一种用于玻璃壁面可旋转的爬行装置的制作方法

本发明属于高空玻璃清洗装置技术领域，涉及一种用于玻璃壁面可旋转的爬行装置。

背景技术

壁面移动机械人属于极限作业机器人。所谓极限作业是指一些危险的工作条件(如放射性、高温、高压、垂直壁面、宇宙环境等)下所进行的检测、维修、救援等作业。这些作业对人类来讲是危险的也是不易实现的，目前使用的爬行装置中一般采用多个活塞缸或电机和相关机构与真空吸盘相连，实现爬行装置在光滑壁面上的直行、转弯和静止，整体机构复杂、笨重，过重的质量不利于其在光滑壁面上的吸附，复杂的机构也增加了爬行装置制造成本，降低了整个装置的可靠性。现有的壁面爬行装置在遇到墙面有障碍物的时候就会停止前进，无法继续工作，造成极大的不便。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于玻璃壁面可旋转的爬行装置，解决了现有爬行装置不能翻越障碍，无法原地旋转的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种用于玻璃壁面可旋转的爬行装置，包括定距杆、传动机构、若干吸附机构和转盘机构，传动机构对称安装在左右两侧的定距杆上，每个吸附机构均安装在传动机构的表面，转盘机构位于左右两侧传动机构之间，转盘机构包括转盘主体和连接在转盘主体顶端的滑盘下梁，滑盘下梁中间固定连接有与滑盘下梁轴线垂直的滑盘上梁，滑盘上梁在两端开设的螺杆孔ii处通过螺杆电机轴固定连接在左右两侧定距杆上，螺杆电机轴固定连接螺杆电机作为整体，用于带动传动机构原地旋转和翻越障碍。

本发明的其他特点还在于，

转盘机构包括圆形的转盘顶盘，转盘顶盘表面中央开有四个螺栓孔ii，螺栓孔ii处通过螺栓固定连接有滑盘下梁，滑盘下梁轴向连接滚珠丝杠，滚珠丝杠的一端通过联轴器与电机连接，电机带动滚珠丝杠转动，滑盘下梁随着滚珠丝杠的转动沿着滚珠丝杠的轴向移动，从而带动滑盘上梁移动。

转盘顶盘两端通过转盘直线电机轴连接圆形的吸盘固定盘，转盘直线电机轴一端连接有转盘直线电机作为整体带动转盘机构运动；转盘顶盘和吸盘固定盘中间设置有转盘大齿轮，转盘直线电机轴另一端穿过转盘大齿轮的两端并固接在吸盘固定盘表面，转盘大齿轮啮合转盘小齿轮，转盘小齿轮和转盘大齿轮的中央分别键连接在齿轮轴一端，齿轮轴另一端与吸盘固定盘通过轴承连接，并且与转盘小齿轮连接的齿轮轴通过联轴器连接有驱动电机。

吸盘固定盘表面沿圆周通过若干吸盘杆间隔均匀连接有转盘吸盘，每个吸盘杆穿过吸盘固定盘表面与吸盘固定盘螺纹连接，并通过螺母固定，每个吸盘杆内部中空，每个吸盘杆位于吸盘固定盘底面的一端固接丁基橡胶ii，位于吸盘固定盘表面的一端连接真空泵管，真空泵管连接真空泵，真空泵固接在吸盘固定盘表面。

传动机构包括连接在左右两侧定距杆之间两两相互平行的大齿轮轴、小齿轮轴和轴，大齿轮轴和轴位于定距杆的两端，小齿轮轴位于大齿轮轴和轴的中间，大齿轮轴中间键连接大齿轮，小齿轮轴中间键连接小齿轮，大齿轮啮合小齿轮，小齿轮轴的一端通过联轴器连接电机i，电机i固接在定距杆上；大齿轮轴和轴两端均穿过定距杆分别通过螺纹连接链轮组i和链轮组ii，链轮组i和链轮组ii上分别缠绕有链条i和链条ii，链轮组i和链轮组ii的结构相同。

链轮组i包括分别连接在大齿轮轴和轴一端的两个大链轮，两个大链轮之间缠绕啮合链条i，链条i还与三个小链轮啮合，定距杆中央通过螺栓固接有三角固定架，三角固定架中央开设有销轴孔通过销轴i连接另一个三角固定架，另一个三角固定架位于传动机构外侧，并且在表面螺栓孔处通过螺栓固定在压杆上，三个小链轮位于两个三角固定架的之间，并且通过销柱固定在两个三角固定架的三角，三个小链轮可以绕销柱转动。

