专利名称：清洗作业装置与爬壁机器人之间的自适应柔性连接机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及了一种用于作业装置与机器人集成的连接机构，尤其是清洗作业装置与爬壁机器人之间的连接机构。
背景技术：
目前，清洗作业装置与爬壁机器人之间多采用刚性连接机构，清洗作业装置与爬壁机器人本体或直接固定连接，或通过气缸连接，使得清洗机构的越障过程、清洗作业装置适应壁面的变化时只能依靠刮板和滚刷的较小的弹性变形被动完成，越障过程中变形严重的滚刷无法清洗窗框等障碍物，因此，壁面适应能力差，清洗效果受到影响。当机器人本体的吸附压力有脉动时，也会影响到清洗作业装置的清洗效果，不能达到清洗效果的一致性。且该连接方法只适用于机器人本体运动过程中在垂直壁面方向没有自由度的情况。要提高清洗作业装置的清洗效果、壁面适应能力、与机器人本体的集成能力，根本的方法是在清洗作业装置和机器人本体之间增加一个移动自由度，在机器人本体提供足够吸附力的基础上，让清洗作业装置自动适应壁面的变化、越障过程及机器人本体高度方向的变化、机器人本体吸附压力的变化，使清洗作业装置始终能够保持恒压越障、恒压清洗壁面及窗框类障碍物。这是一种主动的隔离方法，主动的隔离方法必须从连接机构原理上解决问题。
发明内容本发明的目的在于提供一种作业机构与机器人本体之间的通用的柔性连接机构，与清洗作业装置中的恒压机构配合使用，使作业机构与机器人更好的集成在一起，并使机器人具有更好的作业效果和更强的自适应性能。
本发明的目的是这样实现的，清洗作业装置与爬壁机器人之间的自适应柔性连接机构，其特征在于:由刷臂和柔性机构连接组成，刷臂直接与机器人本体固定连接，柔性机构一端与刷臂通过轴承连接，柔性机构另一端与清洗作业装置固定连接。所述柔性机构由压缩弹簧压杆导套组件和导杆导套组件共同组成，压缩弹簧压杆导套组件和导杆导套组件的一端分别与刷臂通过轴承连接，压缩弹簧压杆导套组件和导杆导套组件的另一端分别与清洗作业装置固定连接。所述柔性机构由多个压缩弹簧压杆导套组件组成，压缩弹簧压杆导套组件的一端分别与刷臂通过轴承连接，压缩弹簧压杆导套组件的另一端分别与清洗作业装置固定连接。所述的导杆导套组件由滑筒、限位销、连接座、组成，滑筒装入在连接座的内孔中，滑筒上设有限位销，连接座上设有轴向滑槽，限位销穿在轴向滑槽内滑动匹配，滑筒与连接座滑动配合连接。所述的压缩弹簧压杆导套组件由滑筒、压力弹簧、限位销、连接座组成，滑筒及压力弹簧装入在连接座的内孔中，滑筒上设有限位销，连接座上设有轴向滑槽，限位销穿在轴向滑槽内滑动匹配，滑筒与连接座滑动配合连接。本发明结构合理简单，采用弹性连接机构，将壁面的窗框类障碍物、壁面高度的变化和机器人本体在垂直壁面方向的位移，皆转换成压缩弹簧的变形量和清洗作业装置上的压力脉动，清洗作业装置中的恒压机构抵消了运动及越障过程中来自壁面的多余脉动压力及机器人的脉动吸附压力，消除了壁面不平度、机器人在垂直于壁面方向的移动自由度、机器人的吸附压力脉动对清洗作业装置和清洗效果的影响，使清洗作业装置对壁面不平度及机器人高度脉动、吸附压力脉动具有自适应性，始终保持恒压越障、恒压清洗壁面及窗框类障碍物。所述的压缩弹簧压杆导套组件是一个组合件，由一件压缩弹簧，一件压杆，一件导套(滑筒)组成，压杆通过刷臂与机器人固定连接，导套则与清洗作业装置固定连接，压杆压缩弹簧使得弹簧在导套内具有一定的预压缩量并限制清洗作业装置在壁面内的两个移动自由度，两个压缩弹簧压杆导套组件配套使用可以限制清洗作业装置在壁面内的两个移动自由度和一个旋转自由度，即清洗作业装置相对于机器人本体没有平行于壁面方向的自由度，仅有一个垂直于壁面方向的自由度。