步伐式附着行走墙面裂缝检测机器人的制作方法

本发明涉及一种墙面裂缝检测机器人，特别是一种步伐式附着行走墙面裂缝检测机器人。

背景技术：

随着社会的发展和科技的进步，楼房的外墙面作业逐渐采用机器人替代传统的人工操作，从而大大降低了作业风险。目前墙面裂缝检测的外墙行走机器人多是吸盘方式，这种吸盘式的外墙行走机器人存在以下不足之处：1.对墙面要求较高：由于采用的是吸盘式，要求墙面光滑，当遇到墙面不光滑时，这种机器人就不适用；2.容易脱落：吸盘吸力小，容易脱落；3.重量重、复杂程度及成本高：当采用大吸力真空吸盘时，需要配置额外的气源系统，会增加机器人的重量和复杂程度及成本。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种步伐式附着行走墙面裂缝检测机器人，以解决现有技术存在的对墙面要求较高、容易脱落、增加机器人重量和复杂程度及成本的不足之处。

解决上述技术问题的技术方案是：一种步伐式附着行走墙面裂缝检测机器人，包括机器人本体、分别安装在机器人本体上的传感及通信系统、控制系统，所述机器人本体的前后均设有向外张开的爬行腿；该爬行腿包括上盖、步伐式墙面附着行走装置、驱动装置，所述的上盖与机器人本体的底部连接，驱动装置的顶端与上盖连接，驱动装置的底端与步伐式墙面附着行走装置连接；步伐式墙面附着行走装置的输入端与驱动装置的输出端连接，驱动装置与控制系统的输入输出端连接；所述的传感及通信系统与控制系统的输入端连接。

本发明的进一步技术方案是：所述的步伐式墙面附着行走装置包括前后连接在一起的压紧附着爪、悬空附着爪；压紧附着爪在前、后爬行腿上的安装位置相同，而悬空附着爪在前、后爬行腿上的安装位置不同：前爬行腿上的悬空附着爪位置与机器人本体之间的垂直距离比后爬行腿上的悬空附着爪位置与机器人本体之间的垂直距离小。

本发明的进一步技术方案是：所述的压紧附着爪、悬空附着爪均包括十字楔形附着块、铰链关节、弧形板簧、u形刚性支撑块、锁紧螺杆、锁紧电机、支撑板；所述的十字楔形附着块通过铰链关节连接在弧形板簧的底部，弧形板簧的顶部下方还连接有所述的u形刚性支撑块；所述的锁紧电机安装在u形刚性支撑块上，且锁紧电机的输入端与控制系统的输出端连接，锁紧电机的输出端通过锁紧螺杆连接在弧形板簧的顶部，弧形板簧的顶部上方连接有支撑板；压紧附着爪的支撑板与悬空附着爪的支撑板之间通过下层旋转板连接在一起，下层旋转板还与驱动装置连接。

本发明的再进一步技术方案是：所述的驱动装置包括位于上层的正弦步伐前进装置和位于下层的步伐式旋转前进装置，正弦步伐前进装置和步伐式旋转前进装置连接在一起。

本发明的再进一步技术方案是：所述的步伐式旋转前进装置包括用于控制压紧附着爪和悬空附着爪的两个下层旋转电机，该下层旋转电机的输入端与控制系统的输出端连接，下层旋转电机通过下支撑板安装下层旋转板上，且下层旋转电机的输出端通过下旋转轴与下层旋转板连接。

本发明的再进一步技术方案是：所述的正弦步伐前进装置包括上层电机、上层旋转板、正弦机构中间轴、正弦机构十字滑块、正弦机架；所述的上层电机用于控制下层旋转电机位置及正弦驱动步伐前进，该上层电机与正弦机构十字滑块的底部固定连接，上层电机的输入端与控制系统的输出端连接，上层电机的输出端通过上旋转轴与上层旋转板连接；上层旋转板与下层旋转电机的顶部固定连接，且上层旋转板还与正弦机构中间轴的底部固定连接，正弦机构中间轴的上部套在正弦机构十字滑块的空心槽内，所述的正弦机架与上盖的底部固定连接，正弦机架上设有滑行槽，所述的正弦机构十字滑块与该滑行槽往复滑动配合，且正弦机构十字滑块通过连接块与上盖连接。

