双足爬壁机器人的制作方法

本发明属于机器人技术领域，尤其涉及一种双足爬壁机器人。

背景技术：

壁面作业机器人的研究在国内外均有开展，主要有框架式双足爬壁机器人、轮式双足爬壁机器人、履带式双足爬壁机器人或步行式双足爬壁机器人等多种结构形式。现有的双足爬壁机器人在行进的过程中，双足爬壁机器人上的连接架只能够在一个平面内转动，导致双足爬壁机器人只能够在一个平面内进行走，进而导致双足爬壁机器人的越障能力不足，无法实现交叉面的行走，行走灵活性差。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种双足爬壁机器人，旨在解决现有技术中的双足爬壁机器人越障能力不足以及行走灵活性差的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种双足爬壁机器人，包括两个吸附组件、若干个连接架和若干个第一关节组件；各所述连接架依序布置，两个所述吸附组件分别与位于首尾处的所述连接架连接，所述第一关节组件的两端分别与相邻的两个所述连接架转动连接；相邻的两个所述连接架中的一个所述连接架与所述第一关节组件的转动连接的回转轴线为r1，相邻的两个所述连接架中的另一个所述连接架与所述第一关节组件的转动连接的回转轴线为r2，所述回转轴线r1与所述回转轴线r2垂直。

进一步地，所述第一关节组件包括固定架、第一驱动件和第二驱动件，所述第一驱动件和所述第二驱动件均固定于所述固定架上，且所述第一驱动件的输出轴和所述第二驱动件的输出轴垂直设置，相邻的两个所述连接架分别与所述第一驱动件的输出轴和所述第二驱动件的输出轴固定连接。

进一步地，所述固定架包括中间板、第一固定板、第二固定板、第三固定板和第四固定板；所述第一固定板、所述第二固定板、所述第三固定板和所述第四固定板依次分别固定于所述中间板的四个周壁上且均与所述中间板垂直设置，所述第一固定板与所述第三固定板相对设置且位于所述中间板的同一侧，所述第二固定板与所述第四固定板相对设置且位于所述中间板的同一侧，所述第一固定板与所述第三固定板以及所述第二固定板与所述第四固定板分别朝向所述中间板的相对两侧延伸，所述第一驱动件固定于所述第一固定板与所述第三固定板之间，所述第二驱动件固定于所述第二固定板与所述第四固定板之间。

进一步地，所述连接架包括连接框以及分别设于所述连接框的相对两端的第一连接板和第二连接板，所述第一连接板包括与所述连接框连接的第一连接段和两个第一固定段，两个所述第一固定段分别与所述第一连接段的两端连接并朝同一侧延伸设置；所述第二连接板包括与所述连接框连接的第二连接段和两个第二固定段，两个所述第二固定段分别与所述第二连接段的两端连接并朝同一侧延伸设置；与所述第一连接板相邻的所述第一关节组件伸入两个所述第一固定段之间，且与至少一个所述第一固定段转动连接；与所述第二连接板相邻的所述第一关节组件伸入两个所述第一固定段之间，且与至少一个所述第二固定段转动连接。

进一步地，所述连接框内设有若干个用于增强所述连接框强度的紧固件。

进一步地，所述吸附组件和所述连接架之间还设有第二关节组件，所述第二关节组件的两端分别与所述吸附组件和所述连接架转动连接；所述连接架与所述第二关节组件的转动连接的回转轴线为r3，所述吸附组件与所述第二关节组件的转动连接的回转轴线为r4，所述回转轴线r3与所述回转轴线r4垂直。

进一步地，所述吸附组件还包括第三连接板和若干个吸附件，所述第三连接板包括两个第三固定段和第三连接段，两个所述第三固定段分别与所述第三连接段的两端连接并朝同一侧延伸设置；各所述吸附件均固定于所述第三连接段上；所述第二关节组件伸入两个所述第三固定段之间并与至少一个所述第三固定段转动连接。

