一种爬墙机器人及其串联机器人组的制作方法

本实用新型涉及机器人技术领域，更具体地说，涉及一种爬墙机器人及其串联机器人组。

背景技术：

随着社会城市化进程的不断推进，一座座高楼大厦拔地而起，高层建筑节省了大量的土地资源，加速了城市建设，促进了社会的发展；伴随着高层建筑数量的迅猛增加，其维护和清理难度大的问题也日益彰显。

爬墙机器人是一种实现高空作业的装置。就目前国内外的研究情况来看，这种机器人主要分为二种。一种是磁吸附高空清洁机器人，这种清洗机器人是依靠磁吸附材料吸附到高空壁面上，通常具有较强的吸附力，通过磁性履带、轮子、吸盘或足式结构可以实现在高空壁面上的吸附移动，并完成指定作业，但这种机器人只能在特定材料的高空壁面上工作，因而应用范围受到了极大的限制。

另一种是高空壁面轨道式，通常在建楼时就将高空壁面轨道安装到外墙高空壁面上，当进行外高空作业时，通过固定在楼顶的悬臂吊车装置拖动使机器人沿着高空壁面导轨上下运动来完成工作，然而安装在外墙高空壁面的轨道却限制了高楼的结构并大大地影响了整体建筑的外观，同时也限制了机器人的应用范围。

现在对高楼建筑外墙的清理和检测，普遍是通过人工来完成，人在防护绳的牵引下，攀爬在城市高楼外墙上进行进行墙体检测和清洁工作，不仅危险性高，而且劳动强度大、工作效率低。如何有效利用机器人实现高空作用始终是行业内的追求。

经检索，关于爬墙机器人的研究已经有大量专利公开，如中国专利申请号：2016105417388，申请日：2016年7月11日，发明创造名称为：一种用于玻璃幕墙清洗的爬墙机器人，该申请公开了一种用于玻璃幕墙清洗的爬墙机器人，包括机器人壳体，机器人壳体的顶部设有固定柱，固定柱的一侧设有滑动槽，且滑动槽内滑动安装有滑动块，滑动块远离固定柱的一侧设有移动柱，移动柱远离滑动块的一端设有清洗装置，且移动柱的底部连接有第一伸缩装置的输出轴，第一伸缩装置位于机器人壳体的顶部，固定柱远离移动柱的一侧设有转动座，转动座位于机器人壳体的顶部，且转动座的顶部设有摄像装置，机器人壳体内设有主控面板。该申请案能够自动的进行爬墙，从而对玻璃幕墙进行清洗，使得人们远离危险，工作效率高，但该装置体积比较大而且比较笨重，很难都在条件不好的墙面上工作，而且一旦从高空落下，很容易损坏，仍具有一定的优化空间。

技术实现要素：

1.实用新型要解决的技术问题

本实用新型的目的在于克服现有技术中爬墙机器人使用仍有不便的不足，提供了一种爬墙机器人及其串联机器人组，本申请的爬墙机器人使用较为便利，使得人们远离高空危险作业，本身体积相对较小，占用空间小，适用范围相对较广，且安全和稳定性较高，适宜推广应用；且本申请的爬墙机器人能够多个直接串联形成机器人组，从而可以适应不同情况下的高空工作，并且增加负载能力。

2.技术方案

为达到上述目的，本实用新型提供的技术方案为：

本实用新型的一种爬墙机器人，包括行走单元和转弯单元，转弯单元铰接设置于行走单元一侧，并用于驱动行走单元转向；其中行走单元包括壳体，壳体的周向侧壁上间隔铰接设置有多个机器人足，壳体内设有用于驱动机器人足相对壳体转动行走的行走蜗杆；机器人足的端部铰接设置有关节足，且机器人足内设置有用于驱动关节足相对机器人足转动行走的足蜗杆；关节足的底部设置有足吸盘。

更进一步地，机器人足与行走蜗杆相对的端部设置有与行走蜗杆相配合的啮合齿，行走蜗杆由电机驱动旋转并同步驱动机器人足运动；关节足与足蜗杆相对的端部设置有与足蜗杆相配合的啮合齿，足蜗杆由电机驱动旋转并同步驱动关节足运动。

