爬玻璃机器人的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种爬玻璃机器人，包括基于机架设置的行走部件和转向部件，所述行走部件包括腿部装置和腿部控制装置，沿行走方向，所述腿部装置于机架底部左、右设置两排，每排前、后两个，所述腿部控制装置于腿部装置的中间位置设置；所述腿部装置包括脚架、基于脚架设置的支撑腿、行走吸盘、抬放脚杠杆、推拉行走杆、滑块和行走凸轮，所述腿部控制装置包括中心转轴、拉杆、拉杆联动凸轮、拉杆单动凸轮、凸轮切换杠杆和切换凸轮，所述转向部件包括支撑轴、支撑轴升降凸轮、杠杆式拨叉、连接架和转向吸盘。本实用新型的行走和转向分别靠两个电机来驱动，整个机构只需四个电机，其余全靠机械结构来实现，电机数量少，控制方便、简单。
【专利说明】爬玻璃机器人
(-)【技术领域】:
[0001]本实用新型涉及机器人技术，具体为一种爬玻璃机器人。
(二)【背景技术】:
[0002]随着社会现代化的发展，城市中高层建筑日益增多，很多建筑外表都是玻璃幕墙，玻璃幕墙美观、透光性好，但是对玻璃幕墙的清洗却十分困难。
[0003]人工清洗效率低，危险性高。随着机器人技术的发展，用机器人来代替人工清洗正逐渐被人们所重视。
[0004]因为现有的机器人存在体积大、重量大、成本高等缺点，所以目前这类机器人并没有被普及应用。
(三)实用新型内容:
[0005]本实用新型的目的即所要解决的技术问题是提供一种于玻璃幕墙上行走灵活、控制方便的爬玻璃机器人。
[0006]能够实现上述目的的爬玻璃机器人，包括基于机架设置的行走部件，所述行走部件包括腿部装置和腿部控制装置，沿行走方向，所述腿部装置于机架底部左、右设置两排，每排前、后两个，所述腿部控制装置于腿部装置的中心位置设置。
[0007]所述腿部装置包括脚架、基于脚架设置的支撑腿、行走吸盘、抬放脚杠杆、推拉行走杆、滑块和行走凸轮，所述滑块设于脚架内开设的与行走方向一致的行走滑槽中，所述推拉行走杆一端与滑块连接，所述支撑腿设于滑块上开设的与行走滑槽垂直的抬放脚滑槽中，所述行走吸盘安装于支撑腿的伸出端，所述抬放脚滑槽中设有固定支撑腿的锁紧机构，所述抬放脚杠杆的一端沿杆体方向的宽槽与支撑腿的内端轴销连接，所述行走凸轮内部开设的抬放脚导向槽和推拉导向槽分别连接抬放脚杠杆和推拉行走杆的另一端，所述支撑腿上还设有配合行走吸盘于玻璃幕墙上吸放的吸放气机构；所述吸放气机构包括放气提升块和设于行走吸盘上的封气阀，所述放气提升块通过销轴和抬放脚杠杆上的窄槽连接，并同时和支撑腿内端上沿腿体方向的滑槽配合，所述窄槽平行开设于宽槽上方，放气提升块用线通过滑块上的孔和行走吸盘上的封气阀连接。
[0008]所述腿部装置的行走方式:首先是抬放脚杠杆带动支撑腿抬起(在支撑腿抬起之前放气提升块已随着抬放脚杠杆的抬起通过连接于封气阀上的线将封气阀抬起，此时空气可以自由进入行走吸盘内，从而解除行走吸盘对玻璃幕墙的吸附)，推拉行走杆推动支撑腿前行一步，前行到位后抬放脚杠杆带动支撑腿落下，行走吸盘压在玻璃上，在此过程中由于行走吸盘内气压增大，空气自动从吸放气孔排出，当支撑腿全部落下后，由于重力的作用导致行走吸盘内部的气压比正常大气压低，所以位于吸放气孔处的封气阀自动吸合，此时行走吸盘吸附于玻璃幕墙上；所述抬放脚杠杆和推拉行走杆的动作由行走凸轮上的抬放脚导向槽和推拉导向槽分别控制。
