一种吸附式爬壁机器人的制作方法

1.本实用新型属于机器人技术领域，特别涉及一种吸附式爬壁机器人，能应用于大型风力发电机塔筒场景的攀爬工作，以代替部分人工。

背景技术：

2.工业生产中有许多危险的环境，人工作业存在着许多危险，使用机器人代替人工作业成为一种常规的选择。随着信息技术和控制技术的发展，机器人技术得到了巨大的发展，越来越多的机器人被用到工业领域。因具有有效的壁面吸附和移动特性，爬壁式机器人可以搭载检测设备进行检测和维修，拓展了机器人的使用范围。
3.近年来，由于多种新技术的发展，爬壁机器人的许多技术难题得到解决，极大地推动了爬壁机器人的发展，特别是小型爬壁机器人成为机器人领域的一个研究热点。而大型风机塔筒壁面由于表面光滑、半径不断变化等原因，人工作业难度大，风险高，需要爬壁机器人替代部分人工作业，以提高效率，降低人员伤亡的可能性。申请号cn201410764635.9的中国专利文件，公开了一种含摆动牵引腿三自由度爬壁并联机器人，其能上下伸缩，适应凹凸不平的壁面，但是该专利未公开怎样使机器人纵向平移。

技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种吸附式爬壁机器人，以解决上述背景技术中提到的问题。同时为了让机器人能适应凹凸不平的壁面，本实用新型还对其进行了其它改进。
5.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
6.一种吸附式爬壁机器人，所述的吸附式爬壁机器人包括上框架、下框架、上框架支腿、下框架支腿、真空吸盘装置、球铰组件，下框架的尺寸小于上框架，套在上框架内，上框架周向通过球铰组件连接有上框架支腿，下框架周向通过球铰组件连接有下框架支腿，上框架支腿和下框架支腿底部连接真空吸盘装置，下框架上表面中部开有凹槽，凹槽内横向连接有横向伸缩气缸，横向伸缩气缸的气缸杆末端连接有连接件，连接件顶部连接上框架中部。
7.上述一种吸附式爬壁机器人，所述上框架支腿、下框架支腿中上部周向均布连接有若干支腿弹簧，支腿弹簧另一端分别与上框架下表面、下框架下表面连接。
8.上述一种吸附式爬壁机器人，所述上框架和下框架都包括两个互相垂直的横板，上框架支腿通过球铰组件连接在上框架的横板两端，下框架支腿通过球铰组件连接在下框架的横板两端。
9.上述一种吸附式爬壁机器人，球铰组件包括铰球连接杆、铰球、铰球槽，所述的铰球连接杆上端连接铰球，铰球连接杆能随铰球转动，所述的铰球活动连接在铰球槽中。铰球槽的未开口端连接框架，铰球连接杆远离铰球的一端连接支腿。
10.上述一种吸附式爬壁机器人，所述连接件为螺栓，螺栓与上框架转动连接。
11.上述一种吸附式爬壁机器人，上框架和上框架支腿之间连接有3根支腿弹簧，下框
架和下框架支腿之间连接有3根支腿弹簧。
12.上述一种吸附式爬壁机器人，上框架支腿和下框架支腿竖直连接有支腿伸缩气缸。
13.上述一种吸附式爬壁机器人，所述真空吸盘装置包括主吸盘组件和从吸盘组件，主吸盘组件周向通过连接杆连接有若干从吸盘组件。真空吸盘装置采用主-从式布置，能够通过大气压强的作用牢牢吸附在垂直壁上，从而保证机器人整体的稳定，安全爬行。
14.上述一种吸附式爬壁机器人，主吸盘组件和从吸盘组件均包括真空泵、真空吸盘、继电器、电动破空阀，所述真空吸盘与真空泵连通，真空泵与继电器电连接，电动破空阀与继电器电连接，主吸盘组件还包括连接在其真空吸盘外的环形外壳，从吸盘组件通过外形外壳连接在主吸盘组件周向。所述电动破空阀被配置为开启时，所述真空吸盘与外界大气连通，所述电动破空阀被配置为关闭时，所述真空吸盘在所述真空泵的作用下吸附待吸附件。
15.上述一种吸附式爬壁机器人，还包括单片机，单片机控制横向伸缩气缸、支腿伸缩气缸的伸缩。
