪齒條機構；所述支撐架包括前后兩組立柱(14)，立柱(14)的底端固定在中間運動板(17)上，立柱(14)的頂端設置有左右方向導向孔，且同一組立柱的左右方向導向孔位于同一條直線上；所述導向桿機構包括兩根位置平行的導向桿(10)和兩根位置平行的連接桿(9)，兩根導向桿(10)分別穿過兩組左右方向導向孔，兩根連接桿(9)的兩端分別與兩根導向桿(10)固定，導向桿(10)和連接桿(9)相互垂直且位于同一平面上，導向桿(10)和連接桿(9)所處平面與兩根長桿(2)所處平面平行；所述齒輪齒條機構的齒條(19)兩端分別與兩根連接桿(9)固定，齒條(19)和導向桿(10)位置平行； 所述舵機(15)的機體通過舵機支撐架(18)固定安裝在中間運動板(17)上，舵機(15)的輸出軸與齒輪齒條機構的齒輪(I)位置固定； 所述前隔板(3)的左右兩 側、每根導向桿(10)的左右兩側、后安裝結構板(13)的左右兩側均安裝有吸盤組件，所述吸盤組件包括吸盤固定體(4)和吸盤(7)，吸盤(7)安裝在吸盤固定體(4)上，所有吸盤(7)朝向一致并位于同一平面內，且吸盤(7)所處平面與兩根長桿(2)所處平面平行； 所述驅動控制組件包括單片機控制器、第一五通接頭、第二五通接頭、真空泵、一個三通接頭和充氣泵，所述真空泵通過第一五通接頭和中間運動板(17)上的四個吸盤(7)連通，同時真空泵通過第二五通接頭和前隔板(3)及后安裝結構板(13)上的四個吸盤(7)連通，充氣泵通過三通接頭和氣缸出)的兩個腔體連通；第一五通接頭通過第一電磁閥控制四個吸盤(7)同時工作，第二五通接頭通過第二電磁閥控制四個電磁閥(7)同時工作，氣缸(6)的一個腔體通過第三電磁閥控制充氣,氣缸(6)的另一個腔體通過第四電磁閥控制充氣；單片機控制器控制四個電磁閥工作。
2.根據(jù)權利要求1所述的氣動爬壁機器人，其特在于:所述單片機控制器上連接有藍牙芯片，通過藍牙與單片機控制器無線通信。
3.根據(jù)權利要求1所述的氣動爬壁機器人，其特在于:所述導向桿(10)兩端依次通過下垂桿(12)和水平桿(16)與吸盤固定體(4)固定連接。
4.根據(jù)權利要求1所述的氣動爬壁機器人，其特在于:所述前隔板(3)和后安裝結構板(13)通過吸盤橫桿(11)固定連接。
5.根據(jù)權利要求1所述的氣動爬壁機器人，其特在于:端部相連的兩根桿，通過卡件(8)實現(xiàn)連接。
【文檔編號】B62D57/024GK104015832SQ201410271496
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月17日 優(yōu)先權日:2014年6月17日
【發(fā)明者】吳景, 耿埡洲, 王超 申請人:東南大學