若清洗作业装置长度较大时，可多增加几个压缩弹簧压杆导套组件，所有压缩弹簧压杆导套组件性能均相同，共同提供清洗作业装置的清洗压力，可增加清洗作业装置的刚度，使 之受力更加均匀。装配好的压缩弹簧压杆导套组件具有的功能是:与清洗作业装置中的恒压机构配合使用，为清洗作业装置提供清洗力并起到导向作用，当壁面不平或机器人本体高度方向有脉动时，压杆压缩弹簧在导套中收缩滑动，直至弹簧力与外力达到平衡状态，当撤掉外力时，清洗作业装置在弹簧的作用下自动恢复到与壁面保持一定压力的贴合状态，而机器人本体也恢复到预先设定的位置，在弹簧的动态调整过程中，滚刷受到的清洗压力和清洗摩擦力始终不变，因此使得清洗作业装置遇到窗框或清洗弧形壁面时，或机器人本体高度有脉动或吸附压力有脉动时，连接机构使得清洗作业装置能够自适应壁面的不平度、吸附压力的脉动和机器人本体高度方向的脉动，始终保持清洗作业装置良好的清洗效果及清洗效果的一致性。所述的导杆导套组件由导杆、导套(滑筒)组成，它不提供清洗压力，作用只是与压缩弹簧压杆导套组件配合使用一起限制清洗作业装置在平行于壁面方向上相对于机器人本体的旋转自由度，使清洗作业装置与机器人本体之间仅有一个垂直于壁面方向的自由度。装配好的弹性连接机构连接在机器人本体和清洗作业装置之间，壁面的不平度和机器人本体高度方向的脉动、吸附压力的脉动皆被主动的隔离，适应机器人在有窗框的壁面、弧形壁面上的清洗作业，并能适应在垂直于壁面方向有一个移动自由度的机器人的清洗作业，具有很强的自适应能力。本发明与现有的技术相比较，具有显而易见的突出实质性特点和显著优点:1.本发明利用了弹簧对压力的自适应的特性，使用了高度自适应弹性连接机构，结构简单，容易实现；2.当遇到窗框类障碍物时，刮板和滚刷的变形不变，清洗压力和摩擦力保持不变，利用弹簧的大变形结合恒压装置实现跨障功能并能够清洗窗框类障碍物；3.机器人清洗弧面时，壁面高度的变化被转换成压缩弹簧变形量，近而使清洗作业装置能够实现恒压作业，使清洗作业装置对不平壁面具有自适应性，提高了作业机构的壁面适应能力；4.使清洗作业装置从原来只能与平行壁面运动的机器人配套使用扩大到可与垂直壁面方向有移动自由度的机器人配套使用，提高了清洗作业装置与机器人的集成能力；5.该连接机构具有通用性，也可推广应用到其它作业机器人本体与作业机构之间的连接，在工程应用中具有一定的普遍意义。
图1a是本发明的柔性机构由压缩弹簧压杆导套组件和导杆导套组件共同组成的结构示意图。图1b是图1a的右视图。图2是本发明的压缩弹簧压杆导套组件的结构示意图。图3是本发明的导杆导套组件的结构示意图。图4a是本发明用于轮腿式爬壁机器人与清洗作业装置连接的实施例，为机器人本体质心距离壁面最近位置的示意图。图4b是本发明用于轮腿式爬壁机器人与清洗作业装置连接的实施例，为机器人本体质心距离壁面最近位置的示意图。图5a是本发明的柔性机构由压缩弹簧压杆导套组件组成的结构示意图。图5b是5a的右视图。
图6a是本发明用于轮式爬壁机器人与清洗作业装置连接的实施例，为机器人清洗平直壁面情况的示意图。图6b是本发明用于轮式爬壁机器人与清洗作业装置连接的实施例，为机器人遇到窗框类障碍物情况的示意图。图中:刷臂1-1、压缩弹簧压杆导套组件1-2、导杆导套组件1-3、滑筒1-2-1、压缩弹簧1-2-2、限位销1-2-3、连接座1-2-4、导杆导套组件1_3、滑筒1_3_1、限位销1_3_2、连接座1-3-3、清洗作业装置2、机器人3、障碍物4、吸盘5。
