本發(fā)明涉及一種負(fù)壓吸附爬壁機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種具有壁面轉(zhuǎn)換功能的越障爬壁機(jī)器人。

背景技術(shù)：

爬壁機(jī)器人把地面移動技術(shù)和吸附技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來，可以攜帶專門的工具，代替人類在距地面有一定高度的建筑、工業(yè)設(shè)施等豎直壁面上工作，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)、救援、偵查、壁面清潔等領(lǐng)域。目前爬壁機(jī)器人主要采用磁吸附、仿生吸附、和負(fù)壓吸附等壁面吸附技術(shù)。磁吸附能夠產(chǎn)生很大的吸附力，但是在非磁性的材質(zhì)壁面將形成不了吸附力，適用范圍受到很大的局限性；仿生吸附材對灰塵等污染物較敏感，實(shí)用性較差；負(fù)壓吸附方式適用于各種不同材質(zhì)的壁面，使用和維護(hù)較方便，因此得到了較廣泛的應(yīng)用。爬壁機(jī)器人的出現(xiàn)可以使人類避免從事危險(xiǎn)的高空陡壁作業(yè)，不僅提高了工作效率，節(jié)約了成本，而且可以改善了操作人員的工作環(huán)境。

申請?zhí)枮?01520825743.2的中國專利公開了一種新型組合式可轉(zhuǎn)角爬壁機(jī)器人，包括兩個爬壁機(jī)器人和一個轉(zhuǎn)角機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)在不同壁面之間的轉(zhuǎn)換，但是僅靠一個轉(zhuǎn)角機(jī)構(gòu)無法跨越墻壁上的凸起障礙，并且，兩機(jī)器人前后輪距較大，依靠輪子差動轉(zhuǎn)向非常不便。

申請?zhí)枮?01010217822.7的中國專利公開了一種模塊化的仿生爬壁機(jī)器人，采用負(fù)壓真空吸附形式，由關(guān)節(jié)模塊和真空吸附模塊組成，具有一定的越障能力，但移動緩慢，真空吸附對壁面光潔度要求較高，當(dāng)墻壁上有破損或溝槽時(shí)，吸附功能將無法使用，無法在不平整及磚墻上使用，使用范圍受到限制。

總之，目前存在的多數(shù)爬壁機(jī)器人只能在單一墻面上作業(yè)，對不同材質(zhì)壁面的適應(yīng)性差，跨越墻壁上障礙能力較弱，雖然有的爬壁機(jī)器人可以完成在不同壁面之間的轉(zhuǎn)換，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在壁面上轉(zhuǎn)向不方便，并且移動速度較為緩慢。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)存在的不足，提出一種具有壁面轉(zhuǎn)換功能的越障爬壁機(jī)器人，機(jī)器人可在不同壁面之間轉(zhuǎn)換，能夠跨越墻壁上的大的凸起和溝槽障礙，并且可在墻壁上靈活移動和轉(zhuǎn)彎，機(jī)器人可以穩(wěn)定吸附在不同材質(zhì)壁面上，并可單獨(dú)拆分為單體機(jī)器人，以適應(yīng)不同的工作環(huán)境和要求。

為達(dá)到上述發(fā)明創(chuàng)造目的，本發(fā)明采用如下發(fā)明構(gòu)思：

考慮到爬壁機(jī)器人能夠跨越障礙并在兩個相鄰的墻壁之間轉(zhuǎn)換，爬壁機(jī)器人采用兩個單體機(jī)器人組合的形式，兩個單體爬壁機(jī)器人之間通過俯仰偏擺機(jī)構(gòu)連接，俯仰偏擺機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)單體機(jī)器人的上下俯仰和左右偏擺動作，兩個單體爬壁機(jī)器人在墻壁上的吸附和脫開配合俯仰偏擺機(jī)構(gòu)的動作實(shí)現(xiàn)爬壁機(jī)器人的越障和壁面轉(zhuǎn)換功能。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種具有壁面轉(zhuǎn)換功能的越障爬壁機(jī)器人，包括兩個單體爬壁機(jī)器人和俯仰偏擺機(jī)構(gòu)，兩個單體爬壁機(jī)器人之間通過中間的俯仰偏擺機(jī)構(gòu)連接，所述單體爬壁機(jī)器人包括無刷電機(jī)、電機(jī)底座、電機(jī)支撐架、離心風(fēng)頁、機(jī)器人殼體、運(yùn)動機(jī)構(gòu)、彈性密封墊，所述無刷電機(jī)頂端與所述電機(jī)底座連接，所述電機(jī)支撐架一端通過螺釘與電機(jī)底座連接，另一端與機(jī)器人殼體連接，所述彈性密封墊膠接于機(jī)器人殼體底部，所述離心風(fēng)頁通過螺釘固定連接于無刷電機(jī)上，所述運(yùn)動機(jī)構(gòu)安裝于機(jī)器人殼體空腔內(nèi)。