[0009]所述腿部控制装置包括中心转轴、拉杆、拉杆单动凸轮、拉杆联动凸轮、凸轮切换杠杆和切换凸轮，所述中心转轴同轴固连中心转轴从动齿轮，所述拉杆单动凸轮与拉杆联动凸轮为同轴双联凸轮，所述双联凸轮与中心转轴花键连接(可轴向滑动)，四根拉杆呈辐射状设于双联凸轮与脚架之间，拉杆的内端对应于拉杆单动凸轮和拉杆联动凸轮上开设的对拉杆起到外推和回拉作用的导向槽，拉杆的外端设有与行走齿轮啮合的齿条，所述行走齿轮和齿轮支撑轴通过棘轮机构连接，齿轮支撑轴通过万向节与行走凸轮的转轴连接，所述凸轮切换杠杆的一端连接双联凸轮，所述切换凸轮上开设的切换槽连接凸轮切换杠杆的一另端。
[0010]所述腿部控制装置的控制方式:所述行走凸轮的转动由拉杆的同步直线运动实现，而拉杆的同步直线运动受控于拉杆单动凸轮与拉杆联动凸轮，拉杆单动凸轮实现支撑腿的行走，拉杆联动凸轮实现机架的移动；所述凸轮切换杠杆和切换凸轮实现拉杆单动凸轮与拉杆联动凸轮对拉杆的分别控制，具体为凸轮切换杠杆拨动双联凸轮，使拉杆单动凸轮或者拉杆联动凸轮控制拉杆运动。
[0011]进一步的设计还包括基于机架设置的转向部件，所述转向部件包括支撑轴、支撑轴升降凸轮、杠杆式拨叉、连接架和转向吸盘，所述支撑轴贯通中心转轴的中心，支撑轴顶部同轴花键连接支撑轴从动齿轮，所述支撑轴从动齿轮被设于机架上的连接架支撑，所述转向吸盘安装于支撑轴的底端，所述杠杆式拨叉一端连接支撑轴上的凹口，所述凹口的轴向距离大于杠杆式拨叉的厚度，所述支撑轴升降凸轮的支撑轴移动导向槽连接杠杆式拨叉的另一端，所述支撑轴上还设有配合行走吸盘于玻璃上吸放的吸放气机构；所述吸放气机构包括封气杆、放气杆和转向吸盘的排气口，所述封气杆贯通支撑轴的轴孔，封气杆的底端对应于转向吸盘的排气口，封气杆的顶端通过放气杆连接杠杆式拨叉。
[0012]所述转向部件的转向方式:所述支撑轴升降凸轮和杠杆式拨叉带动支撑轴落下，将转向吸盘压在玻璃上，吸放气机构放气，转向吸盘吸附于玻璃上，之后支撑腿全部抬起；所述支撑轴转动，通过连接架带动机架(连同行走部件)旋转而实现转向，转向完毕，支撑腿全部落下，吸放气机构进气，支撑轴抬起转向吸盘。
[0013]所述中心转轴从动齿轮和支撑轴从动齿轮分别通过中心转轴主动齿轮和支撑轴主动齿轮连接对应设置的电机，所述支撑轴升降凸轮和切换凸轮的驱动动力分别为对应设置的电机。
[0014]转向时为能独立支撑整个重量，所述转向吸盘的吸附面积大于或等于行走吸盘总的吸附面积。
[0015]本实用新型的有益效果:
[0016]1、本实用新型爬玻璃机器人具有体积小、重量轻的特点。
[0017]2、可以在本实用新型上增设附属机构而实现相关工作，如配备清洗机构对玻璃幕墙进行清洗，或者附加上检测装置对玻璃幕墙进行检测。
[0018]3、本实用新型采用橡胶吸盘，用大气压将其吸附在玻璃幕墙上，吸盘的吸气和放气采用纯机械结构，控制方便，可靠性高，
[0019]4、本实用新型的行走和转向分别靠两个电机来驱动，整个机构只有四个电机，其余全靠机械结构来实现，电机数量少，控制方便、简单。
(四)【专利附图】
【附图说明】:[0020]图1为本实用新型一种实施方式的结构示意图。
[0021]图2为图1实施方式的轴测图(从上侧位观看)。
[0022]图3为图1实施方式的轴测图(从下侧位观看)。
[0023]图号标识:1、机架；2、脚架；3、支撑腿；4、行走吸盘；5、抬放脚杠杆；6、推拉行走杆；7、行走凸轮；8、滑块；9、电磁锁紧器；10、中心转轴；11、拉杆；12、拉杆单动凸轮；13、拉杆联动凸轮；14、万向节；15、行走齿轮；16、齿条；17、凸轮切换杠杆；18、切换凸轮；19、支撑轴；20、支撑轴从动齿轮；21、支撑轴升降凸轮；22、杠杆式拨叉；23、转向吸盘；24、连接架；25、中心转轴从动齿轮；26、棘轮机构；27、放气提升块；28、支架；29、封气杆；30、放气杆；31、齿轮支撑轴。
(五)【具体实施方式】:
[0024]下面结合附图所示实施方式对本实用新型的技术方案作进一步说明。
