本发明属于自动化技术领域，具体而言，涉及可用于光滑壁面爬行的一种组合式吸盘装置。
背景技术
在机器人领域，爬壁机器人是一种在恶劣危险等情况下进行特定作业的智能自动化装置，尤其在玻璃、瓷砖、太阳能板等较光滑平面墙壁的爬行更为常见，现有技术中多采用真空压力吸附方式。采用真空压力吸附的机器人的运动结构存在框架式、多吸盘式、履带式、腿式等。其中，框架式的爬行机器人结构复杂、安装不便、造价过高；多吸盘式和履带式爬行机器人的越障能力较弱，只能适应相对平坦的工作面，工作面适应性差；腿式爬行机器人的爬行效率低，运行速度慢，难以适应需要快速应对的使用环境。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种能够适应较快的行进速度的壁面爬行的组合式吸盘装置。
本发明的组合式吸盘装置包括成对设置的第一吸盘组件和第二吸盘组件、以及连接架。两个吸盘组件分别具有主体框架、滑动机构和吸附机构，两个吸盘组件的两个所述主体框架同圆心且轴对称分布，所述主体框架具有隔开距离设置的上支撑架与下支撑架，沿所述上支撑架和所述下支撑架的外周设置有环形导向部，所述滑动机构与所述环形导向部滑动连接，所述吸附机构固定于所述滑动机构上，所述连接架将两个主体框架固连。
在上述结构中，吸附机构工作时，既能够吸附于工作面，也能够根据需要而不吸附于工作面。当吸附机构吸附于工作面时，吸附机构与工作面紧密结合，不易分离。当吸附机构不吸附于工作面时，吸附机构能够轻易地脱离工作面。根据上述吸盘装置，能够用简单的结构在工作面上进行工作。
在如上所述的吸盘装置中，优选的，所述吸盘组件还包括传动机构，所述传动机构具有动力源、传动轮与传动链，所述传动轮固定设置于所述上支撑架与所述下支撑架之间，利用来自所述动力源的动力，带动与之啮合的所述传动链转动。
在如上所述的吸盘装置中，优选的，所述滑动机构具有固定架，所述固定架的一端与所述上支撑架的所述环形导向部滑动连接，所述固定架的另一端与所述下支撑架的所述环形导向部滑动连接。
在如上所述的吸盘装置中，优选的，所述固定架通过转向架、转向轴和v型轴承，与所述环形导向部滑动连接，v型轴承沿所述环形导向部的径向排列，分别紧贴所述环形导向部的内周面和外周面设置。
在如上所述的吸盘装置中，优选的，所述滑动机构还具有转接件，所述滑动机构经由所述转接件与所述传动链上的安装孔连接，以使所述滑动机构相对于所述传动链固定。
在如上所述的吸盘装置中，优选的，所述传动轮具有主传动轮与副传动链轮，所述主传动轮与所述动力源的输出端连接作为主动驱动，所述副传动链轮为被动驱动。
在如上所述的吸盘装置中，优选的，所述传动轮经由传动轴设置于所述上支撑架与所述下支撑架之间，所述传动轴中，与所述主传动轮连接的为主传动轴，与所述副传动链轮连接的为副传动轴，所述主传动轴通过轴承和联轴器与所述下支撑架、所述动力源输出端连接，所述副传动轴通过张紧机构，与所述上支撑架、所述下支撑架连接。
在如上所述的吸盘装置中，优选的，所述环形导向部为环状凸起或凹槽。
在如上所述的吸盘装置中，优选的，所述张紧机构在所述上支撑架、所述下支撑架上分别对称设置，所述张紧机构上有调节螺杆，所述调节螺杆的一端与所述上支撑架、所述下支撑架上的固定块通过螺纹连接，所述调节螺杆的另一端与副传动轴的两端通过螺纹连接。
在如上所述的吸盘装置中，优选的，所述环形导向部具有直线部和弧形部，所述滑动机构能够沿所述环形导向部围绕所述主体框架移动。
本发明实施例通过上述技术方案带来的有益效果如下：