进一步地，两个所述吸附组件还均包括安装板，所述第三连接段固定于所述安装板的一侧面上，所述吸附件固定于所述安装板的另一侧面上。

进一步地，各所述吸附件均为吸盘式电磁铁。

进一步地，所述双足爬壁机器人还包括控制装置，所述第一关节组件、所述第二关节组件和所述吸附组件均与所述控制装置电性连接。

本发明的有益效果：本发明的双足爬壁机器人，在行走时，两个吸附组件交替地移动，从而带动整个两个双足爬壁机器人移动，例如在具体行走时，一个吸附组件吸附在墙面上支撑整个双足爬壁机器人并保持稳定，另一个吸附组件移动，这样两个吸附组件交替地移动，从而实现双足爬壁机器人的行走；并且在行走的过程中，由于两个相邻的连接架分别绕第一关节组件的两端转动的回转轴线r1和的回转轴线r2在空间中相互垂直，那么相邻的两个连接架20之间的第一关节组件可以绕回转轴线r1上下摆动，而另一个连接架可以绕回转轴线r2进行左右摆动，那么连接在连接架上的吸附组件可以上下左右运动，从而实现了整个双足爬壁机器人能够在三维立体空间内自由吸附移动，提高了双足爬壁机器人的越障能力和灵活性。本发明的双足爬壁机器人，结构简单、有较高的适应性、灵活性，且能够在三维立体空间内进行障碍物跨越运行作业。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的双足爬壁机器人的一个视角的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的双足爬壁机器人的另一个视角的结构示意图。

图3为本发明实施例提供的双足爬壁机器人的第一关节组件的结构示意图。

图4为本发明实施例提供的双足爬壁机器人的连接架的结构示意图。

其中，图中各附图标记：

10—吸附组件11—第三连接板12—吸附件

13—安装板20—连接架21—连接框

22—第一连接板23—第二连接板24—紧固件

30—第一关节组件31—固定架32—第一驱动件

33—第二驱动件40—第二关节组件51—固定片

61—法兰盘71—螺丝111—第三固定段

112—第三连接段113—第三转动槽211—中空通孔

221—第一固定段222—第一连接段223—第一转动槽

231—第二固定段222—第二连接段223—第二转动槽

311—中间板312—第一固定板313—第二固定板

314—第三固定板315—第四固定板2211—第一通孔

2212—第二通孔2311—第三通孔2312—第四通孔。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图1～4描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1～4所示，本发明实施例提供的一种双足爬壁机器人，包括两个吸附组件10、若干个连接架20和若干个第一关节组件30，各所述连接架20依序布置，两个所述吸附组件10分别与位于首尾处的所述连接架20连接，所述第一关节组件30的两端分别与相邻的两个所述连接架20转动连接；相邻的两个所述连接架20中的一个所述连接架20与所述第一关节组件30的转动连接的回转轴线为r1，相邻的两个所述连接架20中的另一个所述连接架20与所述第一关节组件30的转动连接的回转轴线为r2，所述回转轴线r1与所述回转轴线r2垂直。

具体地，本发明实施例的双足爬壁机器人，在行走时，两个吸附组件10交替地移动，从而带动整个两个双足爬壁机器人移动，例如在具体行走时，一个吸附组件10吸附在墙面上支撑整个双足爬壁机器人并保持稳定，另一个吸附组件10移动，这样两个吸附组件10交替地移动，从而实现双足爬壁机器人的行走；并且在行走的过程中，由于两个相邻的连接架20分别绕第一关节组件30的两端转动的回转轴线r1和的回转轴线r2在空间中相互垂直，那么相邻的两个连接架20之间的第一关节组件30可以绕回转轴线r1上下摆动，而另一个连接架20可以绕回转轴线r2进行左右摆动，那么连接在连接架20上的吸附组件10可以上下左右运动，从而实现了整个双足爬壁机器人能够在三维立体空间内自由吸附移动，提高了双足爬壁机器人的越障能力和灵活性。本发明实施例的双足爬壁机器人，结构简单、有较高的适应性、灵活性，且能够在三维立体空间内进行障碍物跨越运行作业。

进一步地，连接架20的数量越多，吸附组件10的移动轨迹也就更为复杂，其整个双足爬壁机器人的越障能力也就越强，灵活性也就越好。

优选地，连接架20的数量为三个，具有三个连接架20的双足爬壁机器人一方面能够实现三维空间内行走，另一方面相比于两个连接架20的双足爬壁机器人其具有行走范围大且体积小等优点，与四个以上连接架20的双足爬壁机器人的结构更为简单以及行走更为稳定可靠的优点。

本实施例中，如图1～3所示，所述第一关节组件30包括固定架31、第一驱动件32和第二驱动件33，所述第一驱动件32和所述第二驱动件33均固定于所述固定架31上，且所述第一驱动件32的输出轴和所述第二驱动件33的输出轴垂直设置。这就实现了两个相邻的连接架20的回转轴线r1和回转轴线r2在空间中相互垂直。

相邻的两个所述连接架20分别与所述第一驱动件32的输出轴和所述第二驱动件33的输出轴固定连接。

具体地，固定架31为驱动件提供安装基体，第一驱动件32和第二驱动件33用于输出动力并通过动力带动相邻的两个连接架20转动，从而带动吸附组件10移动，如此使得整个双足爬壁机器人在三维空间内进行行走。