每个定距杆上还固接辅助安装壳，辅助安装壳内部顶端上固接直线电机，辅助安装壳相对的两侧开有凹槽，凹槽内放置有拉杆，拉杆的轴线与定距杆平行，拉杆通过螺纹孔与直线电机丝杠轴螺纹连接。

拉杆的中央与凹槽配合连接的地方开有对应的凸台，拉杆的内部沿轴向开设有“凹”字形通孔，通孔两端设置有弧面轨道，通孔内部表面除过两端的地方呈平面轨道。

吸附机构包括圆形的吸盘壳体，吸盘壳体中央间隙连接吸盘杆，吸盘壳体表面位于吸盘杆两侧对称固接两组吸盘凸台，每组吸盘凸台之间通过两个相互平行的销轴ii连接在链条i和链条ii10上，吸盘壳体上位于吸盘凸台的外侧还固接有滚轮支撑台，滚轮支撑台通过销轴连接滚轮，吸盘杆的一端固接一垂直于吸盘杆的横杆，横杆两端各过盈配合连接一轴承ii内圈，轴承ii外圈在弧面轨道内和平面轨道上滚动，吸盘杆的另一端通过螺母连接丁基橡胶，丁基橡胶连接在吸盘壳体的圆周上。

本发明的有益效果是，一种用于玻璃壁面可旋转的爬行装置，解决了现有爬行装置结构复杂，不能翻越障碍的问题。该爬行装置具有吸附和爬行两个作用，吸盘进入拉杆时产生吸附力，在爬行的过程中，前面的吸盘依次通过拉杆进入吸附状态，尾部的最后一个吸盘，分别依次经过拉杆中平面轨道与端部弧面轨道，实现吸盘由吸附状态逐渐变为贴紧壁面无吸附力状态，吸盘离开壁面时就不会是吸附状态，便不会给爬行装置前行造成阻力。通过转盘机构的设置，可以使得机构在原地进行360度的旋转，当遇到障碍物时，通过电机可以控制链轮组翻越障碍物。

附图说明

图1是本发明的一种用于玻璃壁面可旋转的爬行装置的结构示意图；

图2转盘机构与传动机构连接的示意图；

图3是转盘机构的结构示意图；

图4是滑盘结构示意图；

图5是滑盘结构侧视图；

图6是吸盘的结构示意图；

图7是本发明的一种用于玻璃壁面可旋转的爬行装置中传动结构的示意图；

图8是三角固定架的结构示意图；

图9是拉杆的机构示意图；

图10是转盘吸盘的结构示意图。

图中，1.大齿轮，2.大齿轮轴，3.定距杆，4.链轮组i，5.电机i，6.链条i，7.小齿轮轴，8.小齿轮，9.轴，10.链条ii，11.拉杆，12.直线电机，13.辅助安装壳，14.凹槽，15.直线电机丝杠轴，16.链轮组ii，17.吸附机构，18.大链轮，19.三角固定架，20.压杆，21.小链轮，22.轴承i，23.销轴i，24.螺栓孔，25.销轴孔，27.弧面轨道，28.平面轨道，29.销轴ii，30.轴承ii，31.吸盘杆，32.吸盘凸台，33.滚轮，34.吸盘壳体，35.丁基橡胶，36.滚轮支撑台，37.螺纹孔，38.转盘小齿轮，39.转盘吸盘，40.螺母，41.真空泵，43.螺栓孔ii，44.转盘顶盘，45.转盘直线电机轴，46.转盘直线电机，47.真空泵管48.吸盘固定盘，49.滑盘上梁，50.导杆，51.滑盘下梁，52.螺钉，53.滚珠丝杠，56.滑盘下梁电机，57.螺栓孔ii，58.螺杆孔ii，59.滑盘上梁凸台，60.螺杆电机轴，61.螺杆电机，62.丁基橡胶ii，63.转盘大齿轮。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明的一种用于玻璃壁面可旋转的爬行装置，如图1和图2所示，包括定距杆3、传动机构、若干吸附机构17和转盘机构，传动机构对称安装在安装框架左右两侧的定距杆3上，每个吸附机构均安装在传动机构的表面，转盘机构位于左右两侧传动机构之间，并通过螺杆与左右两侧传动机构之间固定连接，用于带动传动机构原地旋转和翻越障碍。

