多功能机器人系统及其应用的制作方法

本发明属于机器人应用技术领域，特别涉及一种具有作业能力的多功能机器人系统及其应用。

背景技术：

随着现代科技技术水平的不断发展，机器人得到了广泛的应用。公开号cn104802872a的中国发明专利公开了一种爬壁机器人。该爬壁机器人e能吸附在粗糙外墙c表面上移动。通常，爬壁机器人e常常使用管子或是电线d来从外部获取持续的动力供给。例如，如图1所示，爬壁机器人e在竖直面上进行清洗或喷涂作业时，爬壁机器人e距离楼顶b的高度在100米，那么，爬壁机器人e会遇到如下问题：

（1）如果爬壁机器人e自带有水箱或涂料箱以及控制部件（例如：控制阀）的话，爬壁机器人e的重量会变得非常重，巨大的重力作用会导致爬壁机器人e掉落。

（2）如果水箱或是涂料箱等原料供给a放置在楼顶的话，水或油漆等原料就需要通过很长的管子d输送至爬壁机器人e，这就造成了原料供给量的控制困难。如果原料的控制部件（流量阀、压力阀等）放在楼顶，管子和缆线的长度（例如100米长）就会造成严重的时间滞后，时间滞后会导致控制失效、不稳定的问题。而且，原料流经很长的管子输送至爬壁机器人e时，会在长管上产生极大的沿程损耗，进而会导致机器人单元端的压力和流量不足的情况发生。如果把原料的控制部件安装在爬壁机器人e上，又会导致爬壁机器人e的重量大幅增加，这对爬壁机器人e是非常不利的。

（3）如果动力供给a放置在楼顶的话，动力流（电流等）就需要通过很长的缆线输送至机器人单元，这就造成了动力的控制困难。如果动力的控制部件（变压器等）放在楼顶，缆线的长度（例如100米长）就会造成严重的时间滞后，时间滞后会导致控制失效、不稳定的问题。而且，动力流经很长的缆线输送至机器人单元时，会在长缆线上产生极大的沿程损耗，进而会导致爬壁机器人e的动力不足的情况发生。如果把动力的控制部件安装在爬壁机器人e上，又会导致爬壁机器人e的重量大幅增加，这对爬壁机器人e是非常不利的。

（4）以图2为例，爬壁机器人e从位置a横向移动至位置b，缆线d也会发生相应的位置改变。缆线d的重量会对机器人单元施加一个横向拖拽力。也就说，爬壁机器人e移动时不得不带动缆线d同时移动。如果缆线d非常长的话，缆线d的质量就很重。对移动的爬壁机器人e而言，缆线d变成了非常大的惯性负载，严重影响爬壁机器人e的运动性能。并且，为了抵御不可测的横向拖拽力，爬壁机器人e的吸附装置不得不始终工作在最大吸附力的状态下，这就导致了吸附装置的能耗过大。

（5）连接爬壁机器人e和楼顶供给设备a的长缆线d悬挂在高空。高空存在剧烈横风，横风施加作用力在缆线上，导致缆线摆动，并且，该作用力会通过缆线d直接作用在爬壁机器人e上，形成对爬壁机器人e的横向拖拽力，下称横风拖拽力。并且，该横风拖拽力随着高空横风的状态发生改变，是一个不稳定的、难预测的作用力。如果缆线d很长（百米或更长），该作用力会变得很大，严重影响爬壁机器人e的稳定性。

（6）在实施作业的过程中，我们需要根据爬壁机器人e的移动来收放缆线d。理想情况下，缆线d的收放长度和速度可以根据爬壁机器人e和楼顶b的供给单元a的相对位置来计算。但是，在爬壁机器人e和楼顶的供给单元a之间的连接缆线d是一个两端固定的柔性线体问题，缆线d还受到重力、横风作用力等因素影响，并且缆线d越长，影响越显著。于是，该柔性线体问题变得很复杂，求解困难，进而导致了难以准确根据机器人的移动来控制缆线d的收放长度和速度。缆线d收放得不恰当的话，势必会对爬壁机器人e的移动带来非常严重的影响。