进一步地，相邻的两个连接架20之间的转动动力分别由第一驱动件32和第二驱动件33提供，相邻的两个连接架20的转动互不影响，使得相邻的两个连接架20的转动更为灵活，整个双足爬壁机器人的行走也更为灵活，提升了整个双足爬壁机器人的越障能力。

进一步地，第一驱动件32和第二驱动件33均可以为电机，电机提供转动动力，结构简单可靠且成本低。

优选地，电机可以为步进电机。

本实施例中，如图1～3所示，所述固定架31包括中间板311、第一固定板312、第二固定板313、第三固定板314和第四固定板315；所述第一固定板312、所述第二固定板313、所述第三固定板314和所述第四固定板315依次分别固定于所述中间板311的四个周壁上且均与所述中间板311垂直设置，所述第一固定板312与所述第三固定板314相对设置且位于所述中间板311的同一侧，所述第二固定板313与所述第四固定板315相对设置且位于所述中间板311的同一侧，所述第一固定板312与所述第三固定板314以及所述第二安装板13与所述第四固定板315分别朝向所述中间板311的相对两侧延伸，所述第一驱动件32固定于所述第一固定板312与所述第三固定板314之间，所述第二驱动件33固定于所述第二固定板313与所述第四固定板315之间。

具体地，固定架31由中间板311、第一固定板312、第二固定板313、第三固定板314和第四固定板315相互拼接固定而成，使得固定架31的结构更为简单且质量小，使得整个双足爬壁机器人的结构更为简单且质量小，整个双足爬壁机器人行走更为灵活，适用范围也就更广；同时，利用中间板311的四个周壁的相对位置来固定第一固定板312、第二固定板313、第三固定板314和第四固定板315，使得第一固定板312和第三固定板314的相对设置所形成的第一安装槽与第二固定板313和第四固定板315的相对设置所形成的第二安装槽相对垂直设置，当第一驱动件32和第二驱动件33分别安装在第一安装槽和第二安装槽内时，实现两个驱动件的输出轴的垂直设置，结构简单可靠。

进一步地，第一固定板312和第三固定板314均位于中间板311的同一侧，第二固定板313和第三固定板314均位于中间板311相对设置的另一侧，相邻的连接架20分别位于固定架31的相对两端，相邻的两个连接架20在转动的过程中，不易出现相互干涉或者相互碰撞的情况，整个双足爬壁机器人的行走更为稳定可靠。

进一步地，两个电机的底座分别固定在第一固定板312和第二固定板313上，且两个电机的输出轴分别穿过第一固定板312和第二固定板313与相邻的两个支撑架相连。

本实施例中，如图2～4所示，所述连接架20包括连接框21以及分别设于所述连接框21的相对两端的第一连接板22和第二连接板23；所述第一连接板22包括与所述连接框21连接的第一连接段222和两个第一固定段221，两个所述第一固定段221分别与所述第一连接段222的两端连接并朝同一侧延伸设置；与所述第一连接板22相邻的所述第一关节组件30伸入两个所述第一固定段221之间并与至少一个所述第一固定段221转动连接；所述第二连接板23包括与所述连接框21连接的第二连接段222和两个第二固定段231，两个所述第二固定段231分别与所述第二连接段222的两端连接并朝同一侧延伸设置；与所述第二连接板23相邻的所述第一关节组件30伸入两个所述第一固定段221之间并与至少一个所述第二固定段231转动连接。

具体地，第一连接板22和第二连接板23通过连接框21连接起来，第一连接板22上的两个第一固定段221和第一连接段222形成一个“u”型结构，两个第一固定段221和第一连接段222围着形成一个第一转动槽223，与第一连接板22相连的第一关节组件30安装于第一转动槽223内且于第一转动槽223内转动，第一转动槽223可以对与第一连接板22相连的第一关节组件30的转动起到导向的作用，确保与第一连接板22相连的第一关节组件30转动的稳定性和可靠性；第二连接板23上的两个第二固定段231和第二连接段222形成一个“u”型结构，两个第二固定段231和第二连接段222围着形成一个第二转动槽223，与第二连接板23相连的第一关节组件30安装于第二转动槽223内且于第二转动槽223内转动，第二转动槽223可以对与第二连接板23相连的第一关节组件30的转动起到导向的作用，确保与第二连接板23相连的第一关节组件30转动的稳定性和可靠性。

