一种幕墙爬行机器人的制作方法

本发明涉及幕墙爬行设备技术领域，尤其涉及一种幕墙爬行机器人。

背景技术：

目前，爬墙机器人的设计在学科上囊括了电子技术、通信技术、传感器技术、自动控制技术、机械原理、材料与科学等，是多门学科交叉汇集形成的系统，由于爬墙机器人本身所具有的广泛应用的前景和复杂性，世界多国都在积极的研制自己的爬墙机器人，第一个概念性机器人是在1966年在日本诞生，在那以后，这个领域受到各国的高度关注，在二十世纪八十年代以后，日本、英国、美国、德国、俄罗斯等各国也陆续研制出了自己出色的爬墙机器人样机，用于各个领域，去代替人进行高空作业、探测、监视等任务。

目前爬墙机器人的应用领域主要包括：玻璃幕墙清洗、高墙和桥梁检测、管道探测、反恐侦查、高危区域探查、墙面喷漆等，在玻璃幕墙清洗的高危行业，不仅成本低、危险性低，效率也比人工高。在检测和探测任务中，例如桥梁和高墙的裂缝检测。在高危区域的探查，例如核工业中的高辐射区域的任务等。

在幕墙爬行设备领域中，常用的负压式爬墙机器人按吸附方式大概可以分为几种：真空泵抽气式、外接负压源、文丘里器、旋风模拟和离心风扇。共同的原理都在于由一种器件产生一个负压，利用大气压把吸盘或者机体压在墙面上。其中真空泵式制作起来简单可靠，成本低，技术要求低，吸附力大，但是运动速度较慢，一旦墙面不平整或者吸盘漏气，则导致爬行设备无法继续爬行，并且，由于在竖直幕墙表面爬行时吸盘所受作用力会导致吸盘顶部变形，容易脱落，因此爬行时需要多个吸盘同时工作才能满足其承重量，这不仅造成爬行速度慢，而且爬行高度受到限制，无法到达幕墙顶部位置。

因此，基于上述缺陷，在幕墙爬行设备技术领域，对于新型幕墙爬行机器人仍存在研究和改进的需求，这也是目前幕墙爬行设备领域中的一个研究热点和重点，更是本发明得以完成的出发点和动力所在。

技术实现要素：

针对上述存在的诸多缺陷，本发明人经过大量的深入研究，在付出了充分的创造性劳动后，从而完成了本发明。

具体而言，本发明所要解决的技术问题是：提供一种幕墙爬行机器人，能够在角度不规则的墙面上爬行，性能可靠，爬行速度快，解决了现有机器人承重量小的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是，提供一种幕墙爬行机器人，包括两个吸盘，两个所述吸盘之间设有行走臂，所述行走臂包括依次连接的第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆，所述第一连杆一端与一个所述吸盘连接，所述第一连杆另一端转动安装有由第一伺服电机驱动的第一传动轴，所述第一传动轴固定连接第二连杆，所述第一传动轴的轴线垂直于所述第一连杆的中心线和所述第二连杆的中心线所在的平面，所述第二连杆的端部转动安装有由第二伺服电机驱动的第二传动轴，所述第二传动轴固定连接第三连杆，所述第二传动轴的轴线与所述第三连杆的延伸方向一致，所述第二传动轴的轴线与所述第一传动轴的轴线垂直，所述第三连杆的端部转动安装有由第三伺服电机驱动的第三传动轴，所述第三传动轴固定连接第四连杆，所述第三传动轴的轴线垂直于所述第三连杆的中心线和第四连杆的中心线所在的平面，另一个所述吸盘安装于所述第四连杆的端部；每个所述吸盘均固定安装于一支撑盘上，所述支撑盘包括间隔设置固定盘和支撑环，所述固定盘连接所述第一连杆或第四连杆的端部，所述支撑环设置于所述吸盘吸附面的外周，所述支撑环与固定盘之间设有连接杆。

在本发明的幕墙爬行机器人中，作为一种优选技术方案，所述第一连杆和第四连杆上均设有与所述吸盘对应的真空泵，所述第一连杆和第四连杆采用相对间隔设置的链板结构，所述真空泵设置于两相对的链板之间。

在本发明的幕墙爬行机器人中，作为一种优选技术方案，所述第一连杆与第二连杆之间设有第一锁紧机构，所述第二连杆与第三连杆之间设有第二锁紧机构，所述第三连杆与第四连杆之间设有第三锁紧机构。