所述俯仰偏擺機(jī)構(gòu)包括俯仰舵機(jī)、偏擺舵機(jī)、支撐架、第一直角連接架、第二直角連接架、第一軸承、第二軸承、第三軸承、第四軸承、第一連接支撐架、第二連接支撐架、俯仰軸連接鍵、偏擺軸連接鍵、第一透蓋、第二透蓋、第一悶蓋、第二悶蓋、俯仰臺階軸、偏擺臺階軸、俯仰連桿、偏擺連桿，所述第一直角連接架一端與前單體爬壁機(jī)器人殼體連接，另一端與第一連接支撐架連接，第一連接支撐架與俯仰連桿通過螺紋連接，俯仰連桿與俯仰臺階軸通過俯仰軸連接鍵連接，第一軸承和第二軸承過盈連接于俯仰臺階軸的兩端，所述俯仰臺階軸為空心軸結(jié)構(gòu)，開有內(nèi)齒輪，俯仰舵機(jī)與支撐架通過螺栓連接，俯仰舵機(jī)輸出軸與俯仰臺階軸同軸，與俯仰臺階軸通過內(nèi)嚙合齒輪連接，俯仰舵機(jī)驅(qū)動俯仰臺階軸轉(zhuǎn)動；所述第一透蓋和第一悶蓋通過螺栓與支撐架相連；所述第二直角連接架一端與后單體爬壁機(jī)器人殼體連接，另一端與第二連接支撐架連接，第二連接支撐架與偏擺連桿通過螺紋連接，偏擺連桿與偏擺臺階軸通過偏擺軸連接鍵連接，第三軸承和第四軸承過盈連接于偏擺臺階軸的兩端，所述偏擺臺階軸為空心軸結(jié)構(gòu)，開有內(nèi)齒輪，偏擺舵機(jī)與支撐架通過螺栓連接，偏擺舵機(jī)輸出軸與偏擺臺階軸同軸，與偏擺臺階軸通過內(nèi)嚙合齒輪連接，偏擺舵機(jī)驅(qū)動偏擺臺階軸轉(zhuǎn)動；所述第二透蓋和第二悶蓋通過螺栓與支撐架相連。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：（1）爬壁機(jī)器人通過俯仰偏擺機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的上下俯仰和左右偏擺的動作，轉(zhuǎn)彎靈活，可以跨越墻壁上的較大的凸起和障礙，完成任意角度相接的兩不同壁面之間的轉(zhuǎn)換，擴(kuò)大了機(jī)器人在墻壁上的活動范圍；（2）機(jī)器人采用帶有防滑橡膠層的履帶作為運(yùn)動機(jī)構(gòu)，對粗糙和不平整的墻壁表面適應(yīng)能力強(qiáng)，運(yùn)行平穩(wěn)，運(yùn)動速度較快；（3）采用負(fù)壓吸附的方式，密封機(jī)構(gòu)為具有一定彈性和柔性的密封墊，可有效減少墻壁上的凹槽和凸起對密封性能的影響，壁面適應(yīng)性強(qiáng)，可以應(yīng)用在多種不同材質(zhì)和類型的壁面上；（4）機(jī)器人采用模塊化的設(shè)計(jì)，由兩個單體爬壁機(jī)器人和俯仰偏擺機(jī)構(gòu)組成，在必要情況下，可以拆分為兩個獨(dú)立的單體爬壁機(jī)器人各自執(zhí)行任務(wù)，工作效率和靈活性將大大提高；（5）機(jī)器人本體材料采用質(zhì)量較輕的碳纖維和塑料制作，整體重量較輕，良好的密封機(jī)構(gòu)和運(yùn)動機(jī)構(gòu)使爬壁機(jī)器人具有較大的負(fù)載自重比，可搭載攝像頭、救援設(shè)備和檢測設(shè)備等進(jìn)行作業(yè)，在偵查、搜救、和壁面檢測等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種具有壁面轉(zhuǎn)換功能的越障爬壁機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本發(fā)明一種具有壁面轉(zhuǎn)換功能的越障爬壁機(jī)器人的俯仰偏擺機(jī)構(gòu)爆炸圖。