具体实施方式
实施例1清洗作业装置与爬壁机器人之间的自适应柔性连接机构，如图la、图lb、图2、图3所示，由刷臂1-1和柔性机构连接组成，刷臂直接与机器人本体固定连接，柔性机构一端与刷臂通过轴承连接，柔性机构另一端与清洗作业装置固定连接。所述柔性机构由压缩弹簧压杆导套组件1-2和导杆导套组件1-3共同组成，压缩弹簧压杆导套组件1-2和导杆导套组件1-3的一端分别与刷臂通过轴承连接，压缩弹簧压杆导套组件1-2和导杆导套组件1-3的另一端分别与清洗作业装置固定连接。压缩弹簧压杆导套组件1-2为清洗作业装置提供压力并起导向作用，导杆导套组件1-3仅起到导向作用。所述的压缩弹簧压杆导套组件1-2由滑筒1-2-1，压力弹簧1-2-2，限位销1_2_3，连接座1-2-4组成；滑筒1-2-1及压力弹簧1-2-2装入在连接座1_2_4的内孔中，滑筒1-2-1上设有限位销1-2-3，连接座1-2-4上设有轴向滑槽，限位销1_2_3穿在轴向滑槽内滑动匹配，滑筒1-2-1与连接座1-2-4滑动配合连接。所述的导杆导套组件1-3由滑筒1-3-1，限位销1-3-2，连接座1_3_3组成；滑筒1-3-1装入在连接座1-3-3的内孔中，滑筒1-3-1上设有限位销1-3-2，连接座1_3_3上设有轴向滑槽，限位销1-3-2穿在轴向滑槽内滑动匹配，滑筒1-3-1与连接座1-3-3滑动配合连接。本发明用于清洗作业装置与轮腿式机器人之间集成时，如图4a、图4b，轮腿式机器人的特点是:在运动过程中机器人本体在垂直于壁面方向有一个移动自由度。图4a所示为机器人本体质心距离壁面最远的位置，此时，压缩弹簧1-2-3处于最小载荷的预压缩状态，此时清洗作业装置中的恒压装置不承受壁面的支撑压力，滚刷的清洗压力完全由压缩弹簧1-2-3提供，图4b所示为机器人3本体质心距离壁面最近的位置，滑筒随机器人3本体一起运动，滑筒1-2-1进一步压缩弹簧1-2-3，整个清洗作业装置2受到的弹簧压力大于滚刷所需要的清洗压力，多余的压力则通过清洗作业装置2中的恒压机构平衡掉，使机器人运动过程中滚刷受到的清洗压力和清洗摩擦力保持恒定，不仅使清洗作业装置可以恒压越障，还可以恒压清洗壁面及窗框类障碍物。实施例2清洗作业装置与爬壁机器人之间的自适应柔性连接机构，如图5a、图5b、图3所示，由刷臂1-1和柔性机构连接组成，刷臂直接与机器人本体固定连接，柔性机构一端与刷臂通过轴承连接，柔性机构另一端与清洗作业装置固定连接。所述柔性机构由多个压缩弹簧压杆导套组件1-2组成，压缩弹簧压杆导套组件1-2的一端分别与刷臂通过轴承连接，压缩弹簧压杆导套组件1-2的另一端分别与清洗作业装置固定连接。所述的压缩弹簧压杆导套组件1-2由滑筒1-2-1，压力弹簧1-2-2，限位销1_2_3，连接座1-2-4组成；滑筒1·-2-1及压力弹簧1-2-2装入在连接座1_2_4的内孔中，滑筒1-2-1上设有限位销1-2-3，连接座1-2-4上设有轴向滑槽，限位销1_2_3穿在轴向滑槽内滑动匹配，滑筒1-2-1与连接座1-2-4滑动配合连接。本发明用于清洗作业装置与轮式机器人之间集成时，如图6a、图6b，轮式机器人的特点是:运动平面平行于壁面方向，机器人本体运动过程中在垂直于壁面方向没有自由度。