一种攀爬灭火、清洁机器人的制作方法
【技术领域】
[0001]攀爬灭火、清洁机器人是一种用于代替人工对玻璃幕墙进行清洁或协助消防工作人员进行高层建筑灭火的装置，属于机械工程领域。
【背景技术】
[0002]传统的玻璃幕墙清洁工作需要工作人员用一根安全绳将自己吊在半空中，高空的风速远远大于地面风速，在风速的影响下清洁人员会在半空中随风摇晃，在这种恶劣的环境下工作具有非常大的安全隐患；同样传统的高层建筑救火工作需要消防人员搭乘云梯或攀爬到建筑的高处进行灭火，一旦发生意外，必将会造成严重的生命财产损失。为此，急需一种多功能垂直攀爬装置来代替人工进行高空作业。
【发明内容】
[0003]本发明是提供一种使用摆杆机构和吸附装置实现玻璃幕墙清洁工作和高层建筑救火的机器人，其目的是代替人工进行高空作业，无论是对玻璃幕墙的清洁工作，还是进行高层建筑的灭火工作，都起到了一个得力助手的作用。该项发明机器人不仅可以攀爬垂直的墙壁，而且还能轻松爬上楼梯，对火灾中生命财产的搜救起到了举足轻重的作用。
[0004]本发明专利的攀爬灭火、清洁机器人的上述目的是这样实现的，结合【附图说明】如下:攀爬灭火、清洁机器人利用传统的吸附原理使机器人整体吸附在墙壁上。利用摆杆机构实现对玻璃幕墙的清洁功能和对高层建筑火灾的救援工作。通过改变传动系统的传动比实现机器人的转弯功能，调整摆杆摆动的角度以适应不同工作环境的要求。
[0005]所述的机器人的摆杆机构，电机通过减速齿轮带动曲柄转动，通过多个球面副的作用使摆杆进行摆动。在摆杆的前端设有一定锥度的凹形槽，与之配合的支座做成相同锥度的凸形座，保证两个锥面的精度，支座与摆杆之间采取过盈配合，便于安装与拆卸。
[0006]本发明专利的攀爬灭火、清洁机器人的行走机构与越障机构集为一体。
[0007]所述的行走机构由行走轮、履带和副带组成。行走轮外围设有多个凹形槽，履带的内侧由多个排列规则的凸形体组成，通过凹形槽与凸形体之间的配合实现行走轮带动履带进行转动，保证传动效率的同时使履带的受力更加均匀。在环形履带的外围加有一层耐高温软质材料的副带，在行走轮之间加有固定挡板，保证行走机构在受到外力作用下不会改变形状。
[0008]所述的越障机构主要依托副带的柔软性，在机器人遇到障碍时，由于吸附装置的吸附作用，副带会根据障碍物的形状进行凹陷变形，在机器人进行越障的同时保证机器人上下表面压强差基本不变，确保机器人的安全性。
[0009]所述的传动系统主要由直齿圆柱齿轮、锥齿轮、螺旋齿轮、电磁铁和传动轴组成，其特征在于:传动系统传动比的调整，通过控制两个电磁铁的通电与断电两种状态，改变两组滑移齿轮的先后啮合顺序，进而改变传动系统的传动比，使机器人拥有四种不同的速度进行行走和转弯。
[0010]所述的吸附装置由风扇、风碗和排风孔组成。通过风扇和排风孔的作用使机器人形成上下表面压强差，由于大气压的作用将机器人紧紧地贴在墙面上。在风碗内部设有固定相反极性的磁体，风扇在转动的同时进行切割磁感线运动，产生的电荷将会提供给控制系统和蓄电池。
[0011]所述的灭火装置和清洁装置均与摆杆机构进行配合。在进行灭火工作时，灭火装置的喷头直接与摆杆机构的支座进行配合连接；当进行玻璃幕墙的清洁工作时，则用可提供初始力矩的支座替换原来摆杆机构中的支座，满足机器人在不同环境下的工作需求。
[0012]所述的灭火装置通过与摆杆机构的共同作用来完成灭火工作。灭火装置采用向火源喷射大量二氧化碳的方法进行灭火工作。
[0013]所述的清洁装置同样与摆杆机构共同作用来完成对玻璃幕墙的清洁工作。清洁刷中的清洁海绵安装在两个刮水器中间，两个刮水器的高度低于清洁海绵的高度。手柄和清洁刷之间采用球面副进行连接，保证清洁刷的自由转动。水管上装有两位三通换向阀，控制清洁水的通断，避免水资源的浪费。
[0014]机架上安装有摄像单元，摄像单元可以实时监控环境情况和机器人的工作状况。若机器人在高空作业时发生故障，可以对地面的通信控制系统进行信息反馈，实现对机器人的远程调控，确保机器人工作的准确性和可靠性。
[0015]本发明的优点与技术效果:本机器人采用可再生循环能源供给系统，利用电器元件的功能特性将多种能源进行整合，提高能源的利用率；利用摆杆运动特性改变摆杆摆动的角度，进而实现在灭火和清洁工作环境下对不同摆杆角度的要求，使装置更加灵活；灭火装置和清洁装置采用可替换机构，使机器人实现多功能化；传动系统拥有四种可变传动比，实现对机器人行走速度和转弯的控制；灭火和清洁装置中均装有电磁换向阀来控制回路的通断状态，避免资源的浪费；机器人通过摄像单元和红外装置来快速确定工作区域，实现装置的快速性和准确性；通过远程控制系统对机器人进行实时控制，实现智能化模式；本机器人体积小，质量轻，便于携带，具有较高的机械性能，智能化程度高，是人们高空作业的好帮手。