可知，爬壁作业机器人的改进需要克服上述的技术难题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种具备作业能力的多功能机器人系统，该多功能机器人系统能够解决背景技术中所提到的多个技术难题。

本发明是这样实现的，提供一种机器人系统，包括移动的供给站和若干机器人单元，以及带动供给站移动的牵引装置，所述供给站设置有动力供应系统；所述供给站通过连接线缆分别与每个机器人单元连接，所述连接线缆包括支路动力缆线，所述动力供应系统通过支路动力缆线分别为每个机器人单元提供动力流；所述机器人单元设置有机器人驱动装置、工作执行装置、机器人吸附装置和机器人移动装置，所述机器人驱动装置通过带动机器人移动装置使得机器人单元在工作面上移动，所述若干机器人单元通过机器人吸附装置贴附在工作面上移动；所述若干机器人单元在水平面或斜面或竖直面或顶面上移动，所述供给站跟随若干机器人单元进行移动。

进一步地，所述供给站还设置有供给站移动装置和供给站吸附装置，所述供给站吸附装置使供给站吸附在工作面上，所述供给站移动装置与工作面发生接触，使得供给站在工作面上移动。

进一步地，在所述供给站上还设置有至少一块引桥板，所述引桥板的至少一部分可收纳和展开地设置在供给站上；当所述引桥板处于展开状态时，所述引桥板至少有一侧边放置在工作面上，与工作面发生接触；所述机器人单元从与工作面发生接触的一个侧边移动到引桥板上，再从与工作面发生接触的其他或是同一引桥板的侧边移动到工作面上。

进一步地，在所述供给站上还设置有回收舱，所述回收舱至少容纳一个机器人单元，所述机器人单元能够从工作面移动到回收舱内进行回收，并从所述回收舱中移出到工作面。

进一步地，在所述引桥板上设置有回收舱，所述回收舱至少容纳一个机器人单元，所述引桥板至少一个侧边放置在工作面上，与工作面发生接触，所述机器人单元能够从工作面移动到引桥板的回收舱内进行回收，并从所述引桥板的回收舱中移出到工作面。

进一步地，在所述供给站上还设置有回收舱，所述回收舱至少容纳一个机器人单元，所述机器人单元能够从工作面通过引桥板移动到供给站的回收舱内进行回收，并从所述供给站的回收舱中移出到工作面。

进一步地，在所述回收舱的侧部设置有限位装置，用于限制机器人单元的位置。

本发明是这样实现的，提供一种如前述的多功能机器人系统的应用，所述若干机器人单元应用为墙面清洁机器人，所述工作执行装置应用为墙面清扫装置，所述若干机器人单元的行走工作面为竖直或倾斜的建筑物墙面，所述牵引装置包括卷扬机，所述卷扬机设置在建筑物顶部，所述卷扬机通过吊挂绳索牵引供给站跟随若干机器人单元上下移动，所述若干机器人单元对建筑物墙面进行清洗作业，所述若干机器人单元通过其吸附装置贴附在墙面行走，在所述供给站上设置水源，所述连接缆线包括支路动力缆线和支路水管，所述供给站通过支路水管给每个机器人单元供给清洁水。

进一步地，在所述若干机器人单元上还设置有摄像装置和机器人无线测距信号站，所述摄像装置拍摄的影像通过无线发射装置发射到远程操控系统，在所述建筑物上设置有与机器人无线信号站通讯的无线定位装置，所述无线定位装置也由远程操控系统控制。

与现有技术相比，本发明的多功能机器人系统及其应用，设置单独的供给站，将机器人的执行装置与其驱动装置和供给装置分离，供给站不断地向机器人提供原材料和能源，减少机器人侧的重量和体积，延长其单次工作时间，提高工作效率和机器人单元的稳定性、控制性，还可以降低能耗。

