一種雙履帶爬壁監(jiān)控機(jī)器人的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種雙履帶爬壁監(jiān)控機(jī)器人，其包括有安裝在基座上的靜電發(fā)生器、電池組、控制傳輸模塊、攝像頭和一對驅(qū)動電機(jī)；基座兩側(cè)履帶框架，履帶框架上覆蓋有履帶；所述履帶為柔性梳齒型雙極性履帶，其兩側(cè)設(shè)有齒根，中間平行設(shè)有若干分別與兩側(cè)齒根相連的梳齒，梳齒外部包裹有聚酰亞胺絕緣材料；靜電發(fā)生器經(jīng)電刷與履帶連接，使履帶的齒根及梳齒分別攜帶高壓正負(fù)靜電；激發(fā)墻壁產(chǎn)生感應(yīng)電荷，使整個(gè)監(jiān)控機(jī)器人吸附在墻壁上。本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理，吸附能力強(qiáng)、運(yùn)動靈活，可實(shí)現(xiàn)斜向行走和零半徑轉(zhuǎn)彎。在反恐偵查、高樓探測等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說明】一種雙履帶爬壁監(jiān)控機(jī)器人

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種爬壁機(jī)器人，具體地說是一種雙履帶爬壁監(jiān)控機(jī)器人。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，市面上存在四種監(jiān)控設(shè)備，分別是:固定式傳統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備、直升機(jī)搭載式監(jiān)控設(shè)備、衛(wèi)星監(jiān)控設(shè)備和機(jī)器人搭載式監(jiān)控設(shè)備。
[0003]固定式傳統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備需要固定及連接電纜，無法靈活移動，監(jiān)控范圍受到很大限制；直升機(jī)搭載監(jiān)控設(shè)備噪聲大，易暴露，無法實(shí)現(xiàn)近距離現(xiàn)場監(jiān)控；衛(wèi)星監(jiān)控設(shè)備無法監(jiān)控室內(nèi)活動，存在死角，成本高，對操作人員技術(shù)要求高；機(jī)器人搭載式監(jiān)控設(shè)備運(yùn)動靈活，隱蔽性好，實(shí)用性強(qiáng)，但是以行走式居多數(shù)，爬壁式居少數(shù)。
[0004]目前爬壁機(jī)器人主要基于磁吸附、負(fù)壓吸附和真空吸附形式。這三種形式存在適應(yīng)壁面材質(zhì)范圍窄，噪聲大，功耗高等缺點(diǎn)。同時(shí)，基于以上的吸附方式的爬壁機(jī)器人所使用的吸附裝置往往過于笨重，移動速度慢，負(fù)載能力差。專利號為ZL200910071269.8的中國發(fā)明專利公開了一種基于靜電吸附原理的單履帶式爬壁機(jī)器人，該爬壁機(jī)器人采用單個(gè)柔性鍍鋁薄膜履帶作為行走裝置和吸附裝置，自重小，移動速度大，但是鍍鋁薄膜履帶吸附效率低，負(fù)載能力差，且單履帶形式只能實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動，移動靈活性差，局限性大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中吸附能力弱、動作不靈活的不足，提供一種結(jié)構(gòu)合理，吸附能力強(qiáng)、運(yùn)動靈活的雙履帶爬壁監(jiān)控機(jī)器人。
