一种运动机构及适用于大负载的爬壁机器人的制作方法

一种运动机构及适用于大负载的爬壁机器人
【技术领域】
1.本实用新型涉及爬壁机器人技术领域，特别涉及一种运动机构及适用于大负载的爬壁机器人。


背景技术：

2.爬壁机器人种类有多种多样，按照吸附方式来分类，可以分为磁吸附、仿生吸附和负压吸附等形式。其中，负压吸附爬壁机器人具有良好的壁面适应能力，得到了广泛的应用。所谓的负压吸附是通过吸盘内外负压差作用，在壁面产生吸附力，从而实现吸附的功能。
3.基于离心叶轮的负压吸附爬壁机器人，具有吸附力适中、壁面适应能力强等优点，目前已在市面上得到使用，例如擦窗机器人。基于离心叶轮的负压吸附爬壁机器人在工作时，通过电机带动离心叶轮高速旋转，将吸盘本体内的空气排出去使得吸盘本体内的压强小于外面的空气大气压，从而形成一定的压强差。在吸盘本体与壁面接触的地方布置有密封机构，其对吸盘本体进行密封，减少空气泄漏，维持吸盘内的负压；负压吸附爬壁机器人的移动机构通常由轮式结构实现，这样负压吸附爬壁机器人就能在壁面上实现前进、后退、转弯等动作。但是，现有负压吸附爬壁机器人存在以下不足之处：
4.爬壁机器人能吸附于壁面，靠得是密封机构、驱动轮与壁面产生的摩擦力，其中，密封机构采用的是柔性结构，能够提供的摩擦力较小，因此大部分的摩擦力需要由驱动轮来提供；当爬壁机器人的整机重量加大时，在负压一定的情况下，轮式结构提供不了足够的摩擦力，导致爬壁机器人无法稳定的吸附在壁面上。有鉴于此，本案发明人针对现有技术中的上述缺陷深入研究，遂有本案产生。


技术实现要素：

5.本实用新型要解决的技术问题，在于提供一种运动机构及适用于大负载的爬壁机器人，能够增大爬壁机器人与壁面之间的摩擦力，保证爬壁机器人在壁面上平稳运动，从而解决现有负压吸附爬壁机器人在整机重量加大时，无法稳定的吸附在壁面上的问题。
6.本实用新型是这样实现的：
7.第一方面，一种运动机构，包括用于与爬壁机器人相连接的安装基座、驱动组件、主动同步轮、从动同步轮以及同步带履带；
8.所述安装基座的底部一端设置有主动轮安装座，安装基座的底部另一端设置有从动轮安装座；所述主动同步轮转动设置在主动轮安装座上，所述从动同步轮转动设置在从动轮安装座上；所述驱动组件固定在主动轮安装座上并且与主动同步轮相连接；所述同步带履带的一端套设在主动同步轮上，同步带履带的另一端套设在从动同步轮。
9.优选地，还包括设置在安装基座的中部的张紧装置；所述张紧装置包括张紧轮安装座以及设置在张紧轮安装座的底部的张紧滚轮；所述张紧轮安装座通过可上下调节的调节件与安装基座相连接；所述张紧滚轮抵顶于同步带履带的上表面。
10.优选地，还包括调节装置；所述调节装置包括设置在安装基座上的安装调节槽孔、主动轮安装座上凸设的安装凸部以及固定在安装基座上的顶紧装置；
11.所述安装凸部伸入至安装调节槽孔内；所述顶紧装置固定在靠近从动轮安装座的一侧，且所述顶紧装置具有用于调节并顶紧主动轮安装座的顶紧件。
12.优选地，所述主动轮安装座包括第一支撑座体和第二支撑座体；所述主动同步轮的一端通过第一轴承与第一支撑座体转动连接，主动同步轮的另一端通过第二轴承与第二支撑座体转动连接；所述驱动组件固定在第一支撑座体上，且所述驱动组件的输出轴与主动同步轮固定连接；
13.所述安装凸部包括设置在第一支撑座体的顶部的第一安装凸部以及设置在第二支撑座体的顶部的第二安装凸部；所述安装调节槽孔包括与第一安装凸部对应设置的第一安装调节槽孔以及与第二安装凸部对应设置的第二安装调节槽孔。
14.优选地，所述张紧轮安装座的底部两端均转动设置有所述张紧滚轮。