如图3、图4和图5所示，转盘机构包括圆形的转盘顶盘44，转盘顶盘44表面中央开有四个螺栓孔ii43，螺栓孔ii43处通过螺栓固定连接有滑盘下梁51，滑盘下梁51两侧沿轴线固接有导杆50，导杆50与滑盘上梁49连接，滑盘上梁49的轴线与滑盘下梁51的轴线垂直，滑盘上梁49中间对称固接有滑盘上梁凸台59，滑盘上梁凸台59在螺栓孔ii57处通过螺栓与导杆50连接并通过螺钉52固定，滑盘下梁51轴向连接滚珠丝杠53，滚珠丝杠53的一端通过联轴器与电机连接，电机带动滚珠丝杠53转动，滑盘下梁51随着滚珠丝杠53的转动沿着滚珠丝杠53的轴向移动，滑盘上梁49在两端开设的螺杆孔ii58处通过螺杆电机轴60固定连接在左右两侧定距杆3上，螺杆电机轴60固定连接螺杆电机61作为整体，用以带动传动机构运动。

转盘顶盘44中央通过转盘直线电机轴45连接圆形的吸盘固定盘48，转盘直线电机轴45一端连接有转盘直线电机46作为整体带动转盘机构运动；转盘顶盘44和吸盘固定盘48中间设置有转盘大齿轮63，转盘直线电机轴45另一端穿过转盘大齿轮63的两端并固接在吸盘固定盘48表面，转盘大齿轮63啮合转盘小齿轮38，转盘小齿轮38和转盘大齿轮63的中央分别键连接在齿轮轴一端，齿轮轴另一端与吸盘固定盘48通过轴承连接，并且与转盘小齿轮38连接的齿轮轴通过联轴器连接有驱动电机。

如图6所示，吸盘固定盘48表面沿圆周通过若干吸盘杆间隔均匀连接有转盘吸盘39，转盘吸盘39的吸盘杆穿过吸盘固定盘48表面与吸盘固定盘48螺纹连接，并通过螺母40固定，每个吸盘杆内部中空，每个吸盘杆位于吸盘固定盘48底面的一端固接丁基橡胶ii62，位于吸盘固定盘48表面的一端连接真空泵管47，真空泵管47连接真空泵41，真空泵41固接在吸盘固定盘48表面。

如图7所示，传动机构包括通过轴承i22过盈配合连接在左右两侧定距杆3之间两两相互平行的大齿轮轴2、小齿轮轴7和轴9，大齿轮轴2和轴9位于定距杆3的两端，小齿轮轴7位于大齿轮轴2和轴9的中间，大齿轮轴2中间键连接大齿轮1，小齿轮轴7中间键连接小齿轮8，大齿轮1啮合小齿轮8，小齿轮轴7的一端通过联轴器连接电机i5，电机i5固接在定距杆3上；大齿轮轴2和轴9两端均穿过定距杆3分别通过螺纹连接链轮组i4和链轮组ii16，链轮组i4和链轮组ii16上分别缠绕有链条i6和链条ii10，链轮组i4和链轮组ii16的结构相同。

链轮组i4包括分别通过螺纹连接在大齿轮轴2和轴9一端的两个大链轮18，两个大链轮18之间缠绕啮合链条i6，链条i6还与三个小链轮21啮合，定距杆3中央通过螺栓固接有三角固定架19，如图8所示，三角固定架19中央开设有销轴孔25通过销轴i23连接另一个三角固定架19，另一个三角固定架19位于传动机构外侧，并且在表面螺栓孔24处通过螺栓固定在压杆20上，三个小链轮21位于两个三角固定架19的之间，并且通过销柱固定在两个三角固定架19的三角，三个小链轮21可以绕销柱转动。

每个定距杆3上还固接辅助安装壳13，辅助安装壳13内部顶端上固接直线电机12，辅助安装壳13相对的两侧开有凹槽14，凹槽14内放置有拉杆11，拉杆11的轴线与定距杆3平行，拉杆11通过螺纹孔37与直线电机丝杠轴15螺纹连接。

如图9所示，拉杆11的中央与凹槽14配合连接的地方开有对应的凸台，拉杆11的内部沿轴向开设有“凹”字形通孔，通孔两端设置有弧面轨道27，通孔内部表面除过两端的地方呈平面轨道28。

如图10所示，吸附机构17包括圆形的吸盘壳体34，吸盘壳体34中央间隙连接吸盘杆31，吸盘壳体34表面位于吸盘杆31两侧对称固接一组吸盘凸台32，每组吸盘凸台32之间通过两个相互平行的销轴ii29连接在链条i6和链条ii10上，吸盘壳体34上位于吸盘凸台32的外侧还固接有滚轮支撑台36，滚轮支撑台36通过销轴连接滚轮33，吸盘杆31的一端固接一垂直于吸盘杆31的横杆，横杆两端各过盈配合连接一轴承ii30内圈，轴承ii30外圈在弧面轨道27内和平面轨道28上滚动，吸盘杆31的另一端通过螺母连接丁基橡胶35，丁基橡胶连接在吸盘壳体34的圆周上。