[0006]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種雙履帶爬壁監(jiān)控機(jī)器人，其設(shè)有基座，基座中間固定安裝有靜電發(fā)生器、電池組、控制傳輸模塊、攝像頭和一對驅(qū)動電機(jī)；其特征在于:基座兩側(cè)對稱設(shè)有一對履帶框架，每一履帶框架上設(shè)有用來帶動履帶轉(zhuǎn)動的主動輪和從動輪，主動輪內(nèi)側(cè)設(shè)有皮帶輪，主動輪通過皮帶和皮帶輪由相應(yīng)的驅(qū)動電機(jī)帶動轉(zhuǎn)動；履帶覆蓋在履帶框架上主動輪和從動輪之間；所述履帶為柔性梳齒型雙極性履帶，其兩側(cè)設(shè)有齒根，中間平行設(shè)有若干分別與兩側(cè)齒根相連的梳齒，梳齒外部包裹有聚酰亞胺絕緣材料；所述履帶的齒根與設(shè)置在履帶框架上的電刷直接接觸；靜電發(fā)生器經(jīng)由導(dǎo)線、電刷與履帶連接，使履帶的齒根及梳齒分別攜帶高壓正負(fù)靜電；梳齒激發(fā)墻壁產(chǎn)生感應(yīng)電荷，進(jìn)而產(chǎn)生庫倫吸附作用力，使整個(gè)監(jiān)控機(jī)器人吸附在墻壁上。
[0007]所述履帶上梳齒的寬度為3 — 5mm，兩個(gè)相鄰梳齒的中心間距為5 — 7mm，整個(gè)梳齒占空比范圍為0.5—0.7。
[0008]所述整個(gè)梳齒外部包裹有聚酰亞胺絕緣材料；所述聚酰亞胺表面絕緣材料的厚度為 0.08一0.12mm。
[0009]所述履帶框架上還設(shè)有履帶張緊機(jī)構(gòu)，其設(shè)有彈簧阻尼器、張緊輪、張緊連接板，所述張緊輪連接在履帶框架上或張緊連接板上；所述兩側(cè)的張緊連接板上一端開有長條孔，長條孔中裝有連接銷，通過該連接銷連接從動輪，張緊連接板另一端與彈簧阻尼器連接；彈簧阻尼器另一端連接在履帶框架上。
[0010]本發(fā)明由控制傳輸t吳塊和攝像頭組成控制監(jiān)視系統(tǒng)；攝像頭可以為兩自由度的360攝像頭。
[0011]本發(fā)明在靜電發(fā)生器的作用下產(chǎn)生高壓靜電，激發(fā)墻面與梳齒型履帶之間產(chǎn)生異性電荷，使監(jiān)控機(jī)器人吸附于墻體表面。在雙驅(qū)動電機(jī)提供動力及適時(shí)差速、反轉(zhuǎn)、抱死的條件下，能夠在墻面上靈活的實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)向和懸停，并通過無線信號實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和視頻傳輸，實(shí)現(xiàn)高空監(jiān)控。本發(fā)明采用的柔性梳齒型雙極性履帶，大大提高了吸附效率和負(fù)載能力，吸附能力可達(dá)到同規(guī)格涂鍍型履帶吸附能力的3.33倍，負(fù)載能力強(qiáng)；其采用雙電機(jī)驅(qū)動雙履帶的方式行走，通過兩電機(jī)差速控制左、右履帶轉(zhuǎn)速的不同，從而實(shí)現(xiàn)斜向行走和零半徑轉(zhuǎn)彎動作，克服現(xiàn)存設(shè)備只能直線行走的缺陷，運(yùn)動更加靈活；本發(fā)明采用整套無線監(jiān)控技術(shù)與爬壁機(jī)器人技術(shù)集成，增添了爬壁機(jī)器人監(jiān)控的使用功能。對照現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)動靈活，噪聲低，成本低廉，在反恐偵查、高樓探測等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0013]圖1是本發(fā)明組成結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2為本發(fā)明中履帶的截面示意圖。
[0015]圖3是本發(fā)明中驅(qū)動電機(jī)和主動輪連接的局部放大示意圖。
[0016]圖4是本發(fā)明中張緊機(jī)構(gòu)的局部放大示意圖。
[0017]圖中標(biāo)號是:1.履帶，2.攝像頭，3.從動輪，4.張緊連接板，5.彈簧阻尼器，6.張緊輪，7.履帶框架，8.主動輪，9.電刷，10.皮帶，11.皮帶輪，12.驅(qū)動電機(jī)，13.靜電發(fā)生器，14.電池組,15.控制傳輸模塊。

【具體實(shí)施方式】