本发明的再进一步技术方案是：所述的爬行腿还包括导向装置，该导向装置包括有导向摄像头、转向电机，所述的导向摄像头安装在前方爬行腿的上盖前端，用于判断前进路径，该导向摄像头的输出端与控制系统的输入端连接；所述转向电机安装在连接块上，用于使机器人爬行及转向0°至90°，以更改机器人前进路线，该转向电机的输入端与控制系统的输出端连接，转向电机的输出轴通过轴承与正弦机构十字滑块连接。

本发明的进一步技术方案是：该机器人还包括墙面裂缝视觉检测系统，所述的墙面裂缝视觉检测系统包括检测摄像头、中心照明灯、环绕照明灯，检测摄像头、中心照明灯分别安装在机器人本体底面的中部，环绕照明灯安装在机器人本体底面的四周，检测摄像头与控制系统的输入输出端连接，中心照明灯、环绕照明灯分别与控制系统的输出端连接。

本发明的进一步技术方案是：所述的传感及通信系统包括收发天线装置、风速及与雨量传感器，收发天线装置的输入输出端与控制系统连接，收发天线装置的输入输出端还与上位机无线连接；所述的风速及与雨量传感器的输出端与控制系统的输入端连接。

本发明的更进一步技术方案是：在机器人本体内还设有向步伐式墙面附着行走装置、驱动装置、控制系统供电的充电锂电池，机器人本体的壳体上还设有锂电池散热孔、充电接口、充电指示灯，所述的锂电池散热孔设于充电锂电池正对的侧壁上；所述充电接口和充电指示灯设置在充电锂电池附近的侧壁上。

由于采用上述结构，本发明之步伐式附着行走墙面裂缝检测机器人与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.可很好地在不光洁外墙面行走

由于本发明包括机器人本体、分别安装在机器人本体上的传感及通信系统、控制系统，机器人本体的前后均设有向外张开的爬行腿；该爬行腿包括上盖、步伐式墙面附着行走装置、驱动装置，驱动装置的顶端与上盖连接，驱动装置的底端与步伐式墙面附着行走装置连接；且步伐式墙面附着行走装置的输入端与驱动装置的输出端连接，驱动装置与控制系统的输入输出端连接；所述的传感及通信系统与控制系统的输入端连接。因此，本发明通过步伐式墙面附着行走装置可实现步伐式前进运动，从而可很好地在不光洁外墙面裂缝行走。

进一步地，本发明的步伐式墙面附着行走装置是基于板簧反向锁紧附着装置，包括前后连接在一起的压紧附着爪、悬空附着爪；该压紧附着爪、悬空附着爪均包括十字楔形附着块、铰链关节、弧形板簧、u形刚性支撑块、锁紧螺杆、锁紧电机、支撑板。十字楔形附着块在受到弧形板簧的压力时向外侧滑动，通过弧形板簧形成正压力将产生摩擦力，正压力越大能提供的摩擦力越大，四个步伐式墙面附着行走装置同时有8个十字楔形附着块工作，足够抵御设备的重力，可使设备稳固吸附于墙面，而且由于多点吸附对墙面的光洁度无要求。

而本发明的驱动装置是采用双层旋转结构进行步伐式运动控制，包括位于上层的正弦步伐前进装置和位于下层的步伐式旋转前进装置，正弦步伐前进装置的上层电机可以使上层旋转板旋转180°，使其旋转到下层旋转电机及下层旋转板连接前进位置正上方，每次使上层旋转板转过180°，通过正弦步伐前进机构可以使得机器人本体前进一个上层旋转板长度的距离。通过上层电机与下层旋转电机的配合，可形成上层正弦驱动与下层压紧附着机构旋转的上下双层连续的步伐式前进运动，实现连续快速前进。

