具有防坠落装置的磁吸式爬壁机器人的制作方法

本实用新型属于机器人技术领域，具体涉及一种具有防坠落装置的磁吸式爬壁机器人。

背景技术：

随着现代科技的发展，爬壁机器人越来越多地应用在各行各业中，在生产生活中给人们带来了极大的便利，但同时也引发了爬壁机器人的安全问题，若爬壁机器人从作业的壁面上脱落，发生高空坠落，将会造成较大的财产损失。

爬壁机器人所攀爬的，有可能是竖直或接近竖直的壁面，也有可能是水平壁面，如挂在天花板上进行爬行。不论哪种方式，都是直接或间接依靠吸附机构产生的吸附力来抵消机器人的重力的。爬壁机器人常见的吸附机构有利用永磁铁或电磁铁的磁吸附机构、采用真空泵配合吸盘的负压吸附机构以及利用静电感应作用的静电吸附机构等等。但这些吸附方式都存在一定的安全隐患，在特殊情况下可能出现吸附失效的情形，从而造成爬壁机器人从壁面上坠落。

针对上述问题，现有技术中有如下的解决方案：

专利公开号：cn104958041a，公开了一种擦窗机器人安全保护装置，包括机器人本体、安全绳、可连接吸盘，所述的安全绳一端与机器人本体连接，另一端与可连接吸盘连接且使用时处于绷紧状态；所述的可连接吸盘上设有用于防滑的防滑层。该实用新型通过设计若干用于提供支撑作用的具有强力吸附玻璃特征的可连接吸盘，使得可连接吸盘具有很强吸附玻璃的特征，从而避免受到机器人跌落产生的向下拉拽力导致安全保护装置脱落的可能性出现。

采用安全绳来防止机器人坠落的做法存在明显的缺点，当爬壁机器人的作业范围较大时，需要较长的安全绳才能覆盖机器人整个作业范围。而且机器人需要始终保持与安全绳的连接，当机器人经过的壁面上存在障碍物时，安全绳会在障碍物上发生缠绕，从而使得安全绳失效。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足和问题，本实用新型的目的在于提供一种具有防坠落装置的磁吸式爬壁机器人，能在意外情况下有效地防止坠地事故发生。

为此，本实用新型所采用的技术方案是这样的：具有防坠落装置的磁吸式爬壁机器人，包括机器人本体和若干个轮子，工作过程中轮子接触铁磁性壁面；机器人本体上带有防坠落装置，其特征在于：防坠落装置包括基座和中空的顶杆，基座固定在机器人本体上，顶杆顶触壁面，并可相对于基座进行垂直于壁面方向的滑动；还包括磁铁固定座和磁铁，两者相互固定，并通过离合机构与顶杆相连接，顶杆通过磁铁的磁力与壁面相顶触；防坠落装置还包括触发绳和防坠绳，触发绳一端连接机器人本体，另一端连接离合机构，防坠绳一端连接机器人本体，另一端连接顶杆或磁铁固定座，触发绳的自由长度小于防坠绳。

在机器人正常爬壁工作时，由于离合机构是锁定的，用于提供防坠吸附力的磁铁被限制在壁面上方一定的距离以外，所以磁铁虽然仍会产生一定的吸力并将顶杆顶触在壁面上，但吸力又不会大到对机器人在壁面上正常的运动造成影响。此时触发绳、防坠绳都处于非受力状态，具有一定的自由长度。当机器人意外开始从壁面脱落时，由于防坠落装置的基座是和机器人本体相固定的，因此基座也会开始向远离壁面的方向运动。然而，由于顶杆和基座之间是可相对滑动的，因此顶杆以及通过离合机构限位在顶杆上的磁铁固定座和磁铁这三位一体的部件仍然会在磁力吸附下顶触在壁面上；当机器人本体继续远离壁面时，触发绳首先被拉紧，进而拉脱离合机构，令磁铁固定座与顶杆解锁。此时磁铁和磁铁固定座不再被顶杆锁定，即在磁力作用下迅速向吸附在壁面上，产生强大的吸附力，并通过防坠绳将机器人本体可靠地挂在壁面上，防止机器人坠落。由于磁铁与壁面间的磁吸引力与两者间的距离呈指数相关，故当磁铁与壁面足够近时，其产生的吸引力，可达数倍于机器人的重量，足以保护机器人不致于坠落。

作为进一步的技术方案，所述的离合机构为一卡销，与顶杆转动连接；磁铁固定座具有一卡槽，卡销一端与卡槽相配合，另一端连接触发绳。

更进一步地，磁铁固定座上具有一螺旋形导轨，卡槽设在该螺旋形导轨中。

通过这样的设计，正常状态下，卡销的一端卡在卡槽内，顶杆和磁铁固定座处于锁死状态；当拉动触发绳时，卡销转动，脱离卡槽，使得顶杆和磁铁固定座可相对运动。磁铁固定座上的导轨为螺旋形，则使得磁铁固定座和顶杆之间进行螺旋形运动，可适当地减缓磁铁固定座“冲”向壁面的速度，避免因瞬间拉力过大而导致其他意外。

和现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

1）本实用新型能够在磁吸式爬壁机器人意外脱离壁面的时候发挥作用。机器人脱离壁面的状态会触发防坠落装置，有效防止爬壁机器人的进一步下落，从而避免了磁吸式爬壁机器人意外坠落可能造成的财产损失。

2）本实用新型利用永磁铁的磁力作为安全装置的吸附力来源，利用触发绳检测爬壁机器人与壁面之间的距离，当距离大于一定值时才会拉动触发绳，整个防坠落装置全部采用机械机构完成触发和锁定过程，实现了防坠落安全装置的非能动化设计。