[0018]如圖1所示，一種雙履帶爬壁監(jiān)控機(jī)器人，其設(shè)有基座，基座中間固定安裝有靜電發(fā)生器13、電池組14、控制傳輸模塊15、攝像頭2和一對驅(qū)動電機(jī)12。電池組14為靜電發(fā)生器13供電。靜電發(fā)生器13的正負(fù)極經(jīng)由導(dǎo)線分別與正負(fù)電刷9相連?；膬蓚?cè)對稱設(shè)有一對履帶框架7，每一履帶框架7上設(shè)有用來帶動履帶I轉(zhuǎn)動的主動輪8和從動輪3，主動輪8內(nèi)側(cè)設(shè)有皮帶輪11，主動輪8通過皮帶10和皮帶輪11由相應(yīng)的驅(qū)動電機(jī)12帶動轉(zhuǎn)動；履帶I覆蓋在履帶框架7上主動輪8和從動輪3之間，構(gòu)成雙履帶結(jié)構(gòu)。
[0019]如圖2所示，所述履帶I為柔性梳齒型雙極性履帶，其兩側(cè)設(shè)有齒根1-1，中間平行設(shè)有若干分別與兩側(cè)齒根相連的梳齒1-2，梳齒外部包裹有聚酰亞胺絕緣材料1-3。所述履帶上梳齒的寬度為3 — 5mm，兩個(gè)相鄰梳齒的中心間距為5 — 7mm，整個(gè)梳齒占空比為0.5—
0.7。所述整個(gè)梳齒外部包裹有聚酰亞胺絕緣材料；所述聚酰亞胺表面絕緣材料的厚度為
0.08—0.12mm。所述的履帶I的外部主體材料為聚酰亞胺絕緣材料1_3，該絕緣材料1_3內(nèi)包覆兩列面對面放置的銅質(zhì)梳齒1-2和齒根1-1 ;銅質(zhì)梳齒1-2部分完全由聚酰亞胺絕緣材料1-3包裹，用于吸附在墻面上，而齒根1-1則暴露在空氣中。每一履帶框架上分別固接有一對電刷，其端部與履帶I暴露在空氣中的齒根1-1相接觸。
[0020]所述履帶I的齒根1-1與設(shè)置在履帶框架上的電刷9直接接觸；靜電發(fā)生器13經(jīng)由導(dǎo)線、電刷9與履帶I連接，使履帶I的齒根1-1及梳齒1-2分別攜帶高壓正負(fù)靜電；梳齒1-2攜帶高壓靜電后，激發(fā)墻壁產(chǎn)生感應(yīng)電荷，從而產(chǎn)生庫倫吸附作用力，使整個(gè)監(jiān)控機(jī)器人吸附在墻壁上。
[0021]如圖3所示，本發(fā)明采用雙電機(jī)驅(qū)動，驅(qū)動電機(jī)12固定在基座中間或固定在履帶框架7上，與皮帶輪11相連，皮帶輪11外周圍繞皮帶10，通過皮帶傳動將動力輸出到主動輪8 ;兩個(gè)驅(qū)動電機(jī)12在控制傳輸模塊15的控制下實(shí)現(xiàn)差速轉(zhuǎn)動，從而實(shí)現(xiàn)差速動作。
[0022]如圖4所示，所述履帶框架7上還設(shè)有履帶張緊機(jī)構(gòu)，其設(shè)有彈簧阻尼器5、張緊輪
6、張緊連接板4，所述張緊輪6連接在履帶框架7上或張緊連接板6上；所述兩側(cè)的張緊連接板6上一端開有長條孔，長條孔中裝有連接銷，通過該連接銷連接從動輪3，張緊連接板4另一端與彈簧阻尼器5連接；彈簧阻尼器5另一端連接在履帶框架7上。彈簧阻尼器5通過張緊連接板4將彈力傳遞給從動輪3，使從動輪3在長條孔上竄動，張緊履帶I。所述的從動輪3、張緊輪6、主動輪8通過滾動軸承連接在履帶框架7上，在三個(gè)輪子的外周覆蓋履帶I。
[0023]本發(fā)明由控制傳輸t旲塊15和攝像頭2組成控制監(jiān)視系統(tǒng)；攝像頭2可以為兩自由度的360°攝像頭。攝像頭2在控制傳輸模塊15的控制下實(shí)現(xiàn)俯仰和水平轉(zhuǎn)動。
[0024]本發(fā)明工作原理是:靜電發(fā)生器13產(chǎn)生60kV的正負(fù)靜電，經(jīng)由導(dǎo)線、電刷9的傳遞，使履帶I的齒根1-1及梳齒1-2分別攜帶高壓正負(fù)靜電；梳齒1-2攜帶高壓靜電后，激發(fā)墻壁產(chǎn)生感應(yīng)電荷，從而產(chǎn)生庫倫吸附作用力，使整個(gè)監(jiān)控機(jī)器人吸附在墻壁上；雙驅(qū)動電機(jī)旋轉(zhuǎn)，通過皮帶傳動將旋轉(zhuǎn)動力輸出給主動輪8，從而驅(qū)動履帶I運(yùn)轉(zhuǎn)，使機(jī)器人在墻壁上爬行；在控制傳輸模塊15的控制下，雙驅(qū)動電機(jī)進(jìn)行同速旋轉(zhuǎn)、差速旋轉(zhuǎn)、反向旋轉(zhuǎn)和抱死，從而實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、斜向前進(jìn)、零半徑旋轉(zhuǎn)和懸停動作；控制傳輸模塊15同時(shí)輸出兩路攝像頭2控制信號，由此控制攝像頭2實(shí)現(xiàn)兩自由度轉(zhuǎn)動。