进一步地，一个第一固定段221上开设有第一通孔2211，第一驱动件32位于第一转动槽223内，且第一驱动件32的输出轴伸入第一通孔2211内并与改第一固定段221固定连接，另一个第一固定段221上开设有第二通孔2212，第二通孔2212的轴线与第一通孔2211的轴线重合，螺丝71穿过第二通孔2212和固定架31后与第一驱动件32的底座相固定连接，且螺丝71于第二通孔2212内能够转动，通过开启第一驱动件32转动，从而使得第一驱动件32能够驱动连接架20相对于第一关节组件30转动，，同时，两个第一固定段221均与第一驱动件32相连，使得第一连接板22与第一关节组件30之间的连接更为可靠，第一连接板22与第一关节组件30之间的转动也更为稳定。

进一步地，一个第二固定段231上开设有第三通孔2311，第二驱动件33位于第二转动槽223内且第二驱动件33的输出轴伸入第一通孔2211内并与该第二固定段231固定连接，另一个第二固定段231上开设有第四通孔2312，第四通孔2312的轴线与第三通孔2311的轴线重合，螺丝71穿过第四通孔2312和固定架31后与第二驱动件33的底座相固定连接，且螺丝71于第四通孔2312内能够转动，通过开启第二驱动件33转动，从而实现了连接架20与第一关节组件30的相对转动，同时，两个第二固定段231均与第二驱动件33相连，使得第一连接板22与第一关节组件30之间的连接更为可靠，第一连接板22与第一关节组件30之间的转动也更为稳定。

进一步地，用于连接第一固定段221与第一驱动件32之间的螺丝71上还螺纹连接有固定片51，固定片51和螺丝71的头部分别夹持在第一固定段221的相对两侧面上，第一固定段221与固定架31以及第一驱动件32的位置相对固定，且第一固定段221与固定架31存在一定的间隙，使得第一关节组件30与第一连接板22之间转动更为可靠顺畅。

进一步地，用于连接第二固定段231与第二驱动件33之间的螺丝71上也螺纹连接有固定片51，固定片51和螺丝71的头部分别夹持在第二固定段231的相对两侧面上，第二固定段231与固定架31以及第二驱动件33的位置相对固定，且第二固定段231与固定架31存在一定的间隙，使得第一关节组件30与第二连接板23之间转动更为可靠顺畅。

进一步地，第一驱动件32的输出轴通过法兰盘61与第一固定段221固定连接，增加了第一驱动件32与第一连接板22的连接强度，同时，第一关节组件30与第一连接板22之间转动更为稳定可靠。

进一步地，第二驱动件33的输出轴也通过法兰盘61与第二固定段231相固定连接，增加了第二驱动件33与第二连接板23的连接强度，同时，第一关节组件30与第二连接板23之间转动更为稳定可靠。

进一步地，第一通孔2211的轴线为h1，轴线第三通孔2311的轴线为h2，轴线h1与轴线h2垂直；第一连接板22可绕轴线h1转动，而与第二连接板23相连的第一关节组件30能够绕轴线h2转动，由于轴线h1与轴线h2相互垂直，与第二连接板23相连的第一关节组件30相对于与第一连接板22相连的第一关节组件30实现了上下左右摆动，这比轴线h1与轴线h2相平行的连接架20的结构设计，其整个双足爬壁机器人的行走更为灵活。

本实施例中，如图2～4所示，所述连接框21内设有若干个用于增强所述连接框21强度的紧固件24。所述连接框21的内部设有中空通孔211，中空通孔211的相对两壁面上分别开设有若干个第一紧固孔和若干个第二紧固孔，各紧固件24分别从第一紧固孔穿入再从对应的所述第二紧固孔穿出并固定于连接框21。

具体地，连接框21的内部开设有中空通孔211，能够有效地减少连接框21的质量，进而减小整个双足爬壁机器人的质量，增加整个双足爬壁机器人的灵活性，且能够有效地降低整个双足爬壁机器人的成本；连接框21上穿设有若干个紧固件24并固定于连接框21上，紧固件24能够增加整个连接框21的强度，提高连接框21使用寿命，以及提高整个双足爬壁机器人的承载能力。

进一步地，采用紧固件24一般穿设于中空通孔211的中部，该穿设方式能够有效地增加连接框21的强度，且采用紧固件24穿设的方式结构简单，成本低。

进一步地，紧固件24为螺钉、螺栓或者螺丝71等部件。

本实施例中，如图1～2所示，所述吸附组件10和所述连接架20之间还设有第二关节组件40，所述第二关节组件40的两端分别与所述吸附组件10和所述连接架20转动连接；所述连接架20与所述第二关节组件40的转动连接的回转轴线为r3，所述吸附组件10与所述第二关节组件40的转动连接的回转轴线为r4，所述回转轴线r3与所述回转轴线r4垂直。