更进一步地，转弯单元包括上下分布的转向臂和转动座，转向臂一侧与壳体侧面铰接；转动座上设置有支撑柱，转向臂内设置有升降蜗杆，支撑柱侧面对应设置有与升降蜗杆相配合的啮合齿，升降蜗杆驱动支撑柱上下升降，转动座底部通过回转支承转动配合连接有支撑底座，支撑底座下方设置有转弯吸盘；且支撑底座内设有与转动座底部相连的动力电机，该动力电机用于驱动转动座旋转。

更进一步地，壳体与转向臂相对的侧面设置有接合板，转向臂侧面对应设有安装板，安装板与接合板相连，且安装板与转向臂之间通过轴承转动配合连接。

更进一步地，安装板与接合板之间设置有伸缩单元，该伸缩单元一端与接合板相连，另一端与安装板相连，伸缩单元用于驱动壳体与转向臂之间距离变化。

更进一步地，足吸盘由控制气泵控制吸附与脱离，控制气泵的控制总管上设置有控制气泵阀，控制总管通过多个连接分管分别与每个足吸盘相连通；每个连接分管上均设置有分管阀门；控制总管上还设置有补偿气路单元，补偿气路单元包括补偿气泵，补偿气泵通过管路与控制总管相连通，且补偿气泵的管路上设置有控制阀。

更进一步地，每个关节足内均设置有用于控制足吸盘吸附和脱离的气泵，每个足吸盘内气泵上均设置有与空气相通的外通气管，且外通气管上设置有气管阀门；还包括补偿气路单元，补偿气路单元包括补偿气泵，补偿气泵上设置有分别与每个外通气管相连通的补偿管，每个补偿管上设置有补偿阀门；补偿气泵上还设置有排气管，排气管上设置有排气阀。

更进一步地，壳体的侧面开设有多个串联孔，串联孔用于多个壳体之间拼接串联；壳体的侧面上还间隔设置有多个气室孔，该气室孔通过连通气管与足吸盘相连通，且气室孔上配置有气室塞。

本实用新型的一种串联机器人组，采用如上所述的爬墙机器人，多个壳体依次串联相接，并共用一个转弯单元。

更进一步地，多个壳体之间通过串联孔采用螺栓连接，多个壳体对应同一位置的足吸盘之间通过气室孔实现连通。

3.有益效果

采用本实用新型提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)本实用新型的一种爬墙机器人，行走单元采用机器人足和关节足共同配合完成，行走过程更加灵便，并采用蜗杆进行行走传动控制，传动比大、传动稳定且具有自锁功能，使用安全稳定性较高。

(2)本实用新型的一种爬墙机器人，包括行走单元和转弯单元，通过转弯单元设置可以使机器人整体在高空墙壁上进行转弯越障，可以自动的实现来回的连续工作，有效提高使用便利性。

(3)本实用新型的一种爬墙机器人，整体结构设计小巧紧凑，各个传动均设置在结构内部且壳体设置为圆柱形，及时高空落下时也不易损坏，有助于降低使用成本。

(4)本实用新型的一种爬墙机器人，上面配合安装有高清摄像头，不仅可以携带清洁工具对高空墙壁进行清理，还可以通过摄像头对高空墙壁或者玻璃进行观测，防止危险事故的发生，通过安装不同的东西，能实现不同的功能。

(5)本实用新型的一种爬墙机器人，足吸盘内部还设置有压力传感器作为负压开关，可以保证吸附牢靠。

(6)本实用新型的一种串联机器人组，通过壳体上设置的串联孔可以任意串联多个壳体，便于根据不同工作环境选用不同长度主体的设置，能够适应不同环境下的高空工作，便于越障，且明显增加负载能力。

(7)本实用新型的一种串联机器人组，依次串联的壳体之间通过连通气管实现气室孔的连通，可以共用一个气泵即可控制多组足吸盘的吸附状态，由此可以节省内用气泵的使用数量，降低使用成本，也可以外接气泵，提高负载能力。

附图说明

图1为本实用新型的一种爬墙机器人的结构示意图；

图2为本实用新型的一种爬墙机器人的侧面视角结构示意图；

图3为本实用新型的一种爬墙机器人的侧面视角结构示意图；

图4为本实用新型图1视角下的主视结构示意图；

图5为本实用新型图1视角下的右视结构示意图；

图6为本实用新型中关节足的运动极限位置状态示意图；

图7为本实用新型中机器人足的运行极限位置状态示意图；

图8为本实用新型中补偿气路单元的分布示意图；

图9为本实用新型中补偿气路单元的另一分布示意图；

图10为本实用新型机器人行走状态示意图；

图11为本实用新型的一种串联机器人组的结构示意图。

示意图中的标号说明：

100、壳体；101、接合板；102、连接端；103、连通气管；104、串联孔；105、气室塞；

110、机器人足；111、行走蜗杆；120、关节足；121、足吸盘；

200、转向臂；201、摄像头支架；202、摄像头；203、安装板；210、转动座；211、支撑柱；212、升降蜗杆；220、回转支承；230、支撑底座；231、转弯吸盘；