滑盘下梁51通过导杆50与滑盘下梁电机56连接。

本发明的一种用于玻璃壁面可旋转的爬行装置，工作过程为：装置放上壁面之前，启动直线电机12下移，使直线电机丝杠轴15带动拉杆11下移，使吸盘的丁基橡35胶紧贴壁面(轴承ii30通过弧面轨道27已经进入到平面轨道28)，待整体爬行装置放到壁面上时，使直线电机12向上移动，使直线电机丝杠轴15带动11拉杆上移，使丁基橡胶35中部拉起远离壁面，然后，启动5电机i5，带动小齿轮8转动，小齿轮8带动大齿轮1转动，大齿轮1带动链轮组i4和链轮组ii16转动起来(三者同轴)，整个爬行装置往前行进(若要后退，将电机i5反转即可；若要停止，关掉电机i5即可)。

此爬行装置主要两部分：吸附和移动。吸附主要特点是当吸盘未进入拉杆11时，不产生吸附力，当其进入拉杆11结构中的端部弧面轨道和平面轨道后(此时即所有朝向壁面的吸盘皆紧紧吸附在壁面上)。前进过程中，此类似履带运动的爬行装置，前面的吸盘依次通过拉杆进入吸附状态，尾部的最后一个吸盘，分别依次经过拉杆结构中平面轨道(吸盘的丁基橡胶35中部为拉起远离壁面状态)与端部弧面轨道(吸盘的丁基橡胶35渐渐靠近壁面)，即吸盘由吸附状态逐渐变为贴紧壁面无吸附力状态，吸盘离开壁面时就不会是吸附状态，便不会给爬行装置前行造成阻力。

当遇到障碍时：

1)链轮组越障：电机i5停止后，使两边链轮组i4和链轮组ii16停止前进，转盘直线电机46启动，转盘吸盘39下移贴近壁面；同时，启动真空泵41使所有转盘吸盘39内产生足够负压吸附在壁面上(此时，整个装置被牢牢吸附在壁面上)。然后，启动直线电机12下移，使直线电机丝杠轴15带动拉杆11下移，使吸盘壳体34上的丁基橡胶35紧贴壁面，不吸附壁面。启动螺杆电机61使链轮组i4和链轮组ii16整体上移，离开壁面一定高度；启动滑盘下梁电机56，在滚珠丝杠53的作用下，滑盘上梁49向前移动，同时带动链轮组i4和链轮组ii16整体前移(链轮组i4和链轮组ii16越过障碍)；越过障碍后，停止滑盘下梁电机56，此时，再启动螺杆电机61，使链轮组i4和链轮组ii16整体下移，链轮组紧贴壁面后，启动直线电机12，使直线电机丝杠轴15带动拉杆11上移，使吸盘壳体34上的丁基橡胶35与壁面形成空腔，产生负压，从而吸盘便吸附壁面；

然后，链轮组i4和链轮组ii16的履带式机构吸附在壁面上时，此时可以停止转盘机构工作(即停止真空泵41，使所有转盘吸盘39内产生负压消失，然后启动转盘直线电机46反转，使转盘吸盘39上移离开壁面一定距离(此时转盘顶盘44不动))。启动滑盘下梁电机56，使滑盘下梁49向前移动，带动转盘吸盘前移越过障碍后，停止滑盘下梁电机56。

此时，爬行装置便可继续向前移动了。

2)原地3600旋转：当爬行装置正在前行过程中，需要进行原地原地旋转时，停止电机i5，使两边链轮组i4和链轮组ii16停止前进，转盘直线电机46启动，转盘吸盘39下移贴近壁面；同时，启动真空泵41使所有转盘吸盘39内产生足够负压吸附在壁面上(此时，整个装置被牢牢吸附在壁面上)。然后，启动螺杆电机61使链轮组i4和链轮组ii16整体上移，离开壁面一定高度；此时，启动转盘小齿轮电机，带动转盘小齿轮38转动，转盘小齿轮38进而带动转盘大齿轮63转动，转盘大齿轮63进而带动转盘直线电机轴45，再带动转盘顶盘44转动，转盘顶盘44带动滑盘下梁51转动，滑盘下梁51带动滑盘上梁49转动，滑盘上梁49带动两边链轮组i4和链轮组ii16动起来，最终实现整个装置旋转。转动到指定位置后，启动螺杆电机61，链轮组i4和链轮组ii16整体下移，贴紧壁面。启动直线电机12上移，使直线电机丝杠轴15带动拉杆11上移，使丁基橡胶35离开壁面，吸附壁面。此时可以停止转盘吸盘39的工作。此时，爬行装置可以在旋转后，继续前行移动。