一种履带式多功能攀爬机器人的制作方法

本实用新型涉及机器人技术领域，具体是一种履带式多功能攀爬机器人。

背景技术：

随着社会的发展，在现代都市中，高层建筑越来越多，各种各样的摩天大楼成为现代都市中一道亮丽的风景。许多开放性城市都规定，每年应对高楼进行定期清洗。长期以来，对高层建筑的清洗工作主要是由人工完成的。清洗工人搭乘吊蓝或腰系绳索进行高空擦洗，这种“一桶水、一根绳、一块板”的人工作业方式效率很低，清洗一幢大楼有时要耗时数天乃至数十天，耗资巨大，而且稍有不慎就会出现事故，造成伤亡。同时室内装修的工作也常繁重，粉刷，喷油漆等等近几年来，随着科学技术的发展，这种状况已经有所改善。目前在国内已经采用升降平台或吊篮搭载清洁工对大楼进行清洗，或者在设计建筑的时候考虑清洗统。但是这种改善的方式对建筑本身有一定的要求，但起到的作用非常有限，同时刷油漆工作仍然依托人工来完成工作因此，人们迫切希望能设计制造出一种可以完全代替人工完成高层建筑清洗任务与室内喷刷的装置。

与此同时，越来越多的高层建筑也给人们带来了不少安全隐患。当前，层出不穷的高层建筑火灾已经一次又一次地向人们敲响了警钟，但是由于高层建筑物的内部火情现场情况难以观测，而且传统的消防手段和开始应用于地面的消防机器人在高层建筑的消防救灾工作中受到了很大的限制，如云梯到达高度有一定限制，地面高压水枪，灭火弹射程有限，不能精确定位等，因此，研制一种能够适用于高层建筑的消防机器人也已经成为急时之需。

在核工业、石化行业以及造船业等领域的某些特殊作业环境中，存在着一系列操作复杂、环境恶劣等严重限制人类作业的因素，因此人们也更多地寄希望于壁面攀爬机器人来对核废液储罐进行视觉检查、测厚及焊缝探伤、圆柱形大罐或球形罐的内外壁面进行检查或喷砂除锈、喷漆防腐、喷涂船舰体的内、外壁等工作，从而达到完成操作同时保护人类自身安全的双重目的。

壁面清洗机器人是以清洗高层建筑为目的的壁面移动机器人，它的出现将极大降低高 层建筑的清洗成本，改善工人的劳动环境，提高生产效率，也必将极大地推动清洗业的发展，带来相当的社会效益、经济效益；壁面消防急救机器人在消防部门可以开展传递救援物资、进行救援的工作，有效降低高层建筑突发事件中造成的生命财产损失；同时，在其他一些工业领域，壁面检测机器人、壁面喷涂机器人、壁面清污机器人等也起到代替人类在高温、高压、有毒、浓烟、放射性等艰险恶劣的环境中完成复杂作业的作用。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种履带式多功能攀爬机器人，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种履带式多功能攀爬机器人，包括地面油料供给装置、粉刷工作模块、wifi模块、控制系统、传感器模块和显示屏；所述地面油料供给装置由油料增压装置、油料暂存器和同步运转车体等组成，油料增压装置和油料暂存器安装在同步运转车体上；同步运转车体上放置有履带式攀爬机器人本体，履带式攀爬机器人本体上安装有履带，履带式攀爬机器人本体前端为粉刷工作模块，粉刷工作模块包括支架、喷头和滚筒，支架安装在履带式攀爬机器人本体前端，喷头和滚筒安装在支架上，喷头的管道上安装有阀门，所述阀门通过控制系统进行控制；履带式攀爬机器人本体上安装有真空发生器，真空发生器前方设有真空吸盘，真空发生器通过导管与真空吸盘连接，所述导管上安装有电磁阀，电磁阀包括电磁阀A和电磁阀B；履带式攀爬机器人本体通过真空吸盘吸附在墙体上；履带式攀爬机器人本体安装有wifi模块和传感器模块，传感器模块与控制系统无线连接，传感器模块包括红外传感器、甲醛传感器，控制系统安装在同步运转车体上；履带式攀爬机器人本体上安装有摄像头。

