專利名稱：一種可跨越交叉壁面的壁面移動機器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種機器人，具體地說是涉及一種可跨越交叉壁面的壁面移動機
器人，屬于機器人技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，機器人在國家安全、工業(yè)檢測、高空營救和反恐偵察任務(wù)中越來越得到人 們的重視，而壁面移動機器人由于能在垂直壁面上進行作業(yè)，因此得到了許多科研人員的 關(guān)注，并已開發(fā)出基于各種不同吸附原理的壁面移動機器人樣機，但是，由于壁面移動機器 人作業(yè)環(huán)境為復雜的建筑物外表面，而現(xiàn)有的樣機大多數(shù)只適用于單面平整墻壁，并不具
備交叉壁面跨越或壁面障礙物跨越的能力，因此，現(xiàn)有的樣機并沒有得到進一步的推廣應(yīng) 用，更多的只適用于實驗室的作業(yè)環(huán)境。
實用新型內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重
量輕、噪聲低、可跨越障礙物或可跨越交叉壁面的壁面移動機器人。 本實用新型是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的 —種可跨越交叉壁面的壁面移動機器人，其特征在于包括壁面移動吸盤、越障機 械臂、壁面行走機構(gòu)和機器人控制系統(tǒng)，其中 所述的壁面移動吸盤分為前壁面移動吸盤和后壁面移動吸盤，前、后壁面移動吸 盤結(jié)構(gòu)相同，所述的壁面移動吸盤包括負壓吸附腔、負壓密封圈、離心式風葉和外轉(zhuǎn)子無刷 電機，其中，離心式風葉安裝在外轉(zhuǎn)子無刷電機的轉(zhuǎn)軸上，其進氣口與負壓吸附腔相連，并 安裝于負壓吸附腔的外側(cè)，而負壓密封圈則設(shè)置在負壓吸附腔的外周邊緣與壁面的接觸 處； 所述的越障機械臂包括機械臂骨架、機械臂基座、中央關(guān)節(jié)、基座關(guān)節(jié)、直流伺服 電機和減速器，其中，機械臂骨架分為機械臂前骨架和機械臂后骨架，機械臂骨架通過基座 關(guān)節(jié)與機械臂基座相連，而兩個機械臂基座則分別固定在前壁面吸附盤和后壁面吸附盤的 負壓吸附腔上，而機械臂前骨架和機械臂后骨架則通過中央關(guān)節(jié)連接，此外，在機械臂前骨 架一側(cè)和機械臂后骨架的兩側(cè)還分別設(shè)置有直流伺服電機和減速器，減速器與直流伺服電 機軸連接； 所述的壁面行走機構(gòu)為輪式移動機構(gòu)、履帶式移動機構(gòu)和腿足式移動機構(gòu)中的任 一種； 所述的機器人控制系統(tǒng)包括機器人控制器、壁面距離檢測傳感器、前方障礙檢測 傳感器、負壓傳感器和機械臂關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角傳感器，其中，壁面距離檢測傳感器安裝于前述的壁 面移動吸盤的負壓吸附腔的底盤下方，前方障礙檢測安裝于前述的壁面移動吸盤的負壓吸 附腔的前方，負壓傳感器安裝于負壓吸附腔內(nèi)部，而機械臂關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角傳感器則安裝于前述 的越障機械臂的各個關(guān)節(jié)軸上。[0010] 上述的負壓密封圈為橡膠充氣式密封圈、毛刷式密封圈中任一種或者是兩者的組 合。 上述的壁面行走機構(gòu)為輪式移動機構(gòu)，包括驅(qū)動輪支架、驅(qū)動輪、直流伺服電機、
減速器和同步帶組件，其中，驅(qū)動輪支架為兩個，且并列設(shè)置于上述的負壓吸附腔的內(nèi)側(cè)底 盤上，其末端設(shè)置有驅(qū)動輪，每個驅(qū)動輪支架上的兩個驅(qū)動輪之間通過同步帶組件連接，而 驅(qū)動輪和減速器相連，減速器設(shè)置在直流伺服電機的輸出軸上。 上述的驅(qū)動輪上覆蓋有防滑材料。 上述的越障機械臂具有三個自由度，三個自由度均為旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)軸 與吸附壁面平行。 上述的基座關(guān)節(jié)包括基座關(guān)節(jié)蝸桿和基座關(guān)節(jié)渦輪，基座關(guān)節(jié)蝸桿和基座關(guān)節(jié)渦