[0025]本实用新型爬玻璃机器人包括基于机架I设置的行走部件和转向部件，所述机架I为方形框体，其主要作用是作为行走部件和转向部件的支撑和安装基础，所述行走部件主要包括腿部装置和腿部控制装置两大部分，所述腿部装置于机架I底部四角处设置，所述腿部控制装置于机架I的中心位置设置，如图2、图3所示。
[0026]所述腿部装置包括脚架2、基于脚架2设置的支撑腿3、行走吸盘4、抬放脚杠杆5、推拉行走杆6、行走凸轮7和滑块8。四个脚架2于机架I底部四角处安装成为左、右两排，每排前、后两个，脚架2向下贯通的前后向通槽内开设有前后向的行走滑槽，所述行走滑槽的前后方向即为行走方向，所述滑块8滑动配合于脚架2的行走滑槽内，所述支撑腿3滑动置于滑块8上开设的与行走滑槽垂直的抬放脚滑槽中，所述抬放脚滑槽中设有对支撑腿3锁紧的电磁锁紧器9(当支撑腿3放下后用来锁紧支撑腿3)，所述行走吸盘4安装于支撑腿3向外的伸出端；所述行走凸轮7通过棘轮机构26于脚架2的通槽内设置，前、后脚架2的行走凸轮7相对而置，所述抬放脚杠杆5和推拉行走杆6按高、低位平行于行走滑槽设置，抬放脚杠杆5和推拉行走杆6的同侧端分别连接支撑腿3的内端和滑块8，所述抬放脚杠杆5的同侧端有一个沿杆体方向的宽槽，通过轴销与支撑腿3的内端连接，抬放脚杠杆5和推拉行走杆6的另一侧端通过销轴滑动置于行走凸轮7上开设的抬放导向槽和推拉导向槽中；所述支撑腿3上设有配合行走吸盘4于玻璃幕墙上吸放的吸放气机构，所述吸放气机构的放气提升块27通过销轴和抬放脚杠杆5上的窄槽连接，并同时和支撑腿3内端上的沿腿体方向的滑槽配合，所述窄槽平行开设于宽槽上方，放气提升块27用一根线通过滑块8上的孔和行走吸盘4上的放气阀连接，如图1、图2、图3所示。
[0027]所述腿部控制装置包括中心转轴10、拉杆11、拉杆单动凸轮12、拉杆联动凸轮13、凸轮切换杠杆17、切换凸轮18，中心转轴10于机架I中心设置，所述拉杆单动凸轮12与拉杆联动凸轮13通过轴套连接成为同轴双联凸轮，所述双联凸轮与中心转轴10以花键形式连接，从而实现双联凸轮于中心转轴10上的轴向移动以及随中心转轴10的转动而转动，拉杆单动凸轮12与拉杆联动凸轮13上分别开设有可以使拉杆11外推和回拉的导向槽；四根拉杆11以中心转轴10为中心呈辐射状设于双联凸轮与脚架2之间，拉杆11的内端(带有销轴)设于拉杆单动凸轮12与拉杆联动凸轮13之间，位置分别对应于两个凸轮上的导向槽，各拉杆11的外端通过齿条16与行走齿轮15啮合，行走齿轮15通过棘轮棘爪和对其起支撑作用的齿轮支撑轴31连接，所述齿轮支撑轴31通过万向节14与行走凸轮7的转轴连接(在拉杆11向里拉时行走齿轮15带动齿轮支撑轴31转动，从而通过万向节14带动行走凸轮7转动，而拉杆11向外推时在棘轮机构26的作用下行走凸轮7不进行转动，同时在行走齿轮15和齿轮支撑轴31之间的棘轮棘爪的作用下，齿轮支撑轴31不随行走齿轮15产生转动，也就是说只有在拉杆11向里拉时行走齿轮15带动齿轮支撑轴31转动，从而通过万向节带动行走凸轮7转动，而拉杆向外推时在棘轮机构26的作用下行走凸轮7不进行转动，同时在行走齿轮15和齿轮支撑轴31之间的棘轮棘爪作用下，齿轮支撑轴31不随行走齿轮15产生转动)；所述凸轮切换杠杆17设于拉杆单动凸轮12上方，凸轮切换杠杆17的内端通过支撑环连接双联凸轮，凸轮切换杠杆17的外端通过销轴滑动配合于切换凸轮18的切换导向槽中；所述中心转轴10通过中心转轴电机带动齿轮传动机构来带动，齿轮传动机构中的中心转轴从动齿轮25于机架I端面上与中心转轴10同轴固连，所述切换凸轮18的驱动动力为对应设置的切换电机，如图1、图2、图3所示。
