磁吸式柱面气体环境监测机器人的制作方法

本发明属于机器人领域，涉及一种爬壁机器人，尤其涉及一种磁吸式柱面气体环境监测机器人。

背景技术：

自然界中存在着多种具有爬壁能力的动物，它们可以在各类复杂的环境中运动自如。基于对此类动物的仿生研究，世界各地陆续研制出了具有各种功能的爬壁机器人。爬壁机器人可以数种不同机理在壁面上附着爬行,并能携带各类工具完成特定的作业任务。磁吸式爬壁机器人就是一种利用磁铁与铁磁性表面的作用力实现爬壁功能的机器人。

国内外研发的爬壁机器人的爬行环境大多仅限于铁磁性平面或曲率较小的柱面，比如日本三菱重工研制的壁面作业机器人、哈尔滨工业大学研制的多功能履带式爬壁机器人。这些机器人都能实现铁磁性壁面的爬行功能，但要求壁面比较平坦，适用的工作环境比较局限。近年来东京工业大学研制出了磁吸式爬壁机器人GunryuIII，该机器人采用多段履带进行壁面吸附，提高了磁吸式爬壁机器人的灵活度，但是机器人体型较大，仍然不适用于曲率大的柱面。

技术实现要素：

本发明提供一种磁吸式柱面气体环境监测机器人，以克服现有技术的缺陷。

为实现上述目的，本发明提供一种磁吸式柱面气体环境监测机器人，包括两组对称设置的爬壁组件；爬壁组件包括底板、电机、主动轮、前从动轮、后从动轮和永磁体单元；两组爬壁组件的底板的内侧转动连接；同一组爬壁组件中，电机固定在底板上表面的前端，主动轮位于底板外侧的前端，主动轮安装在电机的输出轴上，电机驱动主动轮转动；前从动轮设置在底板的下表面上，位于底板前端的内侧，可以转动；后从动轮设置在底板的下表面上，位于底板后端的内侧，可以转动；永磁体单元固定在底板的下表面上，位于底板的前端、主动轮和前从动轮之间；永磁体单元将机器人吸附在柱面上，两组爬壁组件的电机分别驱动两个主动轮转动，带动机器人在柱面上移动，前从动轮和后从动轮支撑底板、并随之移动而转动，两个底板随所在柱面的弯曲程度而形成相适应的角度。

进一步，本发明提供一种磁吸式柱面气体环境监测机器人，还可以具有这样的特征：其中，永磁体单元包括圆柱形永磁体和条形永磁体；圆柱形永磁体固定在底板下表面的前端外侧；条形永磁体沿左右方向设置，位于圆柱形永磁体的后方。

进一步，本发明提供一种磁吸式柱面气体环境监测机器人，还可以具有这样的特征：其中，条形永磁体的一端位于圆柱形永磁体的正后方，另一端延伸至前从动轮的内侧后端。

进一步，本发明提供一种磁吸式柱面气体环境监测机器人，还可以具有这样的特征：其中，主动轮的外表面由内至外依次包覆有海绵层和砂纸层。

进一步，本发明提供一种磁吸式柱面气体环境监测机器人，还可以具有这样的特征：还包括固定在底板上的电池、稳压模块、直流电调和遥控信号接收机；电池与稳压模块的输入级连接；稳压模块的输出级与直流电调的电源输入级连接；直流电调的两套输出级分别与两组爬壁组件的电机的正负级连接；遥控信号接收机与直流电调的信号输入级连接；遥控信号接收机接收到遥控信号后，直流电调通过控制两个电机的转向和转速，驱动相应的主动轮实现机器人的前进、后退与转向。

进一步，本发明提供一种磁吸式柱面气体环境监测机器人，还可以具有这样的特征：还包括固定在底板上的主控模块、温度传感器、有害气体传感器和无线数据发射模块；主控模块的电源输入端口与稳压模块的输出级连接；温度温度传感器和有害气体传感器均与主控模块连接，主控模块控制温度温度传感器和有害气体传感器探测周围环境，获得环境数据；无线数据发射模块与主控模块连接，将主控模块获得的环境数据发送至计算机上。