輪相互配合，其中，基座關(guān)節(jié)渦輪固定在機械臂基座上，而基座關(guān)節(jié)蝸桿則固定在機械臂骨架
上，而中央關(guān)節(jié)則包括中央關(guān)節(jié)蝸桿和中央關(guān)節(jié)渦輪，中央關(guān)節(jié)蝸桿和中央關(guān)節(jié)渦輪相互配
合，其中，中央關(guān)節(jié)蝸桿固定在機械臂后骨架上，而中央關(guān)節(jié)渦輪則設(shè)置在機械臂前骨架上。 上述的機械臂前骨架上的減速器與同在機械臂前骨架上的基座關(guān)節(jié)蝸桿連接，而
機械臂后骨架上的兩個減速器則分別與同在機械臂后骨架上的基座關(guān)節(jié)蝸桿和中央關(guān)節(jié)
蝸桿連接。 上述的每個壁面移動吸盤上至少設(shè)置有3個壁面距離檢測傳感器。 本實用新型的有益效果是本實用新型通過前、后壁面移動吸盤的負壓吸附組件
實現(xiàn)垂直壁面的吸附，并通過壁面行走機構(gòu)實現(xiàn)機器人在壁面上移動，當遇到交叉壁面時，
通過越障機械臂實現(xiàn)在壁面間的跨越。本實用新型體積小、重量輕、壁面適應(yīng)能力強，因為
能夠跨越交叉壁面，因此本實用新型更適用于復雜的作業(yè)環(huán)境，完成更加復雜的任務(wù)，在反
恐偵察、壁面檢測等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
圖1為實用新型一實施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本實用新型一實施例的主視圖 圖3為本實用新型一實施例的仰視圖 圖4為本實用新型一實施例的左視圖 圖5為本實用新型跨越交叉壁面的狀態(tài)示意圖- 圖6為本實用新型跨越交叉壁面的狀態(tài)示意圖: 圖7為本實用新型跨越交叉壁面的狀態(tài)示意圖」 圖中主要附圖標記含義為 1、負壓吸附腔 2、離心式風葉 4、機械臂前骨架 5、機械臂后骨架 7、前方障礙檢測傳感器 8、中央關(guān)節(jié)渦輪 10、壁面距離檢測傳感器 11、驅(qū)動輪
3、機械臂基座 6、直流伺服電機 9、中央關(guān)節(jié)蝸桿 12、驅(qū)動輪支架
具體實施方式
下面將結(jié)合附圖，詳細說明本實用新型的具體實施方式
5[0031] 圖1為實用新型一實施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型一實施例的主視 圖；圖3為本實用新型一實施例的仰視圖；圖4為本實用新型一實施例的左視圖。 如圖1至圖4所示 —種可跨越交叉壁面的壁面移動機器人，包括壁面移動吸盤、越障機械臂、壁面行 走機構(gòu)和機器人控制系統(tǒng)，其中 壁面移動吸盤分為前壁面移動吸盤和后壁面移動吸盤，前、后壁面移動吸盤結(jié)構(gòu) 相同，所述的壁面移動吸盤包括負壓吸附腔1、負壓密封圈、離心式風葉2和外轉(zhuǎn)子無刷電 機，其中，離心式風葉2安裝在外轉(zhuǎn)子無刷電機的轉(zhuǎn)軸上，其進氣口與負壓吸附腔1相連，并 安裝于負壓吸附腔1的外側(cè)，而負壓密封圈則設(shè)置在負壓吸附腔1的外周邊緣與壁面的接 觸處，其選自橡膠充氣式密封圈、毛刷式密封圈中任一種或者是兩者的組合，本實施方式選 用的是橡膠充氣式密封圈； 越障機械臂包括機械臂骨架、機械臂基座3、中央關(guān)節(jié)、基座關(guān)節(jié)、直流伺服電機6 和減速器，其中，機械臂骨架分為機械臂前骨架4和機械臂后骨架5，機械臂骨架通過基座 關(guān)節(jié)與機械臂基座3相連，而兩個機械臂基座3則分別固定在前壁面吸附盤和后壁面吸附 盤的負壓吸附腔1上，而機械臂前骨架4和機械臂后骨架5則通過中央關(guān)節(jié)連接，此外，在 機械臂前骨架4 一側(cè)和機械臂后骨架5的兩側(cè)還分別設(shè)置有直流伺服電機6和減速器，減 速器與直流伺服電機6軸連接，本實施方式所述的越障機械臂具有三個自由度，三個自由 度均為旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)軸與吸附壁面平行，通過三個冗余自由度的調(diào)節(jié)，機器人能 