15.优选地，所述从动轮安装座的顶部凸设有限位凸部，安装基座上对应于限位凸部开设有限位槽孔；所述限位凸部伸入至限位槽孔内。
16.第二方面，一种适用于大负载的爬壁机器人，包括负压吸附机器人本体以及上述的运动机构；所述负压吸附机器人本体具有负压腔室，所述负压腔室内设置有一对所述运动机构。
17.优选地，所述负压吸附机器人本体包括用于形成负压腔室的负压腔体、负压产生装置、密封结构以及控制装置；所述负压产生装置固设于负压腔体的顶部，并且负压产生装置与负压腔室相连通；所述密封结构固设于负压腔体的底部，且所述运动机构的同步带履带的下表面与密封结构的下表面处于同一水平面上；所述控制装置固定在负压腔体上，且运动机构和负压产生装置均与控制装置电性连接。
18.优选地，所述负压腔体的前后两端固定有载荷装置，所述控制装置固定在任一所述载荷装置之上。
19.优选地，所述负压腔体的左右两侧固设有供电电池；所述供电电池与控制装置电性连接。
20.通过采用本实用新型的技术方案，至少具有如下有益效果：
21.1、运动机构采用同步带履带，同步带履带综合了同步带和履带的优点，一方面可以保证主动同步轮和从动同步轮的运动同步性；另一方面，与现有的轮式结构相比，同步带履带可以增大与壁面的接触面积，使得同步带履带与壁面之间的摩擦力也随之增大，进而保证爬壁机器人能够稳定地吸附在竖直壁面或隧道弧形壁面上，并使爬壁机器人在壁面上平稳的运动。
22.2、因同步带履带的使用，明显地增大了整个爬壁机器人与壁面之间的接触面积，进而能够为爬壁机器人提供更大的摩擦力，因此在爬壁机器人的整机重量适当增大的情况下，爬壁机器人也能够平稳地吸附在壁面上，而不会因摩擦力不足出现下滑情况。
23.3、因爬壁机器人的工作特性，同步带履带是一个损耗件，在使用一段时间后需要进行更好；本实用新型采用将运动机构设计成一个独立的模块，使得在需要进行维护或更换时，可以将该运动机构单独拆卸下来，从而方便维护，提高了整机的维护性能。
24.4、设计张紧装置对同步带履带的松紧程度进行调节，可便于同步带履带在运行过
程中的维护，使同步带履带在运行的过程中不会因变松而无法正常使用；同时通过张紧装置可以增大同步带履带与主动同步轮、从动同步轮的包角，从而防止同步带履带与主动同步轮、从动同步轮脱开，可以保证运动的安全性。
25.5、通过在主动轮安装座与安装基座之间设置调节装置，可方便同步带履带的安装，保证装配性能；同时通过调节装置和张紧装置的双重调节，可使同步带履带不会松动，保证同步带履带正常工作。
26.6、因同步带履带的作用，使得主动同步轮如果采用悬臂式的安装方式将导致受力不均匀，并且径向力可能会损坏驱动组件出轴处的轴承，因此本实用新型中将主动轮安装座设计为包括第一支撑座体和第二支撑座体，并且将主动同步轮的一端通过第一轴承与第一支撑座体连接，另一端通过第二轴承与第二支撑座体连接，从而保证主动同步轮的两端都有轴承支撑，改善了受力情况，能够大大提升驱动组件的使用寿命。
【附图说明】
27.下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的说明。
28.图1是本实用新型一种运动机构的立体结构示意图之一；
29.图2是本实用新型一种运动机构的立体结构示意图之二；
30.图3是本实用新型一种运动机构的分解图；
31.图4是本实用新型中张紧装置的结构示意图；
32.图5是本实用新型一种适用于大负载的爬壁机器人的立体结构示意图之一；
33.图6是本实用新型一种适用于大负载的爬壁机器人的立体结构示意图之二；