进一步，本发明提供一种磁吸式柱面气体环境监测机器人，还可以具有这样的特征：其中，电池、遥控信号接收机、温度传感器、有害气体传感器固定在右侧的爬壁组件的底板上，均位于其电机的后方，电池和遥控信号接收机位于底板的内侧，遥控信号接收机位于电池的前方，温度传感器和有害气体传感器位于底板的外侧，温度传感器位于有害气体传感器的前方；直流电调、主控模块、稳压模块和无线数据发射模块固定在左侧的爬壁组件的底板上，均位于其电机的后方，直流电调位于底板的内侧，稳压模块和无线数据发射模块位于底板的外侧，稳压模块位于无线数据发射模块的前方，主控模块位于直流电调和无线数据发射模块的后方。

进一步，本发明提供一种磁吸式柱面气体环境监测机器人，还可以具有这样的特征：其中，爬壁组件还包括盖壳；同一组爬壁组件中，盖壳的下侧边沿与底板的边沿相匹配，盖壳前端的下侧与底板的前端转动连接，盖壳可打开和闭合在底板上。

进一步，本发明提供一种磁吸式柱面气体环境监测机器人，还可以具有这样的特征：其中，底板的前端边沿为沿左右方向设置的直线，后端边沿呈四分之一圆弧形，两组爬壁组件的底板位于同一平面时，其后端拼合呈半圆弧形。

进一步，本发明提供一种磁吸式柱面气体环境监测机器人，还可以具有这样的特征：其中，两组爬壁组件的底板通过两个合页转动连接。

本发明的有益效果在于：本发明提供一种磁吸式柱面气体环境监测机器人，采用两块角度可变的底板设计，两块底板通过合页转动连接，当永磁体单元与铁磁性柱面作用时，两块底板分别通过轮子与柱面接触；当机器人以不同方向爬行于柱面时，两块底板通过合页随时从动地调节至适应的角度。此外，底板下表面设有前从动轮和后从动轮，两种从动轮可使两块底板与柱面保持良好的距离。其中，主动轮和前从动轮位于永磁体单元的两侧，可进一步保证永磁体单元处的底板与柱面保持良好的距离，在实现稳定的吸附效果的同时，保证机器人顺利地在柱面上爬行。另外，永磁体单元包括一个圆柱形永磁体和一个条形永磁体，二者分布科学合理，可以保证整体吸附力足够搭载传感器等元件的条件下，将吸附力分布至主动轮附近，保证主动轮与柱面产生足够的摩擦力，进而驱动机器人在柱面上爬行。角度可变的两块底板设计、独特的滚轮设计以及永磁体的布局设计，实现了机器人稳定地、全方位地爬行于大曲率柱面并进行环境侦查的预期效果。

附图说明

图1是磁吸式柱面气体环境监测机器人的结构示意图。

图2是磁吸式柱面气体环境监测机器人的结构示意图；

图3是磁吸式柱面气体环境监测机器人的侧视图；

图4是磁吸式柱面气体环境监测机器人的俯视图；

图5是主动轮的结构示意图；

图6是底板的结构示意图；

图7是磁吸式柱面气体环境监测机器人的盖壳闭合时、两个底板形成一定角度的后视图。

具体实施方式

以下结合附图来说明本发明的具体实施方式。

如图1-4所示，本发明提供一种磁吸式柱面气体环境监测机器人，包括两组对称设置的爬壁组件、电池2、稳压模块3、直流电调4、遥控信号接收机5、主控模块6、温度传感器7、有害气体传感器8和无线数据发射模块9。

爬壁组件包括底板11、电机12、主动轮13、前从动轮14、后从动轮15、永磁体单元和盖壳17。

两组爬壁组件的底板11的内侧转动连接。其中，两组爬壁组件的底板11通过两个合页111转动连接。

同一组爬壁组件中：电机12固定在底板11上表面的前端。主动轮13位于底板11外侧的前端。“外侧”指机器人的外侧，即左右两侧。主动轮13安装在电机12的输出轴上，电机12驱动主动轮13转动。本实施例中，电机12为减速电机。

其中，如图5所示，主动轮13的外表面由内至外依次包覆有海绵层131和砂纸层132。主动轮13的外表面指滚动时与柱面接触的面。砂纸层132可增加轮与柱面的摩擦力。砂纸层132内的海绵层131可增大砂纸与柱面的接触面积，进而增大机器人运动的稳定性。