300、补偿气泵；301、排气管；302、补偿管；303、补偿阀门；304、气管阀门；305、外通气管；310、控制阀；320、连接分管；321、分管阀门；400、控制气泵；401、控制气泵阀；402、控制总管。

具体实施方式

为进一步了解本实用新型的内容，结合附图对本实用新型作详细描述。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

下面结合实施例对本实用新型作进一步的描述。

实施例1

如图1-图8所示，本实施例的一种爬墙机器人，包括行走单元和转弯单元，其中行走单元用于实现机器人的行走运动，转弯单元则与行走单元相连并铰接在其一侧，用于实现行走单元的转弯转向。其中行走单元包括壳体100，壳体100的周向侧壁上间隔铰接设置有多个机器人足110，壳体100内设有用于驱动机器人足110相对壳体100转动行走的行走蜗杆111；机器人足110的端部铰接设置有关节足120，且机器人足110内设置有用于驱动关节足120相对机器人足110转动行走的足蜗杆；关节足120的底部设置有足吸盘121，关节足120内设置有用于控制足吸盘121吸紧和放松的气泵，通过进出气实现足吸盘121对攀附墙面的吸附或脱离。

如图5所示，本实施例中机器人足110与行走蜗杆111相对的端部设置有与行走蜗杆111相配合的半圆弧形啮合齿，行走蜗杆111由电机驱动旋转并同步驱动机器人足110运动；具体地，行走蜗杆111两端分别设置有动力伺服电机和轴承座，动力伺服电机与行走蜗杆111相连并用于驱动行走蜗杆111转动，机器人足110通过齿轮啮合传动被行走蜗杆111驱动，使得机器人足110能够相对壳体100转动行走，且通过电机正反转可以控制机器人足110的往复行走，机器人足110可通过销轴与壳体100铰接，且壳体100上开设有供机器人足110转动的空间；同理，机器人足110内设置有足蜗杆及驱动足蜗杆转动的电机，关节足120与足蜗杆相对的端部设置有与足蜗杆相配合的半圆弧形啮合齿，足蜗杆由电机驱动旋转并同步驱动关节足120运动，通过电机正反转可以控制关节足120的往复行走；关节足120与机器人足110之间也可通过销轴铰接。本实施例通过关节足120与机器人足110的设置来实现机器人行走过程的灵敏性。

本实施例中还包括转弯单元，转弯单元包括上下分布的转向臂200和转动座210，转向臂200一侧与壳体100侧面铰接；具体地，壳体100与转向臂200相对的侧面设置有接合板101，转向臂200侧面对应设有安装板203，安装板203与接合板101相连，且安装板203与转向臂200之间通过轴承转动配合连接。转动座210上设置有支撑柱211，转向臂200内设置有升降蜗杆212及驱动升降蜗杆212转动的电机，具体地，升降蜗杆212上端通过传动键与联轴器相连，联轴器通过传动键与电机相连，电机用于对升降蜗杆212进行驱动；升降蜗杆212下端可通过蜗杆轴承与转向臂200相连。支撑柱211侧面对应设置有与升降蜗杆212相配合的啮合齿，升降蜗杆212由电机驱动旋转即同步驱动支撑柱211上下升降。支撑柱211与转向臂200内壁之间通过减摩擦滑轮和滑轨的配合相接触，有助于减少支撑柱211升降时与转向臂200之间的摩擦。转动座210底部通过回转支承220转动配合连接有支撑底座230，支撑底座230下方设置有转弯吸盘231；且支撑底座230内设有与转动座210底部相连的动力电机，该动力电机用于驱动转动座210旋转。转动座210能够相对支撑底座230旋转，转弯吸盘231内同样设置有用于控制吸紧和放松的气泵。具体地，回转支承220可采用双向推力球轴承，动力电机转轴穿过回转支承220通过传动键与转动座210相连，动力电机的正反转可以控制转动座210进而控制整个壳体100的正反转动，实现机器人转弯。当需要转弯时，启动升降蜗杆212驱动支撑柱211下移，即整体驱动支撑底座230下移，直至转弯吸盘231贴附至墙面，此时转弯吸盘231内气泵吸气将转弯吸盘231牢牢吸附在墙面，此时壳体100上的足吸盘121可以脱离墙面，支撑底座230继续下移直至将机器人整个壳体100支撑起来，然后支撑底座230内的电机启动驱动转动座210旋转转向，即带动整个壳体100旋转转向，当旋转至适宜方位后，升降蜗杆212反向转动，使关节足120下移接触墙面，控制壳体100上的足吸盘121重新紧紧吸附在墙面上，然后控制转弯吸盘231脱离墙面，且支撑柱211继续上移一定高度即可。通过转弯单元可以实现机器人的灵活转向，便于实际使用时灵活调整，适宜各种工作环境。

