专利名称：全方位壁面行走机构的制作方法
技术领域：
本发明提供的是一种带有新颖构思的全方位壁面行走机构，属于人类生活需要的自动擦玻璃窗类。
随着机械工程领域内新技术革命的发展，壁面行走机器人作为机械工程内的一个新兴领域，其巧妙的结构和应用前景正在受到许多领域的专业人员的重视，如应用于在极限状态下清洗、检测、维修，以及消防、抢救等。现有技术中的壁行走机构按移动方法常分为三类1、滑动吸附轮式类;2、履带式类;3、固定吸附框架式类。与本发明最接近的现有技术是由日本通产省工业技术院机械技术研究所研制的壁面行走机器人，其采用固定吸附框架式的移动方法，该研究所于1982年开始研制的八脚掌气吸爬壁机器人，并曾在1985年筑波国际博览会上表演，1989年日本机械技术研究所所报Vol.43(1989)No.4对该壁面行走机构(名为MEL-Spider)作了专题介绍，它是采用多台电机，带有8个吸盘框架式结构，具有正交两个方向上的壁面行走和越障能力。如表1所示，该项现有技术存在了技术上的不足，如无全方向转向能力，降低了机构行走的机动性;不具备方位校正动能，工作装置基座一旦发生偏斜，无法校正，影响预定作业程序;机器人壁面行走驱动器有17个之多。
鉴于现代化的高层建筑趋向于向高发展，对高层建筑外侧的玻璃窗墙，或者其他材料如大理石、瓷砖贴面的外侧墙的清洗、喷涂，传统的方式由人工完成，不仅工作环境恶劣，而且效率低下，研制胜任该环境下工作的壁面行走的机器人已是该领域内专业人员面临的一个课题。本发明的目的主要在于提供一种在机械方面突破了现有技术特征的新结构，创造一种克服现有技术的不足，提高壁面行走机器人移动的机动性的全方位壁面行走机构。
表1本发明与现有技术情况表比较表如表1所示，本发明只用一台电机作为动力源，实现壁面行走机构的行走运动和原地转向运动，在机械结构上，本发明采用了四层框架式结构，内外两层框架上分别装有两组真空吸盘，由电机实现行走机构运动，其动力的连接分别由内外框架的三个相对运动(伸缩、升降和旋转)的三条传动链中的三个离合器切换完成的。在行走过程中允许校正内框架中心轴的方位，为行走机构的作业刷子提供可靠的基准。本发明具备全方位移动功能、方位校正功能和较大的越障能力，是高层建筑外侧壁面清洗、擦窗理想的机器人。
以下将对本发明的结构和特征，并结合附图加以详细说明
图1为全方位壁面行走机构的结构和传动示意图。
如图1所示，本发明主要由外框架1，框架2、框架3和内框架4构成。外框架1包括真空吸盘5，齿条18，齿轮17，导轨36以及障碍传感器34;框架2包括电机7，齿轮8、9、10、11，离合器12、13、14，蜗杆15、19、23，蜗轮16、20、24，齿轮25以及靠轮31、33;框架3包括齿条22，齿轮21、27，滑移齿轮26以及导轨32;内框架4包括大齿轮28，中心轴29，四点接触轴承37，工作刷子30以及方位传感器35。如图1所示的本发明的移动方式的动力源是由电机7的正反转来完成的，内外框架的三种相对运动(伸缩、升降和旋转)的三条传动链的实施方式如下1、伸缩运动，即框架2(包括框架3、内框架4)相对于外框架1的直线运动，直线运动的伸或缩通过电机7的正转或反转实现。首先脱开离合器13、14，闭合离合器12，然后开动电机7，使得通过齿轮8带动齿轮9的动力经过离合器12带动蜗杆15，由蜗杆15带动蜗轮16，同时由齿轮17带动齿条18，从而实现本发明的伸缩运动，伸缩支承由分别安装在外框架1上的导轨36和框架2上的靠轮31来实现。