16.本实用新型的有益效果是：上框架、下框架均是两个互相垂直的横板，能有效减轻重量；支腿与框架的连接采用球铰方式，因此在曲率半径变化的风机塔筒壁面上能够自动改变两支腿之间的夹角，从而实现对风机塔筒壁面曲率半径变化的自适应；在一个主吸盘附近连接数个从吸盘，能够提高接触面积，从而增强吸力，保证爬壁机器人的稳定性和可靠性；通过所述螺栓，上框架能够实现相对于下框架之间的转动，爬壁机器人能够在风机塔筒各个方向实现灵活运动和转向；有效解决了机器人在风机塔筒壁面上吸附、爬行和旋转的功能，受众广阔，市场潜力巨大。
附图说明
17.图1为本实用新型的一种吸附式爬壁机器人吸附在风机塔筒壁面上时的结构示意图；
18.图2为本实用新型的主吸盘和从吸盘的连接结构示意图；
19.图3为本实用新型的初始状态的主视结构示意图；
20.图4为本实用新型的运动状态1的结构示意图；
21.图5为本实用新型的运动状态2的结构示意图。
22.图中：1-下框架，2-弹簧，3-上框架支腿，4-下框架支腿，5-螺栓，6-真空吸盘装置，601-主吸盘，602-从吸盘，7-上框架，8-凹槽，9-球铰组件，10-壁面。
具体实施方式
23.以下结合附图对本实用新型作进一步说明：
24.一种吸附式爬壁机器人包括下框架1，支腿弹簧2，上框架支腿3，下框架支腿4，螺栓5，真空吸盘装置6，上框架7，横向伸缩气缸，支腿伸缩气缸，球铰组件，单片机，下框架1的尺寸小于上框架7，套在上框架7内。所述的上框架7和下框架1都包括两个互相垂直的横板，呈现十字型，所述上框架支腿3共四条安装在上框架7两个横板的两端上，所述下框架支腿4共四条安装在下框架1两个横板的两端上，所述真空吸盘装置6安装在所有上框架支腿、下
框架支腿底部，所述球铰组件9用来实现上下框架支腿与上下框架之间的旋转运动，所述弹簧2用来辅助上框架支腿、下框架支腿实现自适应功能，所述下框架中间有凹槽，所述的上框架与螺栓转动连接，所述螺栓与横向伸缩气缸的气缸杆固接，所述螺栓在横向伸缩气缸控制下在凹槽8内滑动，实现上框架、下框架之间的相对运动，从而实现机器人向前的运动，所述上框架通过螺栓进行相对于下框架的转动，从而完成机器人的转向。
25.机器人的姿态通过八个连接有支腿伸缩气缸的支腿来调节，真空吸盘装置实现机器人在壁面上的吸附。机器人通过横向伸缩气缸使上下框架相对运动能够实现在壁面上的运动，从而实现爬行的功能。本实用新型中的支腿通过球铰组件实现相对于框架的多向转动，并受到弹簧的作用能够自动归位，从而在风机塔筒壁面半径改变的情况下实现自适应功能。
26.真空吸盘装置的布置基于壁虎脚部原理，采用主-从布置方式，在一个主吸盘601附近连接数个从吸盘602，能够提高接触面积，从而增强吸力，保证爬壁机器人的稳定性和可靠性。
27.由于支腿与框架的连接采用球铰方式，因此在各种曲率半径的风机塔筒壁面上都能够自动改变两支腿之间的夹角，从而实现风机塔筒对壁面曲率半径变化的自适应。
28.爬壁机器人向前运动形式为步进型，每一步又包含四种状态。
29.初始状态下，上框架、下框架所有支腿的支腿伸缩气缸都处于收缩状态，下框架凹槽内的横向伸缩气缸处于收缩状态，下框架支腿吸附在壁面10上，如图3所示。
30.运动状态1：横向伸缩气缸运动，推动上框架7向右相对于下框架2向前运动。上框架支腿3伸长，上框架2吸附在壁面上，下框架支腿4收缩，下框架1与壁面分离，该运动状态如图4所示。
31.运动状态2：下框架支腿伸出，上框架支腿收缩，下框架吸附在壁面上，上框架的支腿伸缩气缸收缩，弹簧拉动上框架支腿回到居中位置，该运动状态如图5所示。最后，所有支腿收缩，从而回到初始状态，完成向前运动的一步。循环此过程从而实现机器人向前的爬行运动。当遇到墙面存在障碍时，可以通过旋转中心螺栓从而完成自动避障动作。