附图说明

图1为现有的爬壁机器人工作示意图；

图2为图1的现有的爬壁机器人在墙壁上位置移动前后的状态示意图；

图3为本发明的多功能机器人系统的第一实施例、第二实施例和第七实施例的平面示意图；

图4为图3中清洗机器人的侧视图；

图5为本发明的多功能机器人系统的第三实施例的使用状态平面示意图；

图6为本发明的多功能机器人系统的第四实施例的使用状态平面示意图；

图7为本发明的多功能机器人系统的第五实施例的供给站使用状态剖面示意图；

图8为图7中的供给站通过引桥板通过凸起障碍物的示意图；

图9为图7中的供给站的主动轮通过凸起障碍物的示意图；

图10为图7中的回收舱的剖面示意图；

图11为本发明的多功能机器人系统的第六实施例的使用状态平面示意图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一：

请同时参照图3和图4所示，本发明多功能机器人系统的较佳实施例，包括移动的供给站1和若干机器人单元2，以及带动供给站移动的牵引装置。所述牵引装置带动供给站1移动。牵引装置通过绳索7来牵引供给站1。所述供给站1无主动移动能力，只能被牵引装置牵引着移动。

所述供给站1设置有动力供应系统。所述机器人单元2设置有机器人驱动装置、工作执行装置、机器人吸附装置4和机器人移动装置13。所述供给站1通过连接线缆3分别与每个机器人单元2连接。所述机器人驱动装置通过带动机器人移动装置使得机器人单元2在工作面上移动。所述动力供应系统通过连接缆线3分别为每个机器人单元2提供动力流。动力流包括电源、高压气源、液压源和高压水源等。所述机器人吸附装置4让机器人单元2吸附在其所在的表面上移动。

所述若干机器人单元2可以在垂直的、倾斜的表面上移动和工作，也可以在天花板上移动和工作，所述供给站1跟随若干机器人单元进行移动。所述若干机器人单元2以所述供给站1为中心的范围内行走。例如，所述若干机器人单元2的工作执行装置可以是摄像机，实施拍摄作业。又例如，所述若干机器人单元2的工作执行装置可以是声波探伤仪，实施作业表面的探伤工作。

所述供给站1设置有动力供应系统。动力供应系统从下方或是上方通过输送缆14获取持续的动力流。图3的示例里，动力供应系统从下方通过输送缆14获取持续的动力流。动力供应系统也可以自带动力源，例如蓄电池等，动力流从动力源通过连接缆3输送给机器人单元2。

以超声探伤仪为例，工作执行装置就是超声波探头。超声波信号放大与存储处理部件通常都比较重，我们可以把这些比较重的部件放置在供给站1上。这样的话，机器人单元2的重量就可以减轻，从而解决了背景技术中所述的问题（1）。

再以清洗墙面为例，工作执行装置就是毛刷装置，为清洗墙面提供清洗水的装置称为原材料供给装置（此例中的原材料特指清洗水）。原材料供给装置通常包含增压泵和控制阀等部件，因此重量很大。我们可以把工作执行装置安装在机器人单元2上，原材料供给装置安装在供给站1上。输送缆14中包含原材料的支管路，清洗水被输送至供给站1上的原材料供给装置。连接缆3包含原材料的支管路，清洗水流经该支管路输送至机器人单元2的工作执行装置。连接缆3通常只有十多米长。原材料流在十多米长的连接线缆里传输时不会造成明显的时间滞后和沿程损耗，从而能够确保原材料流的充分供给和有效控制。解决了背景技术中所述的问题（2）。

在本实施例中，供给站1的动力供应系统通过连接线缆3向机器人单元2提供动力流。连接线缆3通常只有十多米长。动力流在十多米长的连接线缆里传输时不会造成明显的时间滞后和沿程损耗，从而能够确保动力流的充分供给和有效控制。解决了背景技术中所述的问题（3）。

并且，机器人单元2在移动时，只需带动十多米长的连接缆3，对机器人单元2而言，这是一个比较小的惯性负载，并不会对机器人单元2的移动性能造成影响，解决了背景技术中所述的问题（4）。