因此，本发明可保证能很好地在不光洁外墙面裂缝行走，其对墙面要求不高。

2.性能可靠

本发明的步伐式墙面附着行走装置是基于板簧反向锁紧附着装置，能适应不光洁外墙面，且多点接触，锁紧力大，附着稳固，不容易脱落。驱动装置采用双层旋转结构进行步伐式运动控制，上层采用正弦步伐前进装置，下层采用步伐式旋转前进装置，可按照步伐式协调迈进，运动平稳流畅。因此，本发明的性能比较可靠。

3.能根据探测结果，灵活改变前进路线：

本发明在机器人本体前后部四条爬行腿上还设置有导向装置；该导向装置包括有导向摄像头、转向电机，导向摄像头用于判断前进路径，转向电机可以使机器人爬行退转向0°至90°，如遇到障碍物，控制系统可控制机器人绕开障碍物行进，避免了直接撞上障碍物而损坏机器人；如遇到行走到墙边无法有效附着的位置，可以灵活更改机器人前进路线。

4.高质量采集墙面裂缝信息图像

本发明还包括墙面裂缝视觉检测系统，该墙面裂缝视觉检测系统包括检测摄像头、中心照明灯、环绕照明灯，采用中心照明灯与环绕照明灯设计，光照充分图像清晰，可实现高质量采集墙面裂缝信息图像。

5.可根据当前风速及雨量信息返航

本发明的传感及通信系统包括收发天线装置、风速及与雨量传感器，其中风速及与雨量传感器可检测当前的风速与雨量，并将信息传给控制系统，控制系统在风速或雨量超过设定值时，控制风速及与雨量传感器停止检测并返回，保证设备的安全工作环境。

6.自动化程度高

由于本发明包括有控制系统，该控制系统可自动控制整个步伐式附着行走墙面裂缝检测机器人的协调工作，全程均无需人工操作，其自动化程度非常高。

7.重量较轻，体积较小

本发明结构简单，体积较小，主要重量来自电机和电池，没有大块的金属件，重量也相对较少，使得机器人续航更久，附着更稳。

8.易于推广使用

本发明的成本低，而且外形美观，操作方便，易于推广使用。

下面，结合附图和实施例对本发明之步伐式附着行走墙面裂缝检测机器人的技术特征作进一步的说明。

附图说明

图1：本发明之步伐式附着行走墙面裂缝检测机器人的主视图，

图2：图1的俯视图，

图3：图1的仰视图，

图4：图1的左视图，

图5：图1的右视图；

图6：本发明之步伐式附着行走墙面裂缝检测机器人的立体结构示意图之一，

图7：本发明之步伐式附着行走墙面裂缝检测机器人的立体结构示意图之二，

图8：本发明步伐式附着行走墙面裂缝检测机器人的爬行腿去掉上盖后的主视图，

图9：本发明步伐式附着行走墙面裂缝检测机器人的爬行腿去掉上盖后的俯视图，

图10：本发明步伐式附着行走墙面裂缝检测机器人的爬行腿去掉上盖后的立体结构图。

在上述附图中，各附图标记说明如下：

1-机器人本体，

11-爬行腿，12-充电锂电池，13-锂电池散热孔，14-充电接口，15-充电指示灯，

111-上罩，

112-步伐式墙面附着行走装置，

112a-压紧附着爪，112b-悬空附着爪，

1121-十字楔形附着块，1122-铰链关节，1123-弧形板簧，1124-u形刚性支撑块，1125-锁紧螺杆，1126-锁紧电机，1127-支撑板，1128-下层旋转板，