[0028]所述转向部件包括支撑轴19、支撑轴升降凸轮21、杠杆式拨叉22、连接架24和转向吸盘23，所述支撑轴19贯穿于中心转轴10的轴孔，支撑轴19通过支撑轴电机带动的齿轮传动机构转动，齿轮传动机构中的支撑轴从动齿轮20通过花键和支撑轴19伸出的上部连接，所述连接架24设于机架I顶面上对支撑轴从动齿轮20起支撑作用，支撑轴从动齿轮20在连接架24的支撑作用下可以在支撑轴19抬起的时候保持位置不变从而与支撑轴19产生相对滑动，所述转向吸盘23安装于支撑轴19伸出的底端，转向吸盘23的吸附面积大于或等于四个行走吸盘4总的吸附面积；所述支撑轴升降凸轮21和杠杆式拨叉22通过支架28于机架I顶面上安装，杠杆式拨叉22的内端通过支撑环配合于支撑轴19上的凹口内，所述凹口的轴向距离大于杠杆式拨叉22的厚度，杠杆式拨叉22的外端通过销轴滑动配合于支撑轴升降凸轮21上开设的支撑轴移动导向槽内，支撑轴升降凸轮21的驱动动力为对应设置的支撑轴升降电机；所述支撑轴19上设有配合转向吸盘23于玻璃墙幕上吸放的吸放气机构，所述吸放气机构包括封气杆29和放气杆30，所述封气杆29贯通支撑轴19的轴孔，封气杆29的底端封堵转向吸盘23的排气口，封气杆29的顶端通过放气杆30连接杠杆式拨叉22，支撑轴19上凹口的轴向距离使封气杆29通过放气杆30的支撑作用先于支撑轴19动作，以配合转向吸盘23的吸放动作，如图1、图2、图3所示。
[0029]本实用新型的工作过程:
[0030]1、人工将其按压到玻璃幕墙上，使其与玻璃幕墙吸附，此时状态为初始状态，即前面的两条支撑腿3回缩，后面的两条支撑腿3伸出，拉杆单动凸轮12和四根拉杆11配合，转向吸盘23抬起。
[0031]2、开始工作后，中心转轴从动齿轮25带动中心转轴10和拉杆单动凸轮12以及拉杆联动凸轮13转动一周，此时四条支撑腿3在拉杆单动凸轮12的作用下依次前进一步，此时的状态为前面的两条支撑腿3伸出，后面的两条支撑腿3回缩，然后在切换凸轮18的作用下四根拉杆11和拉杆联动凸轮13进行配合，拉杆联动凸轮13再旋转90°，此时整个机架I跟随向前行进一步(四条支撑腿3不动，只有机架I相对前进一步)，此时四条支撑腿3的状态和初始位置相同，即前面两条支撑腿3回缩，后面两条支撑腿3伸出，然后切换凸轮18再使拉杆单动凸轮12和四根拉杆11配合，重复上面的动作则一直前进。
[0032]3、需要转向时，中心转轴从动齿轮25停止转动，支撑轴升降凸轮21转动使支撑轴19向下运动，将转向吸盘23刚好压在玻璃幕墙上时自动停止，此时切换凸轮18开始转动使拉杆联动凸轮13和四根拉杆11配合，然后拉杆联动凸轮13在中心转轴从动齿轮25和中心转轴10的作用下旋转90°，此时四条支撑腿3全部抬起，然后在支撑轴从动齿轮20的作用下开始转向，达到所要转的角度后，支撑轴从动齿轮20停止转动，拉杆联动凸轮13再转动90°，此时四条支撑腿3全部落下，四个行走吸盘4和玻璃幕墙完成了吸合，然后在支撑轴升降凸轮21的作用下支撑轴19抬起，转向吸盘23脱离与玻璃幕墙的吸合，然后在切换凸轮18的作用下使拉杆单动凸轮12和四根拉杆11配合，此时整个转向动作就此完成了。
[0033]4、中心转轴从动齿轮25带动中心转轴I转动继续向前行走。
【权利要求】