作为本实用新型进一步的方案：所述电磁阀包括阀座，所述阀座内设有阀芯，阀座上方设有阀盖，阀芯伸出阀盖，阀芯上部套设有线圈，线圈的外壁上设有出线端口603；阀芯上方设有可动铁圈，可动铁圈通过螺母与阀芯固定连接。

作为本实用新型再进一步的方案：所述控制系统为STM32控制系统，控制系统采用 STM32处理芯片并通过wifi232模块与履带式攀爬机器人本体无线连接；控制系统通过L298电机驱动模块与履带式攀爬机器人本体的驱动电机无线连接。

作为本实用新型再进一步的方案：所述wifi模块为USR-WIFI232-T模块，尺寸为22mm x 13.5mm x 6mm。

作为本实用新型再进一步的方案：所述甲醛传感器模块为MS1100气体传感器模块。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型设计合理，采用脚足式结构履带式，利用电磁吸盘吸附，从而实现机器人在墙上的行走。通过软管将地面的油漆或清洗液送至吸附在墙上的工作模块，从而实现粉刷或清洗功能。同时通过监测控制模块，可实时检测室内甲醛的含量，控制粉刷的速度，在保护工人健康免受危害的同时，提高了粉刷质量。从而减少刷油漆时的危害，降低因刷油漆而得再生障碍性贫血、白血病、结核、胸膜炎等严重疾病的概率。解决了人工清洗劳动强度大、劳动效率低的问题。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型中电磁阀的结构示意图。

图3为本实用新型中真空吸盘的吸附原理图。

图中：1-履带式攀爬机器人本体，101-履带，102-支架、103-喷头，104-滚筒，2-同步运转车体，3-油料增压装置，4-真空吸盘，5-真空发生器，6-电磁阀，61-电磁阀A，62-电磁阀B，601-螺母，602-可动铁圈，603-出线端口，604-线圈，605-阀芯，606-阀盖，607-阀座，7-摄像头。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1～3，一种履带式多功能攀爬机器人，包括地面油料供给装置、粉刷工作模 块、wifi模块、控制系统、传感器模块和显示屏；所述地面油料供给装置由油料增压装置3、油料暂存器和同步运转车体2等组成，油料增压装置3和油料暂存器安装在同步运转车体2上；同步运转车体2上放置有履带式攀爬机器人本体1，履带式攀爬机器人本体1上安装有履带101，履带式攀爬机器人本体1前端为粉刷工作模块，粉刷工作模块包括支架102、喷头103和滚筒104，支架102安装在履带式攀爬机器人本体1前端，喷头103和滚筒104安装在支架102上，喷头103的管道上安装有阀门，所述阀门通过控制系统进行控制；当阀门开启使，压强约为0.82Pa的工作液经喷头103分散为雾状水射流，均匀喷洒在壁面上；与此同时，喷洒在壁面上的工作液在滚筒104的进一步涂抹下，在壁面分布均匀涂抹更充分，达到提高工作质量的目的。这种方式，取代了先前用滚筒蘸工作液再进行涂抹的方式，提高了粉刷的工作效率，节约能源。履带式攀爬机器人本体1上安装有真空发生器5，真空发生器5前方设有真空吸盘4，真空发生器5通过导管与真空吸盘4连接，所述导管上安装有电磁阀6，电磁阀6包括电磁阀A61和电磁阀B62；履带式攀爬机器人本体1通过真空吸盘4吸附在墙体上；履带式攀爬机器人本体1安装有wifi模块和传感器模块，传感器模块与控制系统无线连接，传感器模块包括红外传感器、甲醛传感器，控制系统安装在同步运转车体2上。油料增压装置3的使用可以使粉刷工作模块与油料供给模块分开，最大程度减轻攀爬机器人的重量，提高了攀爬机器人的灵活性与安全性。当地面油料供给装置工作时，油料通过油料增压装置3以一定压强流向粉刷工作模块的喷头，此外，地面油料供给装置除了提高油料外还设计了攀爬机器人与地面小车同步运转的功能，此设计可防止油料供给导管过于长的问题。履带式攀爬机器人本体1上安装有摄像头7，摄像头7将拍摄到的影像传送到LCD显示屏上，方便操作人员连接清洗情况。