技术特征：

1.一种吸附式爬壁机器人，其特征在于：所述的吸附式爬壁机器人包括上框架、下框架、上框架支腿、下框架支腿、真空吸盘装置、球铰组件，下框架套在上框架内，上框架周向通过球铰组件连接有上框架支腿，下框架周向通过球铰组件连接有下框架支腿，上框架支腿和下框架支腿底部连接真空吸盘装置，下框架上表面中部开有凹槽，凹槽内横向连接有横向伸缩气缸，横向伸缩气缸的气缸杆末端连接有连接件，连接件顶部连接上框架中部。2.如权利要求1所述一种吸附式爬壁机器人，其特征在于：所述上框架支腿、下框架支腿中上部周向均布连接有若干支腿弹簧，支腿弹簧另一端分别与上框架下表面、下框架下表面连接。3.如权利要求1所述一种吸附式爬壁机器人，其特征在于：所述上框架和下框架都包括两个互相垂直的横板，上框架支腿通过球铰组件连接在上框架的横板两端，下框架支腿通过球铰组件连接在下框架的横板两端。4.如权利要求1所述一种吸附式爬壁机器人，其特征在于：球铰组件包括铰球连接杆、铰球、铰球槽，所述的铰球连接杆上端连接铰球，铰球连接杆能随铰球转动，所述的铰球活动连接在铰球槽中。5.如权利要求1所述一种吸附式爬壁机器人，其特征在于：所述连接件为螺栓，螺栓与上框架转动连接。6.如权利要求1所述一种吸附式爬壁机器人，其特征在于：上框架和上框架支腿之间连接有3根支腿弹簧，下框架和下框架支腿之间连接有3根支腿弹簧。7.如权利要求1所述一种吸附式爬壁机器人，其特征在于：上框架支腿和下框架支腿竖直连接有支腿伸缩气缸。8.如权利要求1所述一种吸附式爬壁机器人，其特征在于：所述真空吸盘装置包括主吸盘组件和从吸盘组件，主吸盘组件周向通过连接杆连接有若干从吸盘组件。9.如权利要求8所述一种吸附式爬壁机器人，其特征在于：主吸盘组件和从吸盘组件均包括真空泵、真空吸盘、继电器、电动破空阀，所述真空吸盘与真空泵连通，真空泵与继电器电连接，电动破空阀与继电器电连接，主吸盘组件还包括连接在其真空吸盘外的环形外壳，从吸盘组件通过外形外壳连接在主吸盘组件周向。10.如权利要求7所述一种吸附式爬壁机器人，其特征在于：还包括单片机，单片机控制横向伸缩气缸、支腿伸缩气缸的伸缩。

技术总结

本实用新型公开一种吸附式爬壁机器人，包括上框架、下框架、上框架支腿、下框架支腿、螺栓、真空吸盘装置、横向伸缩气缸、支腿伸缩气缸、弹簧、球铰组件。上框架和下框架均包括两个互相垂直的横板。支腿安装在上/下框架上，真空吸盘装置连接在支腿底部，下框架中间有凹槽，上框架与螺栓转动连接，螺栓与横向伸缩气缸固接，螺栓在横向伸缩气缸控制下在凹槽内滑动实现机器人向前的运动，上框架通过螺栓相对于下框架实现转动，从而完成机器人的转向。支腿通过球铰组件实现相对于框架的多向转动，并被弹簧牵拉自动归位，以适应风机塔筒壁面半径的改变。本实用新型能适用于大型风力发电机塔筒场景的攀爬工作，以代替人工，执行运输、监测或维护。护。护。