34.图7是本实用新型一种适用于大负载的爬壁机器人的底部结构示意图；
35.图8是本实用新型一种适用于大负载的爬壁机器人的分解图。
36.附图标记说明：
37.100-运动机构；
38.1-安装基座，11-主动轮安装座，111-第一支撑座体，112-第二支撑座体， 12-从动轮安装座，121-限位凸部，13-限位槽孔；
39.2-驱动组件；
40.3-主动同步轮，31-第二轴承；
41.4-从动同步轮；
42.5-同步带履带；
43.6-张紧装置，61-张紧轮安装座，62-张紧滚轮，63-调节件；
44.7-调节装置，71-安装调节槽孔，711-第一安装调节槽孔，712-第二安装调节槽孔，72-安装凸部，721-第一安装凸部，722-第二安装凸部，73-顶紧装置，74-顶紧件；
45.8-负压吸附机器人本体，81-负压腔室，82-负压腔体，821-连通孔，83
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负压产生装置，831-驱动电机，832-电机支座，833-叶轮外罩，8331-出风口， 84-密封结构，85-控制装置；
46.91-载荷装置，92-供电电池。
【具体实施方式】
47.本实用新型实施例通过提供一种运动机构及适用于大负载的爬壁机器人，解决了现有负压吸附爬壁机器人在整机重量加大时，无法稳定的吸附在壁面上的技术问题，实现了能够增大爬壁机器人与壁面之间的摩擦力，保证爬壁机器人在壁面上平稳运动的技术效果。
48.本实用新型实施例中的技术方案为解决上述问题，总体思路如下：设计爬壁机器人的运动机构包括驱动组件、主动同步轮、从动同步轮和同步带履带，并通过驱动组件驱使主动同步轮进行旋转，从而带动同步带履带进行传动；同步带履带一方面可以保证运动的同步性，另一方面可以增大与壁面的接触面积，并增大同步带履带与壁面之间的摩擦力，从而保证运动的平稳性；同时运动机构为独立模块，能够方便维护。
49.为了更好地理解本实用新型的技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对本实用新型的技术方案进行详细的说明。
50.实施例1
51.请参阅图1至图4所示，本实用新型一种运动机构100，运动机构100 包括用于与爬壁机器人相连接的安装基座1、驱动组件2、主动同步轮3、从动同步轮4以及同步带履带5；
52.所述安装基座1的底部一端设置有主动轮安装座11，安装基座1的底部另一端设置有从动轮安装座12；所述主动同步轮3转动设置在主动轮安装座11上，所述从动同步轮4转动设置在从动轮安装座12上；所述驱动组件2固定在主动轮安装座11上并且与主动同步轮3相连接；所述同步带履带5的一端套设在主动同步轮3上，同步带履带5的另一端套设在从动同步轮4。该运动机构100在运动时，通过驱动组件2驱使主动同步轮3进行旋转，主动同步轮3在旋转时通过同步带履带5带动从动同步轮4一起同步旋转，从而使同步带履带5进行传动实现行走功能。
53.通过将该运动机构100应用于负压吸附式的爬壁机器人中，至少能够带来如下有益效果：
54.1、运动机构100采用同步带履带5，同步带履带5综合了同步带和履带的优点，一方面可以保证主动同步轮3和从动同步轮4的运动同步性；另一方面，与现有的轮式结构相比，同步带履带5可以增大与壁面的接触面积，使得同步带履带5与壁面之间的摩擦力也随之增大，进而保证爬壁机器人能够稳定地吸附在竖直壁面或隧道弧形壁面上，并使爬壁机器人在壁面上平稳的运动。