进一步的，本实用新型所述电磁阀6包括阀座607，所述阀座607内设有阀芯605，阀座607上方设有阀盖606，阀芯605伸出阀盖606，阀芯605上部套设有线圈604，线圈604的外壁上设有出线端口603；阀芯605上方设有可动铁圈602，可动铁圈602通过螺母601与阀芯605固定连接。

电磁阀工作原理：通电时，线圈604产生电磁力把关闭件从阀座607上提起，阀门打 开；断电时，电磁力消失，弹簧把关闭件压在阀座607上，阀门关闭。线圈604通电后由于吸力作用，可动铁圈602下移，把副阀阀塞压下，副阀关闭，主阀阀杯内压力上升，当压力升到一定值时，主阀阀杯的上下压差一样，由于电磁力作用，动铁芯失去主阀阀杯下，压紧主阀阀座，阀门关闭。线圈604断电时，电磁吸力为零，副阀阀塞和支铁芯由于弹簧作用向上提起，副阀打开，主阀阀杯上的流体经副阀流走，减少了作用在主阀阀杯上的压力，当主阀阀杯上的压力减少到一定值时，利用压差把主阀阀杯推起，主阀打开，介质流通。

进一步的，本实用新型所述控制系统为STM32控制系统，系统采用STM32处理芯片，利用wifi232模块对履带式攀爬机器人本体1进行无线遥控，用L298电机驱动模块驱动电机，实现机器人的运动。机器人上装有甲醛传感器，对室内空气进行实时的监控，并通过LCD显示屏将监控的数据在LCD上实时显示出来。真空发生器5的启停由STM32控制系统控制其驱动电机来完成。当真空发生器5工作时，电机的圆周运动通过机械装置使泵内部的隔膜做往复式运动，从而对固定容积的泵腔内的空气进行压缩、拉伸形成真空(负压)，在泵抽气口处与外界大气压产生压力差，在压力差的作用下，将气体压(吸)入泵腔，再从排气口排出，产生真空度约为-85kpa，当攀爬机器人的真空吸盘4与壁面接触时，接触后形成一个临时性的密封空间，真空泵连接到真空发生器5的进气口处的电磁阀6开启时，-85kpa的负压沿着导管连通到密闭的空间中，通过抽走或者挤尽稀薄密封空间里面的空气，从而产生内外压力差，受到大气压的作用将真空吸盘4紧紧地压在墙壁上，从而具有承载力，通过履带101和多个真空吸盘4的同时作用能够使攀爬机器人稳稳地吸附在墙体上；当真空吸盘4要离开墙面时，控制电磁阀6断开与真空发生器5的连接，真空吸盘4就会进入空气，由于内外气压要平衡，大气对真空吸盘4的压力就会急剧减小，最后真空吸盘4就会失去吸附能力。这种方式，可以完全适应于攀爬机器人运动、转向、及工作的稳定需求，同时达到提高系统的安全性。此外，正因为抽气口处或者抽排气口可以与外界大气形成压力差，同时不像大型真空泵需要润滑油和真空泵油，不会污染工作介质，具有体积小巧、噪音低、免维护，可以连续24小时运转等优点。

进一步的，本实用新型所述wifi模块为USR-WIFI232-T模块，尺寸为22mm x 13.5mm x 6mm。针对照明和插座等应用领域，采用了1x10管脚2mm插针连接器，易于焊装在客户的产品的硬件单板电路上。wifi模块配备有特制的焊盘或外置天线连接器，适用于各种外置天线的应用。在wifi的AP模式下，可以达到手机/PAD/电脑在无需任何配置下，快速接入模式进行数据的传递。另外，还可以登录模块的内置网页进行参数的设置。