在本发明的幕墙爬行机器人中，作为一种优选技术方案，所述第一锁紧机构包括固定安装于所述第一连杆上的第一安装座，所述第一安装座上固定安装有第一支撑座，所述第一传动轴贯穿所述第一安装座且转动安装于所述第一支撑座上，所述第一支撑座上设有第一活塞腔，所述第一活塞腔内滑动安装有第一活塞，所述第一活塞两侧的所述第一活塞腔通过第一换向阀连接气泵，所述第一活塞与所述第一安装座之间设有第一摩擦片组；所述第一传动轴的端部穿出所述第一支撑座且连接所述第一伺服电机。

在本发明的幕墙爬行机器人中，作为一种优选技术方案，所述第二锁紧机构包括固定安装于所述第二连杆上的第二安装座，所述第二安装座上固定安装有第二支撑座，所述第二传动轴贯穿所述第二安装座且转动安装于所述第二支撑座上，所述第二支撑座上设有第二活塞腔，所述第二活塞腔内滑动安装有第二活塞，所述第二活塞两侧的所述第二活塞腔通过第二换向阀连接另一气泵，所述第二活塞与所述第二安装座之间设有第二摩擦片组；所述第二传动轴的一端固定连接所述第三连杆，另一端穿出所述第二支撑座且连接所述第二伺服电机。

在本发明的幕墙爬行机器人中，作为一种优选技术方案，所述支撑环的外周固定安装有若干个箱体，相邻两所述箱体之间设有安装间隙，所述连接杆一端铰接安装于固定盘上，另一端连接于对应的安装间隙内。

在本发明的幕墙爬行机器人中，作为一种优选技术方案，每个所述箱体内均设有一调节伺服电机，所述调节伺服电机的动力输出轴伸出所述箱体，所述连接杆包括铰接在一起的第一连接杆和第二连接杆，所述第一连接杆的端部铰接安装于所述固定盘上，所述调节伺服电机的动力输出轴与所述第二连接杆固定连接。

在本发明的幕墙爬行机器人中，作为一种优选技术方案，每个所述箱体均设有一气泵，相对应的所述气泵连接所述第一换向阀和第二换向阀。

采用了上述技术方案，本发明的有益效果为：

(1)由于吸盘吸附面的外周设置有支撑环，当吸盘吸附在幕墙上时，支撑环的端面与幕墙相接触，当机器人爬行时，受到机器人机身自重作用会使吸盘上端产生翘起的作用力，支撑环的支撑力则可以将该作用力作用到幕墙上，减小了对吸盘的作用，从而增大了吸盘的承载能力，与现有吸盘结构的机器人相比，本发明性能可靠，承重量大。

(2)由于每个连杆都可以单独活动，相邻的两连杆之间能够锁紧，减小了伺服电机的受力，实现了行走臂空间多角度位移变换，能够在角度不规则的墙面上爬行，灵活度高。

(3)由于各连杆之间设有锁紧机构，使得机器人在工作时，各连杆之间处于锁定状态，爬行时则处于灵活状态，从而提高了本发明的使用性能。

(4)由于连接杆包括铰接在一起的第一连接杆和第二连接杆，需要时，使用其中两个调节伺服电机转动，带动相应的第二连接杆转动，改变该位置支撑环与固定盘之间的距离，从而改变支撑环与固定盘之间的夹角，使得支撑环端面与幕墙表面吻合。

附图说明

图1是本发明实施例一的结构示意图；

图2是本发明实施例一中第一锁紧机构的结构示意图；

图3是本发明实施例一中第二锁紧机构的结构示意图；

图4是本发明实施例二中连接杆的安装示意图；

图5是本发明实施例二中箱体的结构示意图；

其中，在图1至图5中，各个数字标号分别指代如下的具体含义、元件和/或部件。

图中：1、吸盘，2、中空轴，3、支撑盘，301、固定盘，302、支撑环，303、连接杆，3031、第一连接杆，3032、第二连接杆，4、第一连杆，5、第二连杆，6、第三连杆，7、第四连杆，8、第一锁紧机构，801、第一安装座，802、第一活塞，803、第一活塞腔，804、第一传动轴，805、第一伺服电机，806、第一支撑座，807、隔套，808、第一摩擦片组，9、第二锁紧机构，901、第二安装座，902、第二活塞，903、第二活塞腔，904、第二传动轴，905、第二伺服电机，906、第二支撑座，907、第二摩擦片组，10、第三锁紧机构，11、真空泵，12、箱体，13、调节伺服电机，14、气泵，15、气囊。