和现有的爬壁机构相比，本发明的吸盘装置，能够更快速的在光滑壁面的上爬行。
本机构中采用链条作为传动方式，传动可靠性高。
只有两个电机作为动力源，运动控制较为简单。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种组合式吸盘装置的示意图；
图2为本发明实施例提供的一种主体框架的结构图；
图3为本发明实施例提供的一种环形导向部的结构图；
图4为本发明实施例提供的一种滑动机构的结构图；
图5为本发明实施例提供的一种吸附机构的示意图；
图6为本发明实施例提供的一种直线运动时吸附机构的姿态示意图；
图7为本发明实施例提供的一种转向运动时吸附机构的姿态示意图；
图中标记说明如下：
1-主体框架、2-滑动机构、3-吸附机构、4-连接架、5-上支撑架、6-下支撑架、7-驱动电机、8-主传动链轮、9-副传动链轮、10-传动链(带安装孔)、11-支撑柱、12-电机固定架、13-联轴器、14-主传动轴、15-副传动轴、16-调节螺杆、17-固定块、18-滑动固定架、19-转向轴、20-转向架、21-v型轴承、22-转接件、23-气缸、24-真空吸盘、25-气缸固定架、26-吸盘通气管、27-气缸通气管a、28-气缸通气管b、101-直线部、202-弧形部、环形导向部g。
具体实施方法
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
图1例示了一种可用于光滑壁面爬行的组合式吸盘装置，该组合式吸盘装置包括两个以轴对称的方式成对设置的吸盘组件a、b(也可以称为第一吸盘组件a、第二吸盘组件b，本文中对第一、第二的表述仅是为了便于说明)和连接架4。第一吸盘组件a与第二吸盘组件b为镜像设置，结构相同。
吸盘组件a、b分别包括主体框架1、滑动机构2、吸附机构3。滑动机构2与主体框架1的外周滑动连接，能够围绕主体框架1的外周滑动移动。吸附机构3设置于滑动机构2，与滑动机构2固定连接。吸盘组件能够利用吸附机构3的吸附动作而吸附于工作面。
如图2所示，主体框架1包括隔开距离设置的上支撑架5、下支撑架6，在上支撑架5与下支撑架6的外周设置有环形导向部g，滑动机构4经由环形导向部g实现与主体框架1的滑动连接。滑动机构2与环形导向部g能够相对滑动。
如图3所示，环形导向部g具有直线部101和弧形部202。直线部101与弧形部202平滑连接，使得滑动机构2能够不受阻碍地沿着环形导向部g的整周进行滑动移动。通过滑动机构2沿着环形导向部g的相对滑动，能够实现滑动机构2围绕主体框架1的整个外周的滑动移动。
如图2所示，吸盘组件a、b还可以包括传动机构，该传动机构具有主传动链轮8和副传动链轮9、传动链10和动力源(例如驱动电机)7。
在本实施例中，主传动链轮8和副传动链轮9分别经由主传动轴14和副传动轴15固定设置于上支撑架5与下支撑架6之间。主传动链轮8和副传动链轮9分别套设于主传动轴14和副传动轴15上。主传动轴14与副传动轴15均为阶梯轴。主传动链轮8和主传动轴14可以通过键连接，并通过主传动轴14的轴肩和卡簧定位，主传动轴14的一端贯穿上支撑架5而与驱动电机7的电机轴(也称为输出端)通过联轴器13连接。驱动电机7通过电机固定架12固定在上支撑架5上。主传动轴14的另一端通过轴承与下支撑架6连接，并通过轴肩定位。副传动链轮9通过轴承和副传动轴15连接，并通过副传动轴15的轴肩和卡簧定位，使副传动链轮9可绕副传动轴15转动。副传动轴15在轴向上通过两端的轴肩定位在上支撑架5和下支撑架6之间，轴两端与上支撑架5和下支撑架6上的张紧机构中的调节螺杆16连接，使轴径向定位。