实施例二：

请同时参照图3和图4所示，作为实施例一的一个变化例，所述供给站1还设置有供给站吸附装置和供给站移动装置（图3中未示出）。对于高空作业，吊挂供给站1的绳索7可能长达几十米甚至上百米。高空存在剧烈横风，横风施加作用力在绳索7上，导致绳索7摆动，进而导致供给站1摆动。摆动的供给站1会通过连接缆线3拖拽机器人单元2，严重影响机器人单元2的稳定性。所述供给站移动装置包含多个车轮。所述供给站吸附装置让供给站1贴附在工作面上，从而使供给站移动装置的车轮和工作面之间产生接触和摩擦力。摩擦力能够克服绳索7的横风拖拽力，因此，横风拖拽力就不会传递到连接缆线3上，也就不会传递到机器人单元2上，从而消除了不可测的横风拖拽力的影响，确保了机器人单元2的稳定性。消除了不可预测的横风拖拽力的影响，机器人单元2的吸附装置4不需要始终工作在最大吸附力的状态，因此，吸附装置4的能耗就变小了。这就很好地解决了背景技术中所述的问题（5）。

在本实施例中，供给站吸附装置让供给站1贴附在工作面上，横风拖拽力等随机变化的外力被供给站1和作业面之间的摩擦力克服。因此，机器人单元2、供给站1和连接缆线3所组成的两端固定的柔性线体问题变得简单，机器人单元2在连接缆线3的长度范围内可以自由移动。这就很好地解决了背景技术中所述的问题（6）。

实施例三：

图5是实施例二的一个变化例。所述供给站1还设置有供给站移动装置和供给站吸附装置（图中未示出）。所述供给站移动装置包含多个车轮。在所述供给站1上还设置有一块引桥板15，所述引桥板15的至少一部分可收纳和展开地设置在供给站1上；当所述引桥板15处于展开状态时，所述引桥板15至少有一侧边放置在工作面上，所述机器人单元2从该侧边移动到引桥板15上，并从其他侧边移出引桥板15。图5的供给站1上设置了一块引桥板15。引桥板15的一侧边安装在供给站1上，并以该侧边为轴线做转动，从而可以收纳和展开。当引桥板15处于展开状态时，引桥板15的多个侧边接触墙面5。机器人单元2从引桥板15的一个侧边移动至引桥板15上，并从另一个侧边移出引桥板15，如图5中的虚线所示的移动路线。机器人单元2越过沟槽f后，引桥板15转动一定的角度处于收纳状态，引桥板15的侧边离开墙面5，避免供给站1在移动时引桥板15的侧边和墙面5产生摩擦。

该实施例适用于工作面上有深而宽的沟槽f或断差的场合，例如很多高楼上的内陷的修饰槽。因为，在工作面存在沟槽或断差，出现工作面不连续时，实施例一和实施例二的机器人单元2是无法越过沟槽f或断差，从而导致无法作业。而本实施例通过引桥板15的搭桥作用可将机器人单元2移动到沟槽f或断差另一边的工作面上，实现机器人单元2的连续作业。

实施例四：

请参照图6所示，作为实施例三的一个变化例。图6的供给站1上共设置了三块引桥板15。引桥板15的一侧边安装在供给站1上，并以该侧边为轴线做转动，从而可以收纳和展开。当引桥板15处于展开状态时，引桥板15的另一侧边接触墙面5。机器人单元2移动至一块引桥板15上，并从另一个块引桥板移出，如图6中的虚线所示的移动路线。机器人单元2越过沟槽f后，引桥板15转动一定的角度处于收纳状态，引桥板15的侧边离开墙面5，避免供给站1在移动时引桥板15的侧边和墙面5产生摩擦。

本实施例通过引桥板15的搭桥作用而将机器人单元2移动到沟槽f或断差另一边的工作面上，实现机器人单元2的连续作业。

实施例五：

请参照图7所示，作为实施例二的另一个的变化例。图7是供给站1的剖面图。所述供给站1设置有供给站移动装置和供给站吸附装置。所述供给站移动装置包含多个车轮17。所述供给站1上还设置有回收舱16，所述回收舱16至少容纳一个机器人单元2，所述机器人单元2能够从工作面5移动到回收舱16内进行回收或者从回收舱16中移出到工作面5。在所述回收舱16的外侧部设置有引桥板15，所述引桥板15可收纳或展开。当处于展开状态时，引桥板15的至少一个侧边放置在工作面5上，与工作面5发生接触。所述机器人单元2通过引桥板15移动到回收舱16内。如果回收舱16设置得非常接近工作面，那么，可以不需要引桥板15，机器人单元2直接就可以进入回收舱16。