2、升降运动，即框架3(包括内框架4)相对于框架2的垂直框架的直线运动，这种运动的上或下通过电机7的正转或反转实现。首先脱开离合器12、14，闭合离合器13，然后开动电机7，使得通过齿轮8带动齿轮10的动力经过离合器13带动蜗杆19，由蜗杆19带动蜗轮20，同时由齿轮21带动齿条22，从而实现本发明的升降运动，升降支承由分别安装在框架2上的靠轮33和框架3上的导轨32来实现。
3、旋转运动，即框架3相对于内框架4的旋转运动，相对旋转运动的正转或反转通过电机7的正转或反转实现。首先脱开离合器12，13，闭合离合器14，然后开动电机7，使得通过齿轮8带动齿轮11的动力经过离合器14带动蜗杆23，由蜗杆23带动蜗轮24，同时由齿轮25带动滑移齿轮26，并由齿轮27带动大齿轮28，从而实现本发明的旋转运动，旋转运动允许全方位旋转，它的支承由安装在中心轴29和框架3间的四点接触轴承37实现。
外框架1上的传感器34用于检测壁面行走机器人在壁面行走时的条凸起障碍物，当发现障碍物时，可指令整个机构跨越或避开该障碍物。
整个机构的移动主要由安装在外框架1上的一组4只真空吸盘5和内框架4上的另一组4只真空吸盘6间歇地吸附在壁面，同时作间歇地移动来实现。当真空吸盘5吸附壁面，根据作业要求，确定行走方位，由真空吸盘6利用升降运动抬离壁面，再利用伸缩运动作向指定方向行走，然后利用升降运动放下真空吸盘6，并吸附壁面;真空吸盘5脱开，利用升降运动抬离壁面，由电机反转，利用伸缩运动，实现了向指定方向行走，从而使整个机构各前移动了一个行程。当行走方向需改变时，即真空吸盘6吸附壁面，真空吸盘5脱开，利用旋转运动来改变伸缩运动的方向，从而改变了整个机构的行走方向。在整个行走过程中内框架4和方位相对壁面保持不变，它为工作刷子30定位提供了可靠的平移座标系，提供在这一过程中的方位可靠性是由方位传感器35来检测运动中产生的内框架4零方位的累积误差并指令及时进行校正来保证。
权利要求
1.一种采用固定吸附框架式移动的壁面行走机构，本发明的特征在于所述的壁面行走机构采用电机7驱动通过离合器12、13、14的切换实现全方位壁面行走的伸缩、升降和旋转运动，本全方位壁面行走机构的框架部分由外框架1、框架2、框架3和内框架4构成，外框架1包括真空吸盘5，齿条18，齿轮17，导轨36以及障碍传感器34；框架2包括电机7，齿轮8、9、10、11，离合器12、13、14，蜗杆15、19、23，蜗轮16、20、24，齿轮25以及靠轮31、33；框架3包括齿条22，齿轮21、27，滑移齿轮26以及导轨32；内框架4包括大齿轮28，中心轴29，四点接触轴承37，工作刷子30以及方位传感器35。
2.按权利要求1所述的全方位壁面行走机构，其特征在于由方位传感器35检测本全方位壁面行走机构在运动中产生的内框架4零方位的累积误差，并指令及时进行校正来保证内框架4的方位相对壁面保持不变，为工作刷子30定位提供了可靠的平移座标系。
3.按权利要求1所述的全方位壁面行走机构，其特征在于所述的全方位壁面行走机构的伸缩，升降和旋转三路传动链的机构自锁采用蜗杆自锁的方式。
全文摘要
本发明提供的是一种全方位壁面行走机构，突破了传统技术，采用一只电机三条传动链以实现伸缩，升降和旋转的运动，并采用的4层框架式和两组8只固定吸盘结构，具有较好的负重能力和越障能力，还具有全方位转向功能以及方位校正功能，使得机构能正确地向任意确定的方向行走，从而能很好地应用在许多极限条件的场合，如高楼外侧墙窗的擦洗、喷涂，以及救护、检测等。
文档编号B62D57/024GK1068302SQ9210842
公开日1993年1月27日 申请日期1992年5月16日 优先权日1992年5月16日
发明者陈振华, 钱晋武, 龚振邦, 谢伟民, 谈士力, 沈林勇, 朱方文 申请人:上海科学技术大学