具体实施方式

下面结合附图，通过具体的实施方式对本发明进行详细说明，但这些列举性实施方式的用途和目的仅用来列举本发明，并非对本发明的实际保护范围构成任何形式的任何限定，更非将本发明的保护范围局限于此。

实施例一：

如图1所示，本发明公开了一种幕墙爬行机器人，包括两个吸盘1，两个吸盘1之间设有行走臂，行走臂包括依次连接的第一连杆4、第二连杆5、第三连杆6和第四连杆7，第一连杆4一端与一个吸盘1连接，第一连杆4另一端转动安装有由第一伺服电机805驱动的第一传动轴804，第一传动轴804固定连接第二连杆5，第一伺服电机805带动第二连杆5转动，第一传动轴804的轴线垂直于第一连杆4的中心线和第二连杆5的中心线所在的平面，第二连杆5的端部转动安装有由第二伺服电机905驱动的第二传动轴904，第二传动轴904固定连接第三连杆6，第二伺服电机905带动第三连杆6转动，第二传动轴904的轴线与第三连杆6的延伸方向一致，第二传动轴904的轴线与第一传动轴804的轴线垂直，第三连杆6的端部转动安装有由第三伺服电机驱动的第三传动轴，第三传动轴固定连接第四连杆7，第三伺服电机带动第四连杆7转动，第三传动轴的轴线垂直于第三连杆6的中心线和第四连杆7的中心线所在的平面，另一个吸盘1安装于第四连杆7的端部；第一连杆4与第二连杆5之间设有第一锁紧机构8，第二连杆5与第三连杆6之间设有第二锁紧机构9，第三连杆6与第四连杆7之间设有第三锁紧机构10，每个连杆都可以单独活动，相邻的两连杆之间能够锁紧，减小了伺服电机的受力，实现了行走臂空间多角度位移变换，能够在角度不规则的墙面上爬行；每个吸盘1均固定安装于一支撑盘3上，支撑盘3包括间隔设置固定盘301和支撑环302，吸盘1远离吸附面的一端连接一中空轴2，中空轴2通过电磁换向阀连接真空泵11，中空轴2与固定盘301固定安装在一起，吸盘1的吸附面一端则穿过支撑环302，固定盘301连接第一连杆4或第四连杆7的端部，也就是说，第一连杆4的端部连接其中一个固定盘301，第四连杆7的端部连接另一个固定盘301，支撑环302设置于吸盘1吸附面的外周，支撑环302与固定盘301之间设有连接杆303，使得支撑环302与固定盘301形成固定连接，当吸盘1吸附在幕墙上时，支撑环302的端面与幕墙相接触，当机器人爬行时，受到机器人机身自重作用会使吸盘1上端产生翘起的作用力，支撑环302的支撑力则可以将该作用力作用到幕墙上，减小了对吸盘1的作用，从而增大了吸盘1的承载能力，与现有吸盘结构的机器人相比，本发明性能可靠，承重量大。

第一连杆4和第四连杆7上均设有与吸盘1对应的真空泵11，第一连杆4和第四连杆7采用相对间隔设置的链板结构，真空泵11设置于两相对的链板之间，一方面减轻了第一连杆4和第四连杆7的重量，另一方面不占用另外安装空间，使得结构更加紧凑，减小了机器人的体积，第一连杆4上的真空泵11连接与第一连杆4相连的吸盘1，第四连杆7上的真空泵11连接与第四连杆7相连的吸盘1，实现就近连接，避免了管线过长影响机器人行走，真空泵11通过电磁换向阀连接吸盘1，可以使得机器人在爬行过程中能够使得吸盘1快速吸附以及快速松开，提高了爬行速度。

如图2所示，第一锁紧机构8包括固定安装于第一连杆4上的第一安装座801，第一安装座801上固定安装有第一支撑座806，第一传动轴804贯穿第一安装座801且转动安装于第一支撑座806上，第一支撑座806上设有第一活塞腔803，第一活塞腔803内滑动安装有第一活塞802，第一活塞802两侧的第一活塞腔803通过第一换向阀连接气泵，第一活塞802与第一安装座801之间设有第一摩擦片组808，第一摩擦片组808固定安装在一隔套807上，隔套807固定安装在第一传动轴804上，需要锁紧时，第一活塞腔803内远离第一摩擦片组808的一侧充气，使得第一活塞802顶紧第一摩擦片组808，使得第一摩擦片组808与第一安装座801压紧在一起，锁止第一传动轴804的转动，从而将第二连杆5的位置锁定；第一传动轴804的端部穿出第一支撑座806且连接第一伺服电机805，通过第一伺服电机805的转动改变第一传动轴804的角度，从而改变第二连杆5的角度位置。