具体地，吸附组件10与连接架20之间通过第二关节组件40进行连接，第二关节组件40能够绕回转轴线为r3相对于连接架20进行上下摆动，吸附组件10能够绕回转轴线为r4相对于第二关节组件40进行左右摆动，即吸附组件10能够相对连接架20进行上下左右的摆动，从而使得吸附组件10吸附壁面的位置更为灵活，两个吸附组件10能够吸附在不同的平面上，使得整个双足爬壁机器人具有面面跨越能力，即整个双足爬壁机器人能够于壁面的角落处进行行走，且只需调整转动吸附组件10，整个双足爬壁机器人的行走更为灵活可靠。

进一步地，第一关节组件30和第二关节组件40具有相同的结构，以提高整个双足爬壁机器人的零部件的通用性。

本实施例中，如图1～2所示，所述吸附组件10还包括第三连接板11和若干个吸附件12，所述第三连接板11包括两个第三固定段111和第三连接段112，两个所述第三固定段111分别与所述第三连接段112的两端连接并朝同一侧延伸设置；各所述吸附件12均固定于所述第三连接段112上；所述第二关节组件40伸入两个所述第三固定段111之间并与至少一个所述第三固定段111转动连接。

具体地，第三连接板11上的两个第三固定段111和第三连接段112形成一个“u”型结构，两个第三固定段111和第三连接段112围着形成一个第三转动槽113，第二关节组件40安装于第三转动槽113内且于第三转动槽113内转动，第三转动槽113可以对第二关节组件40的转动起到导向的作用，确保吸附组件10的相对转动的稳定性和可靠性。

进一步地，两个第三固定段111也分别通过法兰盘61、固定片51以及螺丝71等部件与第二关节组件40上的电机相连从而实现吸附组件10与第二关节组件40之间的相互转动，以提高整个双足爬壁机器人行走的灵活性。

本实施例中，如图1～2所示，两个所述吸附组件10还均包括安装板，所述第三连接段112固定于所述安装板的一侧面上，所述吸附件12固定于所述安装板的另一侧面上。

具体地，安装板用于安装吸附件12，安装板的设置相当于增加了吸附件12的安装面积，能够实现多个吸附件12的安装，吸附件12的分布更为均匀，确保了吸附组件10能够稳定可靠地吸附在壁面上。

进一步地，吸附件12的数量为三个，三个吸附件12呈三角设置，根据三角形具有稳定性佳的优点，那么双足爬壁机器人能够牢固地吸附在壁面上，确保了双足爬壁机器人行走的稳定性。

本实施例中，各所述吸附件12均为吸盘式电磁铁。

具体地，吸盘式电磁铁能够吸附在曲面铁质壁面以及曲面铁质壁面的之间的直线交接处，如直角架构、缝隙、边框等位置，突破了现有的采用负压吸附的双足爬壁机器人只能在大平面上运动的限制，进一步地，本发明实施例的双足爬壁机器人可以在不同的位置上下使用，增强双足爬壁机器人的使用范围。

本实施例中，所述双足爬壁机器人还包括控制装置(图未示)，所述第一关节组件30、所述第二关节组件40和所述吸附组件10均与所述控制装置电性连接。

具体地，控制装置用于控制双足爬壁机器人的行走，通过控制装置控制第一关节组件30的电机的转动以及第二关节组件40的电机的转动从而控制连接架带动吸附组件10进行移动，确保了双足爬壁机器人的行走稳定性、灵活性和可靠性。通过控制装置控制吸附组件10的吸盘式电磁铁的通电和断电，从而控制吸盘式电磁铁吸附在壁面上或者与壁面分离，从而实现双足爬壁机器人的行走。

进一步地，控制装置与电机相连，通过控制电机的转动，连接架20、第一关节组件30、第二关组件、吸附组件10的转动更为准确，双足爬壁机器人的行走也更为稳定准确。

进一步地，控制装置控制吸附组件10与壁面的吸附和分离，双足爬壁机器人的行走更为简单灵活。

更进一步地，控制装置给吸盘式电磁铁通电时，吸盘式电磁铁产生磁力吸附在壁面上；控制装置给吸盘式电磁铁断电时，吸盘式电磁铁没有磁力从而与壁面分离，使得吸附组件10与壁面的吸附和分离的操作更为简单。

进一步地，本发明实施例的双足爬壁机器人能够面面转换、跨越障碍及任意角度旋转等高难度动作；且本发明实施例的双足爬壁机器人还具有结构简单、制作成本低，可广泛用于管道、储罐等工况下的清洗、涂装、检测等作业。

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。