圖3為本發(fā)明一種具有壁面轉(zhuǎn)換功能的越障爬壁機(jī)器人接近墻壁上障礙的示意圖。

圖4為本發(fā)明一種具有壁面轉(zhuǎn)換功能的越障爬壁機(jī)器人前部單體機(jī)器人抬起示意圖。

圖5為本發(fā)明一種具有壁面轉(zhuǎn)換功能的越障爬壁機(jī)器人前部單體機(jī)器人越過墻壁上障礙的示意圖。

圖6為本發(fā)明一種具有壁面轉(zhuǎn)換功能的越障爬壁機(jī)器人后部單體機(jī)器人抬起示意圖。

圖7為本發(fā)明一種具有壁面轉(zhuǎn)換功能的越障爬壁機(jī)器人后部單體機(jī)器人越過墻壁上障礙的示意圖。

圖8為本發(fā)明一種具有壁面轉(zhuǎn)換功能的越障爬壁機(jī)器人在墻壁上向上前進(jìn)示意圖。

圖9為本發(fā)明一種具有壁面轉(zhuǎn)換功能的越障爬壁機(jī)器人在墻壁上90°右轉(zhuǎn)彎示意圖。

圖10為本發(fā)明一種具有壁面轉(zhuǎn)換功能的越障爬壁機(jī)器人在墻壁上向右前進(jìn)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請參閱圖1～2，本發(fā)明實(shí)施例中，一種具有壁面轉(zhuǎn)換功能的越障爬壁機(jī)器人，包括兩個單體爬壁機(jī)器人和俯仰偏擺機(jī)構(gòu)4，兩個單體爬壁機(jī)器人之間通過中間的俯仰偏擺機(jī)構(gòu)4連接，所述單體爬壁機(jī)器人包括無刷電機(jī)6、電機(jī)底座5、電機(jī)支撐架8、離心風(fēng)頁7、機(jī)器人殼體2、運(yùn)動機(jī)構(gòu)1、彈性密封墊3，所述無刷電機(jī)6頂端與所述電機(jī)底座5連接，所述電機(jī)支撐架8一端通過螺釘與電機(jī)底座5連接，另一端與機(jī)器人殼體2連接，所述彈性密封墊3膠接于機(jī)器人殼體2底部，所述離心風(fēng)頁7通過螺釘固定連接于無刷電機(jī)6上，與無刷電機(jī)6一起轉(zhuǎn)動，離心風(fēng)頁7的轉(zhuǎn)動可將機(jī)器人殼體2內(nèi)部的空氣抽出，使機(jī)器人殼體2內(nèi)部形成負(fù)壓，從而使機(jī)器人吸附在墻壁上。

如圖2所示，所述俯仰偏擺機(jī)構(gòu)4包括俯仰舵機(jī)17、偏擺舵機(jī)27、支撐架29、第一直角連接架21、第二直角連接架9、第一軸承22、第二軸承24、第三軸承12、第四軸承14、第一連接支撐架20、第二連接支撐架10、俯仰軸連接鍵26、偏擺軸連接鍵16、第一透蓋18、第二透蓋28、第一悶蓋25、第二悶蓋15、俯仰臺階軸23、偏擺臺階軸13、俯仰連桿19、偏擺連桿11，所述第一直角連接架21一端與前單體爬壁機(jī)器人殼體2連接，另一端與第一連接支撐架20連接，第一連接支撐架20與俯仰連桿19通過螺紋連接，俯仰連桿19與俯仰臺階軸23通過俯仰軸連接鍵26連接，第一軸承22和第二軸承24過盈連接于俯仰臺階軸23的兩端，所述俯仰臺階軸23為空心軸結(jié)構(gòu)，開有內(nèi)齒輪，俯仰舵機(jī)17與支撐架29通過螺栓連接，俯仰舵機(jī)輸出軸與俯仰臺階軸19同軸，與俯仰臺階軸19通過內(nèi)嚙合齒輪連接，俯仰舵機(jī)17驅(qū)動俯仰臺階軸23轉(zhuǎn)動；所述第一透蓋18和第一悶蓋25通過螺栓與支撐架29相連；所述第二直角連接架9一端與后單體爬壁機(jī)器人殼體2連接，另一端與第二連接支撐架10連接，第二連接支撐架10與偏擺連桿11通過螺紋連接，偏擺連桿11與偏擺臺階軸13通過偏擺軸連接鍵16連接，第三軸承12和第四軸承14過盈連接于偏擺臺階軸13的兩端，所述偏擺臺階軸13為空心軸結(jié)構(gòu)，開有內(nèi)齒輪，偏擺舵機(jī)27與支撐架29通過螺栓連接，偏擺舵機(jī)輸出軸與偏擺臺階軸13同軸，與偏擺臺階軸13通過內(nèi)嚙合齒輪連接，偏擺舵機(jī)27驅(qū)動偏擺臺階軸13轉(zhuǎn)動；所述第二透蓋28和第二悶蓋15通過螺栓與支撐架29相連。