113-驱动装置，1131-正弦步伐前进装置，11311-上层电机，11312-上旋转轴，

11313-上层旋转板，11314-正弦机构中间轴，11315-正弦机构十字滑块，11316-正弦机架，113161-滑行槽，

11317-连接块，

1132-步伐式旋转前进装置，11321-下层旋转电机，11322-下旋转轴，11323-下支撑板，

114-导向装置，

1141-导向摄像头，1142-转向电机，

2-传感及通信系统，

21-收发天线装置，22-风速及与雨量传感器，

3-控制系统，

4-墙面裂缝视觉检测系统，

41-检测摄像头，42-中心照明灯，43-环绕照明灯；

q-前方，h-后方。

具体实施方式

实施例一：

一种步伐式附着行走墙面裂缝检测机器人，包括机器人本体1、分别安装在机器人本体1上的传感及通信系统2、控制系统3、墙面裂缝视觉检测系统4，其中：

所述机器人本体1的前后均设有向外张开的爬行腿11；该爬行腿11包括上盖111、步伐式墙面附着行走装置、驱动装置113、导向装置114，所述的上盖与机器人本体1的底部连接，驱动装置113的顶端与上盖111连接，驱动装置113的底端与步伐式墙面附着行走装置连接，导向装置114安装在上盖111上；且步伐式墙面附着行走装置的输入端与驱动装置113的输出端连接，驱动装置113、导向装置114分别与控制系统3的输入输出端连接。

所述的步伐式墙面附着行走装置是基于板簧反向锁紧附着装置，包括前后连接在一起的压紧附着爪112a、悬空附着爪112b；压紧附着爪112a在前、后爬行腿上的安装位置相同，而悬空附着爪112b在前、后爬行腿上的安装位置不同：前爬行腿上的悬空附着爪位置与机器人本体1之间的垂直距离比后爬行腿上的悬空附着爪位置与机器人本体1之间的垂直距离小；当压紧附着爪112a压紧墙面时，悬空附着爪112b与墙面保持一定的距离。

所述的压紧附着爪112a、悬空附着爪112b均包括十字楔形附着块1121、铰链关节1122、弧形板簧1123、u形刚性支撑块1124、锁紧螺杆1125、锁紧电机1126、支撑板1127；所述的十字楔形附着块1121通过铰链关节1122连接在弧形板簧1123的底部，弧形板簧1123的顶部下方还连接有所述的u形刚性支撑块1124；所述的锁紧电机1126安装在u形刚性支撑块1124上，且锁紧电机1126的输入端与控制系统的输出端连接，锁紧电机1126的输出端通过锁紧螺杆1125连接在弧形板簧1123的顶部，弧形板簧1123的顶部上方连接有支撑板1127；压紧附着爪112a的支撑板1127与悬空附着爪112b的支撑板1127之间通过下层旋转板1128连接在一起，下层旋转板1128还与驱动装置113连接。工作时，十字楔形附着块1121在受到弧形板簧1123的压力时向外侧滑动，通过弧形板簧1123的形成正压力将产生摩擦力，正压力越大能提供的摩擦力越大，四个附着行走装置同时有8个十字楔形附着块工作，足够抵御设备的重力。所述的锁紧电机1126通过锁紧螺杆1125调节弧形板簧的打开和收缩，可增大或减小板簧正压力。每次下层旋转板1128旋转时，可以带动悬空附着爪112b绕着压紧附着爪112a旋转180°。

所述的驱动装置113采用双层旋转结构进行步伐式运动控制，包括位于上层的正弦步伐前进装置1131和位于下层的步伐式旋转前进装置1132，正弦步伐前进装置1131和步伐式旋转前进装置1132连接在一起。

所述的步伐式旋转前进装置1132包括用于控制压紧附着爪112a和悬空附着爪112b的两个下层旋转电机11321，该下层旋转电机11321的输入端与控制系统3的输出端连接，下层旋转电机11321通过下支撑板11323安装下层旋转板1128上，且下层旋转电机11321的输出端通过下旋转轴11322与下层旋转板1128连接，两个下层旋转电机11321同时只有一个结合，一个断开，以使得下层旋转板1128可以绕结合固定的那个下层旋转电机11321旋转，而下一步则切换结合与断开的位置，一步步交换式前进，即可以通过下层旋转板1128使悬空附着爪112b绕着压紧附着爪112a旋转180°，到位之后，悬空附着爪112b压紧，压紧附着爪112a松开，实现位置和功能互换。