图6a所示为机器人清洗平直壁面的情况，此时，压缩弹簧1-2-3处于最小载荷的预压缩状态，此时清洗作业装置中的恒压装置不承受壁面的支撑压力，滚刷的清洗压力完全由压缩弹簧1-2-3提供，图6b为机器人遇到窗框类障碍物的情况，此时，滑筒1-2-1同轮式机器人3的高度一起维持不变，遇到窗框类障碍物4后，清洗作业装置2与导套一起压缩弹簧1-2-3，整个清洗作业装置2受到的弹簧压力大于滚刷所需要的清洗压力，多余的压力则通过清洗作业装置2中的恒压机构平衡掉，使机器人运动过程中滚刷受到的清洗压力和清洗摩擦力保持恒定，不仅使清洗作业装置可以恒压越障，还可以恒压清洗壁面及窗框类障碍物。
权利要求1.清洗作业装置与爬壁机器人之间的自适应柔性连接机构，其特征在于:由刷臂(1-1)和柔性机构连接组成，刷臂直接与机器人本体固定连接，柔性机构一端与刷臂通过轴承连接，柔性机构另一端与清洗作业装置固定连接。
2.根据权利要求1所述的清洗作业装置与爬壁机器人之间的自适应柔性连接机构，其特征在于:所述柔性机构由压缩弹簧压杆导套组件(1-2)和导杆导套组件(1-3)共同组成，压缩弹簧压杆导套组件(1-2)和导杆导套组件(1-3)的一端分别与刷臂通过轴承连接，压缩弹簧压杆导套组件(1-2)和导杆导套组件(1-3)的另一端分别与清洗作业装置固定连接。
3.根据权利要求1所述的清洗作业装置与爬壁机器人之间的自适应柔性连接机构，其特征在于:所述柔性机构由多个压缩弹簧压杆导套组件(1-2)组成，压缩弹簧压杆导套组件(1-2)的一端分别与刷臂通过轴承连接，压缩弹簧压杆导套组件(1-2)的另一端分别与清洗作业装置固定连接。
4.根据权利要求2所述的清洗作业装置与爬壁机器人之间的自适应柔性连接机构，其特征在于:所述的导杆导套组件(1-3)由滑筒(1-3-1)，限位销(1-3-2)，连接座(1-3-3)组成；滑筒(1-3-1)装入在连接座(1-3-3)的内孔中，滑筒(1-3-1)上设有限位销(1-3-2)，连接座(1-3-3)上设有轴向滑槽，限位销(1-3-2)穿在轴向滑槽内滑动匹配，滑筒(1-3-1)与连接座(1-3-3)滑动配合连接。
5.根据权利要求2或3所述的清洗作业装置与爬壁机器人之间的自适应柔性连接机构，其特征在于:所述的压缩弹簧压杆导套组件(1-2)由滑筒(1-2-1)，压力弹簧(1-2-2)，限位销(1-2-3)，连接 座(1-2-4)组成；滑筒(1-2-1)及压力弹簧(1_2_2)装入在连接座(1-2-4)的内孔中，滑筒(1-2-1)上设有限位销(1-2-3)，连接座(1_2_4)上设有轴向滑槽，限位销(1-2-3)穿在轴向滑槽内滑动匹配，滑筒(1-2-1)与连接座(1-2-4)滑动配合连接。
专利摘要清洗作业装置与爬壁机器人之间的自适应柔性连接机构，属于机械连接机构。主要由刷臂和柔性机构连接组成，刷臂直接与机器人本体固定连接，柔性机构一端与刷臂通过轴承连接，柔性机构另一端与清洗作业装置固定连接。与具有恒压装置的清洗作业装置配合使用，从而使得清洗作业装置在具备了独特的恒压清洗、恒压越障和清洗窗框类障碍物的功能，增加了清洗作业装置的壁面适应能力，提高了清洗作业装置与机器人的集成能力，使清洗作业装置可与垂直壁面方向具有移动自由度的爬壁机器人配套使用。本实用新型结构简单，容易实现。
文档编号B25J11/00GK203141495SQ201320101780
公开日2013年8月21日 申请日期2013年3月6日 优先权日2013年3月6日
发明者王妹婷, 齐永锋 申请人:扬州大学