该实施例不仅适用于工作面上有深而宽的沟槽f的场合，也适用于工作面上有凸起g的场合。本实施例具体越障的工作原理如下：

回收舱16的引桥板15处于展开状态，引桥板15的一个侧边接触工作表面。机器人单元2通过引桥板15移动到供给站1的回收舱16。然后，引桥板15收起处于收纳状态。带有机器人单元2的供给站1借助牵引装置和供给站移动装置完成越过沟槽f或是凸起g等障碍。当凸起g障碍物的高度小于供给站移动装置的车轮17半径时，车轮17可以是无驱动的从动轮。当凸起g障碍物高于供给站移动装置的车轮17的半径时，车轮17必须是有驱动的主动轮。主动轮和凸起g之间能够产生摩擦力来帮助供给站1越过凸起g障碍物，如图9所示。供给站1越过凸起g障碍物之后，引桥板15再次展开，机器人单元2移动至工作表面继续实施作业。

实施例三和四所述的搭桥方案只能帮助机器人单元2通过凹陷沟槽f障碍，而对于下述的两种情况则是无效的。（1）当沟槽f很宽的时候（例如，5米宽的沟槽），搭桥方案需要至少5米长的引桥板15，很显然，5米长的引桥板15对于供给站1来说太大了，会大幅增加供给站1的尺寸和重量；（2）当机器人系统要通过很高的凸起g障碍物时，如图8所示，搭桥方案的引桥板15会被凸起g障碍物顶起，导致引桥板15的侧边无法接触工作表面，那么，机器人单元2也就无法移进和移出引桥板15。本实施例所述方案可以很好解决上述两种难题。

此外，回收舱16上还可以设置可控的限位装置（图中未画出）。当机器人单元2进入回收舱16后，开启限位装置，使机器人单元2被限制在回收舱内。这样一来，在供给站1移动的过程中，机器人单元2就不会从回收舱16掉落出来，确保了机器人单元2的安全。例如，限位装置可以是由电磁铁驱动一个顶销，电销伸出实现限位。如图10所示。

实施例六：

图11所示的实施例是实施例五的一个变形例。图11是供给站1的俯视剖面图。回收舱16设置在引桥板15上。回收机器人单元2时，引桥板15和回收舱16一起展开，引桥板15的一端接触工作表面。

实施例七：

请同时参照图3和图4，作为本发明的一个特别的应用，将前述的机器人系统的应用在建筑墙面清洁领域。所述若干机器人单元2应用为墙面清洁机器人，所述工作执行装置应用为墙面清扫装置，所述若干机器人单元2的行走工作面为竖直或倾斜的建筑物墙面5，所述牵引装置包括卷扬机6。在本实施例中，所述供给站1和若干机器人单元2的行走表面为建筑物墙面5。在所述建筑物顶部b设置有卷扬机6，所述卷扬机6通过吊挂绳索7牵引供给站1沿墙面上下移动。所述若干机器人单元2为墙面清洁机器人对建筑物墙面进行清洗作业，在所述墙面清洁机器人上设置清扫装置8。所述若干机器人单元2通过其吸附装置4贴附在墙面5行走。在所述供给站1设置水源供给（图中未示出）。水源供给可以是一个设置在供给站1上的水箱和加压水泵，加压水泵将水箱的水加压输送给机器人单元2。水源供给也可以是通过原材料输送管路从外部（例如楼顶）获取持续加压水源，水源通过供给站1上的原材料中转管路输送给机器人单元2。所述连接缆线3包括支路动力缆线和支路水管，所述供给站1通过支路水管给每个机器人单元2供给清洁水。

在所述若干机器人单元2上还设置有摄像装置9和机器人无线测距信号站10。所述摄像装置9拍摄的影像通过无线发射装置发射到远程操控系统，图像用于辅助操作人员监控和操控。在所述建筑物上设置有与机器人无线测距信号站10通讯的若干无线定位装置11，用于获取机器人单元的位置。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。