55.2、因同步带履带5的使用，明显地增大了整个爬壁机器人与壁面之间的接触面积，进而能够为爬壁机器人提供更大的摩擦力，因此在爬壁机器人的整机重量适当增大的情况下，爬壁机器人也能够平稳地吸附在壁面上，而不会因摩擦力不足出现下滑情况。
56.3、因爬壁机器人的工作特性，同步带履带5是一个损耗件，在使用一段时间后需要进行更好；本实用新型采用将运动机构100设计成一个独立的模块，使得在需要进行维护或更换时，可以将该运动机构100单独拆卸下来，从而方便维护，提高了整机的维护性能。
57.在本实用新型的实施例中，因同步带履带5在运行一段时间后难免会变松，为此本实用新型设计运动机构100还包括设置在安装基座1的中部的张紧装置6；所述张紧装置6包括张紧轮安装座61以及设置在张紧轮安装座 61的底部的张紧滚轮62；所述张紧轮安装座61通过可上下调节的调节件 63与安装基座1相连接；所述张紧滚轮62抵顶于同步带履带5
的上表面。在使用时，通过调节件63对张紧滚轮62的上下位置进行调节，使张紧滚轮 62从同步带履带5的上表面将同步带履带5往下压紧；其中，所述调节件 63可以为调节螺栓，调节螺栓的数量可以根据需要进行设置，例如可以设置调节螺栓的数量为4个；在将调节螺栓往上旋转时，张紧轮安装座61可以带动张紧滚轮62进行上移调节，而在将调节螺栓往下旋转时，张紧轮安装座61可以带动张紧滚轮62进行下移调节。
58.本实用新型通过设计张紧装置6对同步带履带5的松紧程度进行调节，可便于同步带履带5在运行过程中的维护，使同步带履带5在运行的过程中不会因变松而无法正常使用；同时通过张紧装置6可以增大同步带履带5 与主动同步轮3、从动同步轮4的包角，从而防止同步带履带5与主动同步轮3、从动同步轮4脱开，可以保证运动的安全性。
59.在本实用新型的实施例中，考虑到同步带履带5的安装需求，为了方便同步带履带5的安装，保证装配性能，本实用新型中设计运动机构100还包括调节装置7；所述调节装置71包括设置在安装基座1上的安装调节槽孔 71、主动轮安装座11上凸设的安装凸部72以及固定在安装基座1上的顶紧装置73；
60.所述安装凸部72伸入至安装调节槽孔71内；所述顶紧装置73固定在靠近从动轮安装座12的一侧，且所述顶紧装置73具有用于调节并顶紧主动轮安装座11的顶紧件74；所述顶紧件74可以为顶紧螺栓，顶紧螺栓的数量可以根据需要进行设置，例如可以设置顶紧螺栓的数量为2个；在将顶紧螺栓往内旋转时，顶紧螺栓将主动轮安装座11顶紧，在将顶紧螺栓往外旋转时，顶紧螺栓往外退出，使主动轮安装座11可以沿着安装调节槽孔71 进行移动调节。
61.本实用新型中的调节装置7在使用时，当需要将同步带履带5安装到主动同步轮3和从动同步轮4上时，先通过安装凸部72和安装调节槽孔71 配合将主动轮安装座11往靠近从动同步轮4的一端移动，以缩小主动同步轮3与从动同步轮4的中心距，从而方便将同步带履带5安装到主动同步轮 3和从动同步轮4上；在同步带履带5安装完毕后，通过调节顶紧装置73 上的顶紧件74，使顶紧件74将主动轮安装座11往远离从动同步轮4的一端推动并顶紧，从而使主动同步轮3与从动同步轮4之间保持合适的中心距，同步带履带5处于绷紧状态。因此，通过在主动轮安装座11与安装基座1 之间设置调节装置7，可方便同步带履带5的安装，保证装配性能；同时通过调节装置7和张紧装置6的双重调节，可使同步带履带5不会松动，保证同步带履带5正常工作。