前从动轮14设置在底板11的下表面上，位于底板11前端的内侧，可以转动。“内侧”指机器人的内侧、即指向两组爬壁组件之间的对称中心线的方向。

后从动轮15设置在底板11的下表面上，位于底板11后端的内侧，可以转动。

永磁体单元固定在底板11的下表面上，位于底板11的前端、主动轮13和前从动轮14之间。

永磁体单元包括圆柱形永磁体161和条形永磁体162。圆柱形永磁体161固定在底板11下表面的前端外侧。条形永磁体162沿左右方向设置，位于圆柱形永磁体161的后方。

其中，条形永磁体162的一端位于圆柱形永磁体161的正后方，另一端延伸至前从动轮14的内侧后端。

盖壳17的下侧边沿与底板11的边沿相匹配。盖壳17前端的下侧与底板11的前端转动连接，盖壳17可打开和闭合在底板11上。闭合时，封装底板11上搭载的各元件。

其中，如图6所示，底板11的前端边沿为沿左右方向设置的直线，后端边沿呈四分之一圆弧形。两组爬壁组件的底板11位于同一平面时，其后端拼合呈半圆弧形。

电池2、稳压模块3、直流电调4、遥控信号接收机5、主控模块6、温度传感器7、有害气体传感器8和无线数据发射模块9均固定在两组爬壁组件的底板11的上表面。

电池2与稳压模块3的输入级连接。稳压模块3的输出级与直流电调4的电源输入级连接。直流电调4的两套输出级分别与两组爬壁组件的电机12的正负级连接。遥控信号接收机5与直流电调4的信号输入级连接。遥控信号接收机5接收到遥控信号后，直流电调4通过控制两个电机12的转向和转速，驱动相应的主动轮13实现机器人的前进、后退与转向。

主控模块6的电源输入端口与稳压模块3的输出级连接。

温度温度传感器7和有害气体传感器8均与主控模块6连接。具体的，主控模块6的两套串口端口分别连接温度传感器7和有害气体传感器8的信号收发端口，主控模块6的电源输出端口分别连接温度传感器7和有害气体传感器8的电源端口。主控模块6控制温度温度传感器7和有害气体传感器8探测周围环境，获得环境数据。

无线数据发射模块9与主控模块6连接，将主控模块6获得的环境数据发送至计算机上。

具体的，电池2、遥控信号接收机5、温度传感器7、有害气体传感器8固定在右侧的爬壁组件的底板11上，均位于其电机12的后方，电池2和遥控信号接收机5位于底板11的内侧，遥控信号接收机5位于电池2的前方，温度传感器7和有害气体传感器8位于底板11的外侧，温度传感器7位于有害气体传感器8的前方。

直流电调4、主控模块6、稳压模块3和无线数据发射模块9固定在左侧的爬壁组件的底板11上，均位于其电机12的后方，直流电调4位于底板11的内侧，稳压模块3和无线数据发射模块9位于底板11的外侧，稳压模块3位于无线数据发射模块9的前方，主控模块6位于直流电调4和无线数据发射模块9的后方。上述各元件的分布，合理分配空间，便于机器人盖壳17的封装，保持机器人的小巧体型。

工作时，机器人放到铁磁性柱面上后永磁体单元与柱面产生吸附力，即圆柱形永磁体161和条形永磁体162将机器人吸附在柱面上，永磁体可以保持与柱面近距离而不接触。两组爬壁组件的底板11分别通过主动轮13、前从动轮14及后从动轮15的支撑与柱面保持合适的距离，并通过合页111的从动形成合适的角度，如图7所示。

机器人开机后主控模块6控制温度传感器7和有害气体传感器8探测相关环境数据并实时地通过无线数据发射模块9将数据发送至计算机上。遥控信号接收机5接收到遥控信号后，直流电调4通过控制两个减速电机2的转向与转速，分别驱动两个主动轮13转动，带动机器人在柱面上移动，实现机器人的前进、后退与转向。前从动轮14和后从动轮15支撑底板11、并随之移动而转动，两个底板11随所在柱面的弯曲程度而形成相适应的角度。主动轮13上的海绵层131与砂纸层132可以增大接触面的柔性和摩擦力，进而有效驱动机器人运动。

本磁吸式柱面气体环境监测机器人可实现对曲率较大柱面的自适应效果，具体的，本机器人可在半径为50cm的铁磁性柱面的外表面和内表面进行全方位爬行。