主传动链轮8和副传动链轮9可以分别与传动链10啮合。动力源输出动力，利用主传动轴14带动主传动链轮8转动，从而带动传动链10转动，从而带动副传动链轮9转动。
在上支撑架5与下支撑架6之间，还可以具有若干个支撑柱11，通过螺钉与上、下支撑架固定连接，用来固定并支撑上、下支撑架，限定上、下支撑架之间的距离。
在上支撑架5与下支撑架6上分别对称的设置有张紧机构，张紧机构包括固定块17和调节螺杆16，固定块17固定在上、下支撑架上，调节螺杆16的一端与固定块17通过螺纹连接，另一端与副传动轴15的一端所连接。当同时旋转上、下支撑架上的调节螺杆16时，副传动轴15可在径向上移动，并带动副传动链轮9移动，可用来调节传动链10的张紧程度。
如图4所示，滑动机构2包括滑动固定架18，滑动固定架18的两端分别和上支撑架5与下支撑架6的环形导向部g滑动连接，滑动固定架18的两端结构一致，每一端都和一对转向轴19铰接，转向轴19和转向架20固定连接，转向架20的两端分别与v型轴承21连接。一端连接的v型轴承21紧贴环形导向部g在径向上的外侧，另一端连接的v型轴承21紧贴环形导向部g在径向上的内侧，从而防止滑动固定架18在径向上的移动，通过v型轴承21上的v型槽与环形导向部上的v型结构相配合，从而防止滑动固定架18在v型轴承21轴向上的移动，使得滑动固定架18只能沿着环形导向部g滑动。由此，能够确保滑动机构2相对于主体框架1的稳定度。
当滑动机构2在环形导向部g上通过直线部101和弧形部201的过渡部分时，由于转向轴19连同转向架20可绕滑动固定架18和转向轴19铰接的部分转动，所以转向架20可根据不同的环形导向部g的曲率半径进行适应性转动，可通过不同曲率半径的环形导向部g。
转接件22固定在滑动固定架18上，并与传动链10上的安装孔通过螺钉连接，则当传动链10运动时，带动滑动机构2运动。
转接件22也可以通过铰接、焊接、卡合乃至磁性连接等方式与传动链10连接，从而实现滑动机构相对于传动链的位置固定。在传动链运动时，带动滑动机构同步运动。
如图5所示，吸附机构3包括气缸23、真空吸盘24、气缸固定架25、吸盘通气管26、气缸通气管a27、气缸通气管b28。气缸23和真空吸盘24为一体式连接，通过吸盘通气管26、气缸通气管a27、气缸通气管b28与气动控制系统连接，实现气缸23的活塞杆的运动和真空吸盘24内部真空的产生与解除。气缸23通过气缸固定架25与滑动机构2中的滑动固定架18固定连接。
吸附机构3需要进行吸附时，通过将压缩空气充入气缸通气管a27中，将气缸通气管b28连通大气，使气缸23中的活塞杆推出，并且将吸盘通气管26连通真空，使真空吸盘24产生真空，进而进行吸附；吸附机构3不需要进行吸附时，通过将压缩空气充入气缸通气管b28中，将气缸通气管a27连通大气，使气缸23中的活塞杆收回，并且将吸盘通气管26连通大气，使真空吸盘24解除真空，进而不进行吸附。
本发明中的吸盘装置的直线运动的原理为：如图3和图6所示，使环形导向部g上的直线部101上的所有吸附机构3吸附在工作面上，使弧形部202上的所有吸附机构3不进行吸附。分别设置于两个吸盘组件的两个驱动电机7反向等速转动，通过带动主传动轴14转动，带动主传动链轮8转动，从而使传动链10运动。由于直线部101的吸附机构3吸附着工作面固定不动，所以传动链10的转动使整个吸盘装置相对于工作面发生直线运动。运动过程中，会不停地有吸附机构3进入直线部101和弧形部202，通过控制，不断地使进入直线部101的吸附机构3进行吸附，使进入弧形部202的吸附机构3不进行吸附，如此循环，实现了整个爬壁机器人的直线运动。