實現(xiàn)交叉壁面的跨越及障礙物的跨越； 上述的基座關(guān)節(jié)包括基座關(guān)節(jié)蝸桿和基座關(guān)節(jié)渦輪，基座關(guān)節(jié)蝸桿和基座關(guān)節(jié)渦 輪相互配合，其中，基座關(guān)節(jié)渦輪固定在機械臂基座3上，而基座關(guān)節(jié)蝸桿則固定在機械臂 骨架上，而中央關(guān)節(jié)則包括中央關(guān)節(jié)蝸桿9和中央關(guān)節(jié)渦輪8，中央關(guān)節(jié)蝸桿9和中央關(guān)節(jié) 渦輪8相互配合，其中，中央關(guān)節(jié)蝸桿9固定在機械臂后骨架5上，而中央關(guān)節(jié)渦輪8則設(shè) 置在機械臂前骨架4上。 上述的機械臂前骨架4上的減速器與同在機械臂前骨架4上的基座關(guān)節(jié)蝸桿連 接，而機械臂后骨架5上的兩個減速器則分別與同在機械臂后骨架5上的基座關(guān)節(jié)蝸桿和 中央關(guān)節(jié)蝸桿9連接。 此外，壁面行走機構(gòu)為輪式移動機構(gòu)、履帶式移動機構(gòu)和腿足式移動機構(gòu)中的任 一種，本實施方式采用的是輪式移動機構(gòu)，包括驅(qū)動輪支架12、驅(qū)動輪11、直流伺服電機6、 減速器和同步帶組件，其中，驅(qū)動輪支架12為兩個，且并列設(shè)置于上述的負壓吸附腔1的內(nèi) 側(cè)底盤上，其末端設(shè)置有驅(qū)動輪11，每個驅(qū)動輪支架12上的兩個驅(qū)動輪11之間通過同步帶 組件連接，而驅(qū)動輪11和減速器相連，減速器設(shè)置在直流伺服電機6的輸出軸上，且驅(qū)動輪 ll上還覆蓋有防滑材料； 而機器人控制系統(tǒng)則包括機器人控制器、壁面距離檢測傳感器10、前方障礙檢測 傳感器7、負壓傳感器和機械臂關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角傳感器，其中，壁面距離檢測傳感器IO安裝于前 述的壁面移動吸盤的負壓吸附腔的底盤下方，每個壁面移動吸盤上至少設(shè)置有3個壁面距 離檢測傳感器，本實施方式每個壁面移動吸盤上設(shè)置有3個壁面距離檢測傳感器，用于檢 測機器人作交叉壁面跨越時壁面移動吸盤是否能平行的貼附于壁面上，前方障礙檢測傳感 器7安裝于前述的壁面移動吸盤的負壓吸附腔1的前方，用于機器人在壁面移動時對前方障礙物的檢測，負壓傳感器安裝于負壓吸附腔1內(nèi)部，用于檢測負壓吸附腔內(nèi)的負壓大小， 并反饋給前述的機器人控制器，從而調(diào)節(jié)前述的帶有離心風葉的外轉(zhuǎn)子無刷電機的轉(zhuǎn)速， 保證機器人的吸附力，而機械臂關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角傳感器則安裝于前述的越障機械臂的各個關(guān)節(jié)軸 上，用以檢測關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角，并反饋給機器人控制器。 圖5為本實用新型跨越交叉壁面的狀態(tài)示意圖一 ；圖6為本實用新型跨越交叉壁 面的狀態(tài)示意圖二 ；圖7為本實用新型跨越交叉壁面的狀態(tài)示意圖三。 如圖6至圖7所示一種可跨越交叉壁面的壁面移動機器人通過機器人控制器的 控制和壁面移動吸盤吸附在壁面上，并通過輪式行走機構(gòu)實現(xiàn)壁面上的自由行走，同時通 過調(diào)節(jié)自身的三個冗余自由度，進而實現(xiàn)不同的交叉壁面的自由跨越，其自身特殊的結(jié)構(gòu) 使其能夠適應(yīng)更加復雜的工作環(huán)境，完成更加復雜的工作任務(wù)，進而拓寬了其應(yīng)用范圍，保 證了其有效的利用。 