62.在本实用新型的实施例中，所述主动轮安装座11包括第一支撑座体111 和第二支撑座体112；所述主动同步轮3的一端通过第一轴承(未图示)与第一支撑座体111转动连接，主动同步轮3的另一端通过第二轴承31与第二支撑座体112转动连接；所述驱动组件2固定在第一支撑座体111上，且所述驱动组件2的输出轴与主动同步轮3固定连接；其中，所述驱动组件2 为电机组件。在本实用新型中，因同步带履带5的作用，使得主动同步轮3 如果采用悬臂式的安装方式将导致受力不均匀，并且径向力可能会损坏驱动组件2出轴处的轴承，因此本实用新型中将主动轮安装座11设计为包括第一支撑座体111和第二支撑座体112，并且将主动同步轮3的一端通过第一轴承与第一支撑座体111连接，另一端通过第二轴承31与第二支撑座体112 连接，从而保证主动同步轮3的两端都有轴承支撑，改善了受力情况，能够大大提升驱动组件2的使用寿命。
63.所述安装凸部72包括设置在第一支撑座体111的顶部的第一安装凸部721以及设
置在第二支撑座体112的顶部的第二安装凸部722；所述安装调节槽孔71包括与第一安装凸部721对应设置的第一安装调节槽孔711以及与第二安装凸部722对应设置的第二安装调节槽孔712。在使用时，通过第一安装凸部721和第一安装调节槽孔711配合可以实现第一支撑座体111 的移动调节，通过第二安装凸部722和第二安装调节槽孔712配合可以实现第二安装调节槽孔712的移动调节。在具体实施时，所述第一支撑座体111 的顶部可以设置多个第一安装凸部721，例如在第一支撑座体111顶部的两端和两侧均设置一个第一安装凸部721，并且在安装基座1上对应每个第一安装凸部721均开设一个第一安装调节槽孔711；同理，所述第二支撑座体 112的顶部也可以设置多个第二安装凸部722，例如在第二支撑座体112的顶部设置两个第二安装凸部722，并且在安装基座1上对应每个第二安装凸部722均开设一个第二安装调节槽孔712。
64.在本实用新型的实施例中，所述张紧轮安装座61的底部两端均转动设置有所述张紧滚轮62。通过在张紧轮安装座61的底部两端均设置张紧滚轮 62，一方面可以更好地实现将同步带履带5从上表面往下顶紧；另一方面，可以通过一端的张紧滚轮62的顶紧作用来增大同步带履带5与主动同步轮 3之间的包角，同时通过另一端的张紧滚轮62的顶紧作用来增大同步带履带5与从动同步轮4之间的包角。
65.在本实用新型的实施例中，所述从动轮安装座12的顶部凸设有限位凸部121，安装基座1上对应于限位凸部121开设有限位槽孔13；所述限位凸部121伸入至限位槽孔13内。在具体设计时，使所述限位凸部121的长度和宽度均与限位槽孔13相匹配，这样在将限位凸部121插入至限位槽孔13 内，并将从动轮安装座12与安装基座1锁付固定在一起后，可以保证从动轮安装座12不会晃动，可以提升从动轮安装座12与安装基座1之间结合的牢固性。
66.实施例2
67.请参照图1至图8所示，本实用新型一种适用于大负载的爬壁机器人，包括负压吸附机器人本体8以及运动机构100；所述负压吸附机器人本体8 具有负压腔室81，所述负压腔室81内设置有一对所述运动机构100。其中，所述运动机构100的具体结构请参照实施例2的详细介绍，在此就不再进行赘述了。两个所述运动机构100分布在负压腔室81内的左右两侧，并且两个运动机构100各自独立工作，在两个运动机构100的配合下，可实现爬壁机器人的前进、后退、原地旋转、向左转弯和向右转弯动作。