如图3所示，第二锁紧机构9包括固定安装于第二连杆5上的第二安装座901，第二安装座901上固定安装有第二支撑座906，第二传动轴904贯穿第二安装座901且转动安装于第二支撑座906上，第二支撑座906上设有第二活塞腔903，第二活塞腔903内滑动安装有第二活塞902，第二活塞902两侧的第二活塞腔903通过第二换向阀连接另一气泵，第二活塞902与第二安装座901之间设有第二摩擦片组907，同样，第二摩擦片组907也固定安装在隔套上，隔套固定安装在第二传动轴904上；第二传动轴904的一端固定连接第三连杆6，另一端穿出第二支撑座906且连接第二伺服电机905，第二伺服电机905转动带动第二传动轴904转动，从而带动第三连杆6转动，而改变另一个吸盘1的吸附位置，需要锁紧时，第二活塞腔903内远离第二摩擦片组907的一侧充气，使得第二活塞902顶紧第二摩擦片组907，使得第二摩擦片组907与第二安装座901压紧在一起，锁止第二传动轴904的转动，从而将第三连杆6的位置锁定，避免了机器人在工作过程中连杆晃动。

第三锁紧机构10与第一锁紧机构8的结构相同，本领域技术人员可以根据第一锁紧机构8实施第三锁紧机构10，在此不再赘述。

实施例二：

本发明公开了一种幕墙爬行机器人，其结构与实施一基本相同，其区别在于，如图4所示，支撑环302的外周固定安装有若干个箱体12，通常这些箱体12在支撑环302的外周以支撑环302的回转中心为圆心环形阵列布置，相邻两箱体12之间设有安装间隙，连接杆303一端铰接安装于固定盘301上，另一端连接于对应的安装间隙内，与箱体12连接或者与支撑环302连接。

参考图5，每个箱体12内均设有一调节伺服电机13，调节伺服电机13的动力输出轴伸出箱体12，连接杆303包括铰接在一起的第一连接杆3031和第二连接杆3032，第一连接杆3031的端部铰接安装于固定盘301上，调节伺服电机13的动力输出轴与第二连接杆3032固定连接，当幕墙平面为倾斜角度的平面时，吸盘1吸附后，会导致支撑环302一面接触，而另一面悬空，此时，需要使用其中两个调节伺服电机13转动，带动相应的第二连接杆3032转动，改变该位置支撑环302与固定盘301之间的距离，从而改变支撑环302与固定盘301之间的夹角，使得支撑环302端面与幕墙表面吻合。

每个箱体12均设有一气泵14，相对应的气泵14连接第一换向阀和第二换向阀，以实现第一活塞腔803和第二活塞腔903的快速充气以及放气，保证各连杆的锁定与灵活运作。

在机器人爬行过程中，还会遇到幕墙表面不平整的情况，吸盘1虽然可以吸附，但是支撑环302很难调整至与幕墙表面吻合，该问题一直困扰本领域技术人员，发明人经过创造性研究和大量实验，做成进一步改进，以解决幕墙表面不平整对支撑环302的影响。如图5所示，箱体12的底面开始有通孔，在箱体12内设有气囊15，气囊15通常采用橡胶材料制成，气囊15位置与通孔位置对应，气泵14通过电磁换向阀连通气囊15，当幕墙表面不平整时，气泵14往气囊15内充气，气囊15从通孔鼓出，与幕墙表面吻合，从而给支撑环302有力支撑，分担了机器人体重对吸盘1的作用力。

本发明在使用时，由于支撑环302对吸盘1的支持，使得机器人可以承载更多的重量，并且在爬行时，一个吸盘1完全可以承担该重量，另一个吸盘1脱离幕墙，通过第一连杆4、第二连杆5、第三连杆6和第四连杆7位置以及角度的变化移动到另一个位置，如此反复，实现爬行。

尽管为了举例和描述之目的，而介绍了本发明的上述实施方式和附图所示结构及处理过程。但这些并非是详尽的描述，也不能将本发明的范围局限于此。对本领域技术人员来说，可对本发明的上述实施方式做出多种修改和变化，而这些所有的修改和/或变化都包括在如本发明的权利要求所限定的范围之内，并不脱离如权利要求所限定的本发明的范围和精神。