所述的正弦步伐前进装置1131包括上层电机11311、上层旋转板11313、正弦机构中间轴11314、正弦机构十字滑块11315、正弦机架11316；所述的上层电机11311用于控制下层旋转电机位置及正弦驱动步伐前进，该上层电机11311与正弦机构十字滑块11315的底部固定连接，上层电机11311的输入端与控制系统3的输出端连接，上层电机11311的输出端通过上旋转轴11312与上层旋转板11313连接；上层旋转板11313与下层旋转电机11321的顶部固定连接，且上层旋转板11313还与正弦机构中间轴11314的底部固定连接，正弦机构中间轴11314的上部套在正弦机构十字滑块11315的空心槽内，所述的正弦机架11316与上盖111的底部固定连接，正弦机架11316上设有滑行槽113161，所述的正弦机构十字滑块11315与该滑行槽113161往复滑动配合，且正弦机构十字滑块11315通过连接块11317与上盖111连接。使用时，其中一个上层电机11311的输出轴转动带动上层旋转板11313旋转180°，上层旋转板11313的旋转还带动正弦机构中间轴11314在正弦机构十字滑块11315的空心槽内滑动，使得正弦机构十字滑块11315沿着滑行槽113161向前或向后运动，从而使另一个上层电机11311旋转到下层旋转电机11321及下层旋转板1128连接前进位置正上方，每次使上层旋转板11313转过180°，每一个周期可以使得机器人本体前进或后退一个上层旋转板长度的距离。通过上述的上层电机11311与下层旋转电机11321的配合，可形成上层正弦驱动与下层压紧附着机构旋转的上下双层连续的步伐式前进运动，即是可以使压紧附着爪112a及悬空附着爪112b完成抬起、向前或向后、落下的动作过程。

所述的导向装置114包括导向摄像头1141、转向电机1142，所述的导向摄像头1141安装在前方爬行腿的上盖111前端，用于判断前进路径，该导向摄像头1141的输出端与控制系统3的输入端连接；所述转向电机1142安装在连接块11317上，用于使机器人爬行及转向0°至90°，以更改机器人前进路线，该转向电机1142的输入端与控制系统3的输出端连接，转向电机1142的输出轴通过轴承与正弦机构十字滑块11315连接。

在机器人本体1内还设有用于向步伐式墙面附着行走装置、驱动装置、控制系统供电的充电锂电池12，该充电锂电池12的输出端分别与各电机以及控制系统的输入端连接，机器人本体1的壳体上还设有锂电池散热孔13、充电接口14、充电指示灯15，所述的锂电池散热孔13设于充电锂电池12正对的侧壁上；所述充电接口14和充电指示灯15设置在充电锂电池12附近的侧壁上。

所述的传感及通信系统2包括收发天线装置21、风速及与雨量传感器22，收发天线装置21用于信号及信息的接收和发送，该收发天线装置21的输入输出端与控制系统3连接，收发天线装置21的输入输出端还与上位机无线连接，通过上位机的机器人图像处理软件处理给出墙面裂缝分布报告；所述的风速及与雨量传感器22的输出端与控制系统3的输入端连接。所述的风速及与雨量传感器22可检测当前的风速与雨量，并将信息传给控制系统3，控制系统3在风速或雨量超过设定值时，控制风速及与雨量传感器22停止检测并返回。

上述的收发天线装置21、控制系统3均为现有技术，这里不再对其进行详细描述。

所述的墙面裂缝视觉检测系统4包括检测摄像头41、中心照明灯42、环绕照明灯43，检测摄像头41、中心照明灯42分别安装在机器人本体1底面的中部，环绕照明灯43安装在机器人本体1底面的四周，检测摄像头41与控制系统3的输入输出端连接，中心照明灯42、环绕照明灯43分别与控制系统3的输出端连接。