68.因为在爬壁机器人需要搭载较重的载荷装置91时，使得爬壁机器人整机的整体重量较重(可能达到10kg)，要保证在一定的负压情况下爬壁机器人能够安全地吸附在壁面上，就需要有足够的摩擦力来平衡爬壁机器人的重力。为了使爬壁机器人能够适应不同材质的竖直壁面或隧道弧形壁面，密封结构84需是可浮动的，因此密封结构84能够提供的摩擦力比较小，要保证爬壁机器人能稳定地吸附在壁面上，就需要由运动机构100来提供足够的摩擦力。因现有爬壁机器人本身的自重较轻，其通过轮式结构就能满足摩擦力的要求，而对于搭载有载荷装置91的爬壁机器人其整机重量较重，通过轮式结构是无法满足摩擦力要求。为此，本实用新型采用同步带履带5的结构设计，使得可以增大运动机构100与壁面之间的接触面积，从而增大摩擦力，能够很好地解决现有负压吸附爬壁机器人在整机重量加大时无法稳定的吸附在壁面的问题，特别适合需要搭载较重的载荷装置91的爬壁机器人使用，保证爬壁机器人能够在竖直壁面或隧道弧形壁面平稳的运动。
69.在本实用新型的实施例中，所述负压吸附机器人本体8包括用于形成负压腔室81
的负压腔体82、负压产生装置83、密封结构84以及控制装置85；所述负压产生装置83固设于负压腔体82的顶部，并且负压产生装置83与负压腔室81相连通，使负压产生装置83可以产生负压实现将负压腔室81 内的空气排放到负压腔体82之外，从而实现内外压差，保证爬壁机器人能够吸附在壁面上；所述密封结构84固设于负压腔体82的底部，且所述运动机构100的同步带履带5的下表面与密封结构84的下表面处于同一水平面上，保证运动机构100的同步带履带5能够与壁面接触实现带动爬壁机器人运动；所述控制装置85固定在负压腔体82上，且运动机构100和负压产生装置83均与控制装置85电性连接，以通过控制装置85控制运动机构100 和负压产生装置83工作。
70.所述密封结构84为设置在负压腔体82底部边沿的柔性密封裙，能根据环境做适应性变形，始终保持与壁面贴设，从而对负压腔室81进行密封，减少空气泄漏，维持负压腔室81内的负压，有较强的环境适应能力。
71.所述负压产生装置83包括驱动电机831、电机支座832、离心叶轮(未图示)和叶轮外罩833；所述叶轮外罩833固定在负压腔体82的顶部，并且负压腔体82的顶部开设有与叶轮外罩833的内部相连通的连通孔821；所述离心叶轮设置在叶轮外罩833内，所述驱动电机831通过电机支座832 固定在叶轮外罩833上，并且驱动电机831的输出轴与离心叶轮相连接；所述叶轮外罩833的侧面开设有若干个出风口8331。工作时，通过驱动电机 831带动离心叶轮进行旋转，离心叶轮在旋转的过程中将负压腔室81内的空气抽出并经由出风口8331排出。
72.在本实用新型的实施例中，所述负压腔体82的前后两端固定有载荷装置91，所述控制装置85固定在任一所述载荷装置91之上；其中，所述载荷装置91可以是检测装置，且载荷装置91与控制装置85电性连接，以实现对壁面进行相应的检测工作。
73.在本实用新型的实施例中，所述负压腔体82的左右两侧固设有供电电池92；所述供电电池92与控制装置85电性连接，实现供电。本实用新型中通过将搭载的载荷装置91布置在负压腔体82的前后两端，同时将供电电池92布置在负压腔体82的左右两侧，通过使各个模块分布在负压腔体82 的四周，可以保证爬壁机器人的整体重量分配更加均衡，并使重心处在爬壁机器人的中心位置，进而可以保证爬壁机器人行走的稳定性。
74.虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本实用新型的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本实用新型的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本实用新型的权利要求所保护的范围内。