【附图说明】
[0016]图1是攀爬灭火、清洁机器人的总体结构示意图。
[0017]图2是攀爬灭火、清洁机器人的三维结构图。
[0018]图3是攀爬灭火、清洁机器人的摆杆机构原理图。
[0019]图4是攀爬灭火、清洁机器人的行走机构的结构示意图。
[0020]图5是攀爬灭火、清洁机器人的传动系统局部结构示意图。
[0021]图6是攀爬灭火、清洁机器人的真空吸附装置结构示意图。
[0022]图7是攀爬灭火、清洁机器人的灭火装置工作示意图。
[0023]图8是攀爬灭火、清洁机器人的清洁装置工作示意图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图所示实施例进一步说明本发明专利的攀爬灭火、清洁机器人的具体内容及其工作过程。
[0025]图1是攀爬灭火、清洁机器人的总体结构示意图，主要由机架、摆杆机构、行走机构、传动系统、真空吸附装置和摄像单元组成。所述的摆杆机构，减速齿轮将电机的动力传递给与减速齿轮相互啮合的曲柄(17)，曲柄(17)与连杆(14)之间、连杆(14)与摆杆(15)之间采用球面副进行连接，曲柄(17)通过连杆(14)将动力传递给摆杆(15)，使摆杆(15)实现预期角度的摆动，摆杆(15)与支座(16)采用过盈配合，使拆装更加方便灵活。所述的行走机构主要由行走轮(13) (27)带动履带(29)进行行走，履带(29)的外围设有软质材料的副带(30)，在行走的同时实现简单的越障功能，在同侧的行走轮之间采用传动轴(I) (11)进行传动，减少履带所承受的拉力，延长履带的使用寿命。所述的传动系统，减速齿轮(6)将电机的动力通过滑移齿轮(4) (8) (19) (25)传递给冠状齿轮(3) (9)，再由一对锥齿轮
(12)(28)将动力传递给行走轮(13) (27)，通过电磁铁和复位弹簧(20) (24)的作用改变传动系统的传动比，使两侧行走轮产生行走速度差，从而实现机器人的转弯功能。所述的真空吸附装置，通过联轴器将电机的动力传递给风扇(23)，风扇(23)在风碗(18)中进行转动，将机器人底部的空气抽出，抽出的空气经过排风孔(22 )排出，使机器人底部和机器人外部形成压强差，在大气压的作用下将机器人紧紧的压在墙壁上。所述的摄像单元主要由摄像头(26 )和地面控制软硬件构成，对机器人进行高空作业远程控制。
[0026]图2是攀爬灭火、清洁机器人的三维结构图。本机器人工作时采用半智能人工操作模式，电机(21)通过联轴器将动力传递给风扇，风扇在风碗(18)中转动，将机器人底部的空气抽出经过排风孔(22)排出，使机器人底部的压强小于大气压强，利用压强差将机器人紧紧地压在墙壁上，驱动电机通过传动系统将动力传递给两侧的行走轮使机器人进行行走。机器人在进行清洁玻璃幕墙时，电机通过减速齿轮带动与减速齿轮相互啮合的曲柄
(17)转动，通过球面副作用使摆杆(15)进行周期性摆动，实现擦拭玻璃幕墙的功能。机器人在进行高层建筑救火时，在电机的作用下，使摆杆(15)摆动合适的角度，利用棘轮棘爪机构，固定曲柄(17)的转动位置，使摆杆(15)在受到外界冲击时保持原来角度不变。通过控制电磁铁的通电与断电，从而改变传动系统的传动比，实现机器人的转弯功能。机器人的行走、越障和摆杆机构的摆动过程，摄像单元都进行实时监控。
[0027]图3是攀爬灭火、清洁机器人摆杆机构原理图。电机通过联轴器与减速齿轮相联接，与减速齿轮相互配合的曲柄(17)将动力传递给连杆(14)，由连杆(14)带动摆杆(15)进行摆动，在曲柄(17)和连杆(14)之间，连杆(14)与摆杆(15)之间利用球面副进行相连，保证动力传递的准确性和可靠性。调整曲柄(17)的半径以及连杆(14)的长度进行摆杆(15)转过角度的调整，从而达到预期的位置。摆杆(15)顶端开设具有一定锥度的凹形槽，与该凹形槽进行配合的支座(16)做成具有相同锥度的凸形，二者采用过盈配合方式，使机器人在不同环境下工作时便于支座(16)的拆卸与安装。
[0028]图4是行走机构的示意图。电机通过传动系统带动传动轴转动，通过固定在传动轴上的螺旋齿轮和锥齿轮的共同作用将动力传递给行走轮(27)。副带(30)附着在履带
[29]的外围，采用软质且耐高温的材料制成，在保持足够摩擦力的同时，可以实现简单的越障的功能。在两个行走轮之间设有固定