本实施例中转向臂200上设置有摄像头支架201和摄像头202，摄像头202可通过支架销与摄像头支架201连接，摄像头支架201可通过螺钉与转向臂200连接，摄像头202可采用蓝牙摄像头，可以与手机或电脑终端连接。摄像头202用于采集高空作业信息，观察高建筑物墙壁或高空玻璃墙面的状况，避免危险事件发生，也可以在机器人上安装喷涂或清洁装置，对高空墙面进行粉刷或清洁，使得人工远离危险操作，工作效率高。也可以根据需要安装不同装置，使机器人实现不同功能。

本实施例中壳体100外四周均匀分布四个关节足120，分别为a、b、c、d四个关节足120；壳体100内还设置有集成式plc电路板，用于控制各个关节足120转动行走、机器人足110转动行走、支撑柱211升降、各个吸盘气泵吸紧或脱离等信息，实现机器人爬墙的自动智能化控制。plc电路板上的信号通过信号线或无线传输方式可与外部手持终端相连，plc电路板的设置及信号传输控制等均属于行业内现有常规成熟技术，在此不再赘述。

如图10所示，本实施例的爬墙机器人实际运作时，如图a状态，a关节足120下端的足吸盘121正处于负压状态，随着机器人主体的转动进入状态b，a关节足120下端的足吸盘121仍处于负压状态，b关节足120下端的足吸盘121接触墙面并通过内部气泵抽气，使其逐渐吸紧墙面，a关节足120下端的足吸盘121开始慢慢脱离墙面，直至状态c之后，a关节足120下端的足吸盘121完全脱离墙面，b关节足120下端的足吸盘121处于负压状态，紧紧吸附在墙面上，这就是机器人在垂直墙面上的行走过程。且通过电机正反转控制，可以实现关节足120的前行和后退过程。本实施例中足吸盘121内部还设置有压力传感器作为负压开关，可以保证吸附牢靠。

本实施例的爬墙机器人通过转弯单元可以在高空墙壁上进行转弯，自动实现来回的连续工作，且行走单元和转弯单元可以分别控制；整体结构设计小巧紧凑，各个传动均设置在结构内部且壳体100设置为圆柱形，及时高空落下时也不易损坏，有助于降低使用成本；使用蜗杆进行传动控制，传动比大、传动稳定且具有自锁功能，使用安全稳定性较高。

实施例2

本实施例的一种爬墙机器人，基本结构同上述实施例，更进一步地，本实施例中安装板203与接合板101之间设置有伸缩单元，该伸缩单元一端与接合板101相连，另一端与安装板203相连，伸缩单元用于驱动壳体100与转向臂200之间距离变化。具体地，该伸缩单元可采用气缸或行业内其他伸缩控制动力，气缸一端设置于安装板203上，其伸缩杆与接合板101相连，通过伸缩单元控制能够实现行走单元与转弯单元之间的距离调控，从而便于机器人翻越不同障碍等，应用更加灵活方便。

实施例3

本实施例的一种爬墙机器人，基本结构同上述实施例，更进一步地，本实施例中还包括补偿气路单元，如图8所示，每个关节足120内均设置有用于控制足吸盘121吸附和脱离的气泵，气泵上均设置有与空气相通的外通气管305，且外通气管305上设置有气管阀门304；补偿气路单元包括补偿气泵300，补偿气泵300上设置有分别与每个外通气管305相连通的补偿管302，每个补偿管302上设置有补偿阀门303；补偿气泵300上还设置有排气管301，排气管301上设置有排气阀。如图8所示，共有四个关节足120及四根外通气管305，补偿气泵300上即设置四根分管分别与对应的外通气管305相连通。