俯仰舵機(jī)17驅(qū)動俯仰臺階軸23轉(zhuǎn)動，通過俯仰連接鍵26帶動俯仰連桿19轉(zhuǎn)動，從而實(shí)現(xiàn)單體的爬壁機(jī)器人繞俯仰臺階軸23的軸心轉(zhuǎn)動，完成爬壁機(jī)器人的跨越障礙和在不同壁面間的轉(zhuǎn)換功能。偏擺舵機(jī)27驅(qū)動偏擺臺階軸13轉(zhuǎn)動，通過偏擺連接鍵16帶動偏擺連桿11轉(zhuǎn)動，從而實(shí)現(xiàn)單體的爬壁機(jī)器人繞偏擺臺階軸13的軸心轉(zhuǎn)動，完成爬壁機(jī)器人在壁面上的轉(zhuǎn)彎動作。

爬壁機(jī)器人運(yùn)動機(jī)構(gòu)1為履帶式驅(qū)動機(jī)構(gòu)，履帶外裝有防滑橡膠層，履帶安裝在爬壁機(jī)器人殼體內(nèi)部。

如圖3~7所示，為本發(fā)明一種具有壁面轉(zhuǎn)換功能的越障爬壁機(jī)器人翻越墻壁上障礙的過程示意圖，當(dāng)機(jī)器人接近障礙時(shí)，首先使后部單體爬壁機(jī)器人吸附在墻壁上，前部單體爬壁機(jī)器人從墻壁上吸附脫開，俯仰舵機(jī)17帶動前部單體爬壁機(jī)器人轉(zhuǎn)動一定角度使前部單體爬壁機(jī)器人高于障礙物的高度，后部單體爬壁機(jī)器人向前移動使前部單體爬壁機(jī)器人越過障礙；然后，俯仰舵機(jī)17反向轉(zhuǎn)動復(fù)位，前部單體爬壁機(jī)器人與壁面接觸并吸附在墻壁上，后部單體爬壁機(jī)器人與墻壁吸附脫開，俯仰舵機(jī)17帶動后部單體爬壁機(jī)器人轉(zhuǎn)動一定角度使后部單體爬壁機(jī)器人高于障礙物的高度，前部單體爬壁機(jī)器人向前移動使后部單體爬壁機(jī)器人越過障礙；最后，俯仰舵機(jī)17再次反向轉(zhuǎn)動復(fù)位，后部單體爬壁機(jī)器人與壁面接觸并吸附在墻壁上，翻越墻壁上障礙的過程完成，前后兩個爬壁機(jī)器人同時(shí)吸附在壁面上繼續(xù)正常行走。

如圖8~10所示，為本發(fā)明一種具有壁面轉(zhuǎn)換功能的越障爬壁機(jī)器人在墻壁上90°右轉(zhuǎn)彎的過程示意圖，首先，后部單體爬壁機(jī)器人吸附在墻壁上，前部的單體爬壁機(jī)器人無刷電機(jī)停止工作使前部單體爬壁機(jī)器人從墻壁上吸附脫開，偏擺舵機(jī)27帶動前部單體爬壁機(jī)器人順時(shí)針轉(zhuǎn)動90°；然后，前部單體爬壁機(jī)器人吸附在壁面上，后部單體爬壁機(jī)器人從墻壁上吸附脫開，偏擺舵機(jī)27帶動后部單體爬壁機(jī)器人順時(shí)針轉(zhuǎn)動相同的角度使前后單體爬壁機(jī)器人在同一條直線上；最后，后部單體爬壁機(jī)器人吸附在壁面上，機(jī)器人完成在墻壁上的90°右轉(zhuǎn)彎動作，前后兩個爬壁機(jī)器人同時(shí)吸附在墻壁上并向右前進(jìn)。