进一步的，本实用新型所述甲醛传感器模块为MS1100气体传感器模块，对甲醛、苯甲、二甲苯等有机挥发物检测。通过AD转换将模拟量转换成数字量显示在LCD显示屏上。

本实用新型中真空吸盘4采用了真空原理，即用真空负压来“吸附”墙体以达到攀爬式室内粉刷机器人吸附墙体的目的。通气口与真空发生器5相接，当真空发生器5启动后，通气口通气，真空吸盘4内部的空气被抽走，此时，真空吸盘4内部的空气压力低于吸盘外部的大气压力工件在外部压力的作用下被吸起。真空吸盘4内部的真空度越高，与工件之间贴的越紧。

当固定在履带101上的吸盘与墙体接触时，形成临时的密闭空间后，此时STM32系统控制电磁阀A61处于连通状态、电磁阀B62处于封闭状态，通气口通气，真空吸盘4内部的空气被抽走，真空吸盘4内部的空气压力低于外部的大气压力，在外部压力的作用下攀爬式机器人吸住墙体。当固定在履带101的真空吸盘4与墙体分离时，电磁阀B62处于连通状态且电磁阀A61处于封闭状态。此时真空吸盘4与墙体形成的临时密闭空间的气压与外界连通，即真空吸盘4内部的空气压力等于外部的大气压力，故真空吸盘4可轻易分离墙体。

本实用新型利用履带机构作为多功能攀爬机器人整体运动载体，可全方位、无死角对墙壁进行油漆粉刷及清洗工作。多功能模块化设计，可以根据任务的变化换装不同的模块，可实现“即插即用”。通过监测控制模块的甲醛传感器、壁面湿度传感器，可有效地反馈工人的劳动环境，实现人性化实时监控。送料模块与工作模块分离，由一根软管相连，减轻了机器人的负载。提高工作的效率。粉刷及清洗速度可调，可以根据工作的实际情况对粉刷参数进行设定。可用于外墙清洗工作，也可对室内墙体进行粉刷与清洗。机器人通 过模块化设计，可根据不同的粉刷及清洗工作任务换装不同的模块。运用多吸盘脚足式负压吸附，具有环境适应能力强、运动灵活的特点，具有全方位移动，可跨越各种障碍的功能。通过USR-WIFI232-T模块远距离控制机器人的运动流程，在机器人前方安装摄像头实时反馈当前工作状况且在机器人安装甲醛传感器，可实时反馈工作环境的情况，进一步改善粉刷行业的安全性与经济性，起到提高工作效率的目的。

本实用新型利用履带机构作为多功能攀爬机器人整体运动载体，可全方位、无死角对墙壁进行油漆粉刷及清洗工作。采用多功能模块化设计，可以根据任务的变化换装不同的模块，可实现“即插即用”。通过监测控制模块的甲醛传感器、壁面湿度传感器，可有效地反馈工人的劳动环境，实现人性化实时监控。送料模块与工作模块分离，由一根软管相连，减轻了机器人的负载。提高工作的效率。粉刷及清洗速度可调，可以根据工作的实际情况对粉刷参数进行设定。真空泵与真空吸盘合理衔接，真空吸盘与电磁阀合理配合；采用STM32芯片对电机，真空泵等进行控制；应用wifi模块对机器人进行远程控制及地面油料与攀爬机器人同步运转的控制，操作非常方便。

本实用新型的工作原理是：

攀爬式粉刷清洗机器人由地面出发，通过履带驱动电机向前运动，到达地板与墙体连接的直角时，履带式攀爬机器人本体1通过真空吸盘4贴合在墙壁上，由真空泵产生负压，通过导管连接到吸盘吸嘴，真空吸盘4与墙壁间的空气被真空泵产生的负压吸出，进而吸盘紧密贴合贴合墙面，完成车体吸附在墙面的工作流程。位于机器人主体搭载驱动电机、以及机器人粉刷工作模块、同时搭载各种探测与监控的传感器、控制设备，由核心STM32控制系统协调各模块之间的工作，位于地面的液体供给系统，将所需的液体通过压力泵输送到车体工作模块中，减轻履带式多功能攀爬机器人整体的重量，增加安全性与稳定性的同时；提高机器人越障性能从而实现攀爬吸附以及直角转向。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新 型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。