本实施例设置补偿气路单元可以有效保证使用安全性，当某个关节足120内气泵出现故障时，可以通过补偿气泵300作为应急气泵使用，具体使用时，当某个关节足120内气泵意外故障时，可能导致足吸盘121无法吸附墙面无法继续行走后退，此时关闭外通气管305上的气管阀门304，打开与该外通气管305相连通的补偿管302上的补偿阀门303，则可以通过补偿气泵300实现对该足吸盘121的抽气吸紧控制，从而满足该足吸盘121的正常吸附剂脱离操作；各个足吸盘121内气泵正常使用时，则将补偿气泵300作为备用气泵，各个补偿管302上的补偿阀门303分别关闭即可。

实施例4

本实施例的一种爬墙机器人，基本结构同上述实施例，更进一步地，如图9所示，本实施例中多个足吸盘121共用一个气泵，具体地，多个足吸盘121均由控制气泵400控制吸附与脱离，控制气泵400的控制总管402上设置有控制气泵阀401，控制总管402通过多个连接分管320分别与每个足吸盘121相连通；每个连接分管320上均设置有分管阀门321；控制总管402上还设置有补偿气路单元，补偿气路单元包括补偿气泵300，补偿气泵300通过管路与控制总管402相连通，且补偿气泵300的管路上设置有控制阀310。本实施例利用控制气泵400来对足吸盘121进行吸气和充气控制，补偿气泵300则作为备用气泵，正常使用状态下，控制阀310关闭，补偿气泵300不工作，控制气泵阀401和分管阀门321打开进行工作；当控制气泵400出现意外故障，则控制气泵阀401关闭，控制阀310打开，补偿气泵300开始工作，保持正常使用。本实施例进一步减少了气动元件的使用数量，减轻了机器人的重量，降低了制作成本。

实施例5

本实施例的一种爬墙机器人，基本结构同上述实施例，更进一步地，本实施例中壳体100的侧面开设有多个串联孔104，串联孔104用于多个壳体100之间拼接串联；如具体可采用螺栓串联；壳体100的侧面上还间隔设置有多个气室孔，该气室孔通过连通气管103与足吸盘121相连通，且气室孔上配置有气室塞105。当单个机器人的壳体100正常独立使用时，各个气室孔都采用气室塞105封闭，串联孔104和气室孔均是用于多个机器人的壳体100串联时使用的，通过这样的结构设计使得本实施例的机器人可以多个串联拼接使用，不仅有助于增强机器人的越障能力，还可以明显提高机器人负载能力。

如图11所示，为本实施例的一种串联机器人组，即采用上述实施例中的爬墙机器人，多个壳体100依次串联相接，并共用一个转弯单元。其中多个壳体100之间通过串联孔104采用螺栓连接，多个壳体100对应同一位置的足吸盘121之间通过气室孔实现连通，从而可以共用一个足吸盘121内的气泵。具体地，图11所示为三个壳体100串联连接的示意图，其中第一个壳体100一侧仍配置有转弯单元，其余只采用壳体100进行串联，三个壳体100共用一个转弯单元控制整体的转弯过程，具体过程同上述实施例，在此不再赘述。需要说明的是，依次串联的壳体100之间通过连通气管103实现气室孔的连通。如图5所示，具体地，壳体100的侧壁上根据足吸盘121的数量和位置对应配合开设有气室孔，每个气室孔与对应的足吸盘121之间通过连通气管103连通，多个壳体100串联时相对设置，壁面是贴合的，对应位置的气室孔也是相对贴合的，且气室孔外周可以配合设置一圈密封圈，便于贴合时保证密封性，通过气室孔的贴合使得相邻两个壳体100对应位置处的足吸盘121是相通的，可以共用一个气泵即可控制多组足吸盘121的吸附状态，最外侧端面上的气室孔则可以用气室塞105封闭。由此可以节省内用气泵的使用数量，降低使用成本，也可以外接气泵，提高负载能力，实际应用时也能根据工作环境判断需要越过的障碍尺寸，进而可以对应设置的壳体100串联数量，当行进遇到障碍时通过转弯单元配合进行转向。

以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。