3）本实用新型的防坠落装置可以安装在磁吸式爬壁机器人机身上，跟随机器人运动，而不需要额外的长距离安全绳。该装置减少了机器人的工作负载，并增大了机器人的巡检作业范围，使得磁吸式爬壁机器人能够更加自由地在壁面上运动。

4）本实用新型的体积和重量较小，在未触发状态下，防坠落装置产生的小吸附力不会对爬壁机器人的正常运动产生不利影响；触发后，能够通过磁铁与铁磁性壁面的接触，立即获得较大的吸附力，保证机器人脱离壁面后不会继续下落。

附图说明

以下结合附图和本实用新型的实施方式来作进一步详细说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的侧视图；

图3为本实用新型防脱落装置的结构示意图；

图4为本实用新型防脱落装置的零件爆炸图；

图5为本实用新型防脱落装置的卡销状态图：

（a）为正常限位状态，（b）为被触发绳拉离卡口后的状态；

图6为本实用新型防脱落装置的螺旋形运动过程：

（c1）为正常状态，（c2）为解除限位后向壁面运动的状态，（c3）为最终吸附于壁面的状态。

图中标记为：磁铁1、磁铁固定座2、螺旋形导轨21、顶杆3、导块31、卡口32、基座4、卡销5、触发绳6、防坠绳7、机器人本体10、轮子11、壁面12。

具体实施方式

参见附图。本实施例所述的爬壁机器人具有防坠落装置，爬壁机器人包括机器人本体10和若干个轮子11，工作过程中轮子11接触铁磁性壁面12；机器人本体上带有防坠落装置。防坠落装置包括基座4和顶杆3，基座4固定在机器人本体10上，顶杆3一端顶触铁磁性壁面12，另一端可在基座内进行垂直于壁面方向的滑动；即当基座4与机器人本体一起脱离壁面时，顶杆3与基座4发生滑动，使得顶杆3继续顶触在铁磁性壁面12上。

还包括磁铁固定座2和磁铁1，磁铁1安装在磁铁固定座2中，磁铁固定座2内壁上设有螺旋形导轨，顶杆3外部设有与螺旋形导轨21相配合的导块31，两者互相配合；磁铁固定座2与顶杆3之间构成螺旋形移动轨迹，磁铁固定座2可以螺旋上升或下降，改变磁铁固定座2与铁磁性壁面12之间的距离，可控制正常情况下磁吸附力的大小。同时，顶杆3内部设有一卡销5，且转动安装在一转轴上；所述顶杆3上设有一卡口32，磁铁固定座2的螺旋形导轨处设有一卡槽，卡销的底端穿过顶杆3上的卡口，与卡槽相配合。

防坠落装置还包括触发绳6和防坠绳7，触发绳6一端连接机器人本体10，另一端连接卡销5的顶端，防坠绳7一端连接机器人本体10，另一端连接顶杆3，触发绳的自由长度小于防坠绳。其中触发绳6用来检测爬壁机器人与机身壁面之间的距离，大于一定阈值将会拉脱卡销5，防坠绳7的作用是阻止机器人的进一步下落。

本实施例中，磁铁固定座2沿顶杆3进行螺旋形运动的上极限位置对应防脱落装置未触发状态，磁铁固定座运动的下极限位置对应防脱落装置触发后达到稳定的状态，此时磁铁紧贴壁面，磁吸附力最大，这两个状态分别对应爬壁机器人正常工作状态和脱离壁面后防脱离装置的吸附力大小。

本实施例中，卡销5转动行程为0到90度，卡销处于0度位置时，卡销5末端置于卡槽内，能够锁定位于上极限位置的磁铁固定座2，使其不能向下运动；当触发绳6被拉直后，带动卡销5转动，转动一定角度后，卡销5不再锁定磁铁固定座2，磁铁固定座2在磁吸附力的作用下向壁面运动，并最终运动到下极限位置，与壁面12接触，同时磁铁固定座2与顶杆3锁死。当卡销处于90度位置时，卡销5底端离开顶杆3的卡口，卡销5可以在触发绳6的带动下脱离顶杆3。这样设置可以利用触发绳6来检测爬壁机器人是否脱离壁面，脱离壁面后将释放磁铁固定座2，增大磁吸附力，并使得触发绳6失效，防坠绳7防止机器人的进一步下落。

工作方法包括以下步骤：

a、爬壁机器人正常巡检工作过程：爬壁机器人不脱离铁磁性的壁面时，机器人本体10与壁面12的距离较小，不会带动触发绳6运动，因此卡销5始终锁定磁铁固定座2的位置，磁铁固定座2与壁面12距离较大，磁吸附力较小，不会影响机器人的正常运动。

b、爬壁机器人脱离壁面过程：机器人本体10与壁面12之间的距离增大，而顶杆3和磁铁固定座2由于磁铁1的吸附作用，以较小的磁吸附力贴合在壁面12上，从而顶杆3和机器人本体10之间的距离增大，进而拉紧触发绳6和防坠绳7。由于防坠绳7预留长度较多，触发绳6首先被拉直，从而带动卡销5转动，释放磁铁固定座2，磁铁固定座2在磁铁1磁力的作用力下向壁面12移动。移动过程中，机器人还在下坠，会继续拉动触发绳6，当卡销5转动90度时，卡销5的底端从顶杆3的卡口脱离，机器人下坠暂时不会传递较大作用力给防脱离装置。当机器人下坠到一定距离后，磁铁固定座2运动到紧贴壁面位置，此时磁吸附力大幅度增加，对应的防坠绳7被拉直，机器人停止下坠运动，通过防坠绳7悬挂在壁面12上。至此，整个防脱落装置完成触发并发挥作用，阻止了机器人的下坠运动。