[0025]本發(fā)明采用的柔性梳齒型雙極性履帶，大大提高了吸附效率和負(fù)載能力，吸附能力可達(dá)到同規(guī)格涂鍍型履帶吸附能力的3.33倍，負(fù)載能力強(qiáng)；本發(fā)明通過雙履帶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使機(jī)器人在壁面靈活運(yùn)動，尤其能通過控制雙電機(jī)差速使監(jiān)控機(jī)器人在墻壁上斜向行駛；而控制一個(gè)電機(jī)正轉(zhuǎn)、另一電機(jī)反轉(zhuǎn)使機(jī)器人在墻壁上零半徑旋轉(zhuǎn)。這樣，通過兩電機(jī)差速控制左、右履帶轉(zhuǎn)速的不同，從而實(shí)現(xiàn)斜向行走和零半徑轉(zhuǎn)彎動作，克服現(xiàn)存設(shè)備只能直線行走的缺陷，運(yùn)動更加靈活。本發(fā)明采用整套無線監(jiān)控技術(shù)與爬壁機(jī)器人技術(shù)集成，增添了爬壁機(jī)器人監(jiān)控的使用功能。其結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)動靈活，噪聲低，成本低廉，在反恐偵查、高樓探測等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
【權(quán)利要求】
1.一種雙履帶爬壁監(jiān)控機(jī)器人，其設(shè)有基座，基座中間固定安裝有靜電發(fā)生器、電池組、控制傳輸模塊、攝像頭和一對驅(qū)動電機(jī)；其特征在于:基座兩側(cè)對稱設(shè)有一對履帶框架，每一履帶框架上設(shè)有用來帶動履帶轉(zhuǎn)動的主動輪和從動輪，主動輪內(nèi)側(cè)設(shè)有皮帶輪，主動輪通過皮帶和皮帶輪由相應(yīng)的驅(qū)動電機(jī)帶動轉(zhuǎn)動；履帶覆蓋在履帶框架上主動輪和從動輪之間；所述履帶為柔性梳齒型雙極性履帶，其兩側(cè)設(shè)有齒根，中間平行設(shè)有若干分別與兩側(cè)齒根相連的梳齒，梳齒外部包裹有聚酰亞胺絕緣材料；所述履帶的齒根與設(shè)置在履帶框架上的電刷直接接觸；靜電發(fā)生器經(jīng)由導(dǎo)線、電刷與履帶連接，使履帶的齒根及梳齒分別攜帶高壓正負(fù)靜電；梳齒激發(fā)墻壁產(chǎn)生感應(yīng)電荷，進(jìn)而產(chǎn)生庫倫吸附作用力，使整個(gè)監(jiān)控機(jī)器人吸附在墻壁上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙履帶爬壁監(jiān)控機(jī)器人，其特征在于:所述履帶上梳齒的寬度為3 — 5mm，兩個(gè)相鄰梳齒的中心間距為5 — 7mm，整個(gè)梳齒占空比范圍為0.5—0.7。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙履帶爬壁監(jiān)控機(jī)器人，其特征在于:所述整個(gè)梳齒外部包裹有聚酰亞胺絕緣材料；所述聚酰亞胺表面絕緣材料的厚度為0.08一0.12mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙履帶爬壁監(jiān)控機(jī)器人，其特征在于:所述履帶框架上還設(shè)有履帶張緊機(jī)構(gòu)，其設(shè)有彈簧阻尼器、張緊輪、張緊連接板，所述張緊輪連接在履帶框架上或張緊連接板上；所述兩側(cè)的張緊連接板上一端開有長條孔，長條孔中裝有連接銷，通過該連接銷連接從動輪，張緊連接板另一端與彈簧阻尼器連接；彈簧阻尼器另一端連接在履帶框架上。
【文檔編號】B62D55/06GK104071249SQ201410329572
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年7月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月11日
【發(fā)明者】樊士冉, 徐吉, 張廣超, 宋希韜, 陳益信 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）