1.爬玻璃机器人，包括基于机架(I)设置的行走部件，其特征在于:所述行走部件包括腿部装置和腿部控制装置，沿行走方向，所述腿部装置于机架(I)底部左、右设置两排，每排前、后两个，所述腿部控制装置于腿部装置的中心位置设置； 所述腿部装置包括脚架(2)、基于脚架(2)设置的支撑腿(3)、行走吸盘(4)、抬放脚杠杆(5)、推拉行走杆(6)、滑块(8)和行走凸轮(7)，所述滑块(8)设于脚架(2)内开设的与行走方向一致的行走滑槽中，所述推拉行走杆(6 ) 一端与滑块(8 )连接，所述支撑腿(3 )设于滑块(8)上开设的与行走滑槽垂直的抬放脚滑槽中，所述行走吸盘(4)安装于支撑腿(3)的伸出端，所述抬放脚滑槽中设有固定支撑腿(3)的锁紧机构，所述抬放脚杠杆(5) —端沿杆体方向的宽槽与支撑腿(3)的内端销轴连接，所述行走凸轮(7)内部开设的抬放脚导向槽和推拉导向槽分别连接抬放脚杠杆(5)和推拉行走杆(6)的另一端，所述支撑腿(3)上还设有配合行走吸盘(4)于玻璃幕墙上吸放的吸放气机构；所述吸放气机构包括放气提升块(27)和设于行走吸盘上(4)上的封气阀，所述放气提升块(27)通过销轴和抬放脚杠杆(5)上的窄槽连接，并同时和支撑腿(3)内端上沿腿体方向的滑槽配合，所述窄槽平行开设于宽槽上方，放气提升块(27)用线通过滑块(8)上的孔和行走吸盘(4)上的封气阀连接； 所述腿部控制装置包括中心转轴(10)、拉杆(11)、拉杆联动凸轮(13)、拉杆单动凸轮(12 )、凸轮切换杠杆(17 )和切换凸轮(18 )，所述中心转轴(IO )同轴固连中心转轴从动齿轮(25)，所述拉杆联动凸轮(13)与拉杆单动凸轮(12)为同轴双联凸轮，所述双联凸轮与中心转轴(10 )花键连接，四根拉杆(11)呈辐射状设于双联凸轮与脚架(2 )之间，拉杆(11)的内端对应于拉杆联动凸轮(13)和拉杆单动凸轮(12)上开设的对拉杆(11)起到外推和回拉作用的导向槽，拉杆(11)的外端设有与行走齿轮(15)啮合的齿条(16)，所述行走齿轮(15)和齿轮支撑轴(31)通过棘轮机构连接，齿轮支撑轴(31)通过万向节(14)与行走凸轮(7)的转轴连接，所述凸轮切换杠杆(17)的一端连接双联凸轮，所述切换凸轮(18)的切换导向槽连接凸轮切换杠杆(17)的一另端。
2.根据权利要求1所述的爬玻璃机器人，其特征在于:还包括基于机架(I)设置的转向部件，所述转向部件包括支撑轴(19)、支撑轴升降凸轮(21)、杠杆式拨叉(22)、连接架(24)和转向吸盘(23)，所述支撑轴(19)贯通中心转轴(10)的中心，支撑轴(19)的顶部同轴花键连接支撑轴从动齿轮(20)，所述支撑轴从动齿轮(20)被设于机架(I)上的连接架(24)支撑，所述转向吸盘(23 )安装于支撑轴(19 )的底端，所述杠杆式拨叉(22 ) 一端连接支撑轴(19)上的凹口，所述凹口的轴向距离大于杠杆式拨叉(22)的厚度，所述支撑轴升降凸轮(21)的支撑轴移动导向槽连接杠杆式拨叉(22)的另一端，所述支撑轴(19)上还设有配合行走吸盘(4)于玻璃幕墙上吸放的吸放气机构；所述吸放气机构包括封气杆(29)、放气杆(30)和转向吸盘(23)的排气口，所述封气杆(29)贯通支撑轴(19)的轴孔，封气杆(29)的底端对应于转向吸盘(23)的排气口，封气杆(29)的顶端通过放气杆(30)连接杠杆式拨叉(22)。
3.根据权利要求2所述的爬玻璃机器人，其特征在于:所述中心转轴从动齿轮(25)和支撑轴从动齿轮(20)分别通过中心转轴主动齿轮和支撑轴主动齿轮连接对应设置的电机，所述支撑轴升降凸轮(21)和切换凸轮(18)的驱动动力分别为对应设置的电机。
4.根据权利要求1?3中任意一项所述的爬玻璃机器人，其特征在于:所述转向吸盘(23)的吸附面积大于或等于行走吸盘(4)总的吸附面积。
【文档编号】A47L11/40GK203609367SQ201320798350
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2013年12月6日 优先权日:2013年12月6日
【发明者】蒋占四, 马力全, 蒋玉龙, 胡志鹏, 张斌, 高兵兵, 罗志钢, 刘均亮 申请人:桂林电子科技大学