当主传动链轮8带动传动链10转动、并且直线部101的吸附机构3吸附于工作面时，由于传动链10上的安装孔始终与滑动固定架18咬合，故而，传动链10将经由主传动链轮8、副传动链轮9、主传动轴14、副传动轴15带动主体框架1整体相对于工作面直线移动，同时，将有位于弧形部202的吸附机构3进入直线部101，并且将有位于直线部101的吸附机构3逐渐转变为即将进入弧形部202的状态。此时，通过使得进入直线部101的吸附机构3吸附于工作面，使得即将进入弧线部202的吸附机构3脱离工作面，能够使即将进入弧线部202的吸附机构3顺利相对移动至弧线部202。如此循环，使得传动链10能够持续转动，实现连续的直线运动。
通过分别逆转两个驱动电机7的转向，能够实现吸盘装置的前进或后退的切换。
本发明中的吸盘装置的转向运动的原理为：如图3和图7所示，使处于环形导向部g上的弧形部202的吸附机构3吸附在工作面上，使直线部101的所有吸附机构3不进行吸附。两个驱动电机7同向等速转动，通过带动主传动轴14的转动，带动主传动链轮8转动，并使传动链10运动，由于弧形部202的吸附机构3吸附于工作面，固定不动，所以传动链8的转动使整个吸盘装置相对于工作面产生绕两个半圆形主体框架1的圆心的转向运动，运动过程中，会不停地有吸附机构3进入直线部101和弧形部202，通过控制，不断地使进入弧形部202的吸附机构3进行吸附，使进入直线部101的吸附机构3不进行吸附，如此循环，实现了整个吸盘装置绕自身圆心轴的转向运动。通过调整驱动电机7的转动方向，能够调整吸盘装置向左或向右转向的方向。
要实现吸盘装置转向运动，两个吸盘组件的两个主体框架1均需为半圆形结构，且同圆心设置，因为当弧形部202上的吸附机构3进行吸附时，其相对于工作面是固定的，当驱动电机7工作时，整个机构开始转动，只有当弧形部为半圆且同心时才能转动。
直线运动和转动运动的转换过程为：直线运动要转换为转向运动时，两个驱动电机7停止转动，进而整个吸盘装置停止运动。接着使全部吸附机构3吸附在工作面，然后使直线部101的吸附机构3不进行吸附，进而开始转动运动。转向运动要转换为直线运动时，两个驱动电机7停止转动，进而整个吸盘装置停止运动，接着使全部吸附机构3吸附在工作面，然后使弧形部202上的吸附机构3不进行吸附，进而开始直线运动。
其他实施方式
上述以将驱动电机设置于上支撑架的方式进行了举例说明，但是驱动电机7也可以设置于下支撑架6，或根据尺寸大小而将驱动电机设置于上下支撑架之间。例如，当选用小型动力源(动力源的尺寸小于上下支撑架之间的间隔)时，能够将动力源设置于上下支撑架之间，从而进一步实现吸盘组件的小型化和美观化。
再者，如图1、图6、图7所示，为了便于说明，在本实施方式中，主体框架1沿水平方向设置，滑动机构2和吸附机构3的延伸方向与主体框架1所在的平面垂直，吸附机构的吸盘设置于吸盘组件的下方。但是在实际使用时，吸盘也可以位于吸盘组件的上方，从而实现从下向上的吸附。
综上所述，本发明提供的组合式吸盘装置能够实现的有益效果如下：
由于只有两个驱动电机，控制简单；
效率高，因为采用循环多吸盘式结构，使其行进速度得到保证；
整个结构部件虽多，但大部分都是同一结构重复性的排列，故而零件加工的一致性能好。