以上已以較佳實施例公開了本實用新型，然其并非用以限制本實用新型，凡采用 等同替換或者等效變換方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求一種可跨越交叉壁面的壁面移動機器人，其特征在于包括壁面移動吸盤、越障機械臂、壁面行走機構(gòu)和機器人控制系統(tǒng)，其中所述的壁面移動吸盤分為前壁面移動吸盤和后壁面移動吸盤，前、后壁面移動吸盤結(jié)構(gòu)相同，所述的壁面移動吸盤包括負壓吸附腔、負壓密封圈、離心式風葉和外轉(zhuǎn)子無刷電機，其中，離心式風葉安裝在外轉(zhuǎn)子無刷電機的轉(zhuǎn)軸上，其進氣口與負壓吸附腔相連，并安裝于負壓吸附腔的外側(cè)，而負壓密封圈則設(shè)置在負壓吸附腔的外周邊緣與壁面的接觸處；所述的越障機械臂包括機械臂骨架、機械臂基座、中央關(guān)節(jié)、基座關(guān)節(jié)、直流伺服電機和減速器，其中，機械臂骨架分為機械臂前骨架和機械臂后骨架，機械臂骨架通過基座關(guān)節(jié)與機械臂基座相連，而兩個機械臂基座則分別固定在前壁面吸附盤和后壁面吸附盤的負壓吸附腔上，而機械臂前骨架和機械臂后骨架則通過中央關(guān)節(jié)連接，此外，在機械臂前骨架一側(cè)和機械臂后骨架的兩側(cè)還分別設(shè)置有直流伺服電機和減速器，減速器與直流伺服電機軸連接；所述的壁面行走機構(gòu)為輪式移動機構(gòu)、履帶式移動機構(gòu)和腿足式移動機構(gòu)中的任一種；所述的機器人控制系統(tǒng)包括機器人控制器、壁面距離檢測傳感器、前方障礙檢測傳感器、負壓傳感器和機械臂關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角傳感器，其中，壁面距離檢測傳感器安裝于前述的壁面移動吸盤的負壓吸附腔的底盤下方，前方障礙檢測安裝于前述的壁面移動吸盤的負壓吸附腔的前方，負壓傳感器安裝于負壓吸附腔內(nèi)部，而機械臂關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角傳感器則安裝于前述的越障機械臂的各個關(guān)節(jié)軸上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可跨越交叉壁面的壁面移動機器人，其特征在于所述 的負壓密封圈為橡膠充氣式密封圈、毛刷式密封圈中任一種或者是兩者的組合。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可跨越交叉壁面的壁面移動機器人，其特征在于所述 的壁面行走機構(gòu)為輪式移動機構(gòu)，包括驅(qū)動輪支架、驅(qū)動輪、直流伺服電機、減速器和同步 帶組件，其中，驅(qū)動輪支架為兩個，且并列設(shè)置于上述的負壓吸附腔的內(nèi)側(cè)底盤上，其末端 設(shè)置有驅(qū)動輪，每個驅(qū)動輪支架上的兩個驅(qū)動輪之間通過同步帶組件連接，而驅(qū)動輪和減 速器相連，減速器設(shè)置在直流伺服電機的輸出軸上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種可跨越交叉壁面的壁面移動機器人，其特征在于所述 的驅(qū)動輪上覆蓋有防滑材料。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可跨越交叉壁面的壁面移動機器人，其特征在于所述 的越障機械臂具有三個自由度，三個自由度均為旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)軸與吸附壁面平 行。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可跨越交叉壁面的壁面移動機器人，其特征在于所述 的基座關(guān)節(jié)包括基座關(guān)節(jié)蝸桿和基座關(guān)節(jié)渦輪，基座關(guān)節(jié)蝸桿和基座關(guān)節(jié)渦輪相互配合， 其中，基座關(guān)節(jié)渦輪固定在機械臂基座上，而基座關(guān)節(jié)蝸桿則固定在機械臂骨架上，而中央 關(guān)節(jié)則包括中央關(guān)節(jié)蝸桿和中央關(guān)節(jié)渦輪，中央關(guān)節(jié)蝸桿和中央關(guān)節(jié)渦輪相互配合，其中， 中央關(guān)節(jié)蝸桿固定在機械臂后骨架上，而中央關(guān)節(jié)渦輪則設(shè)置在機械臂前骨架上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種可跨越交叉壁面的壁面移動機器人，其特征在于所述 的機械臂前骨架上的減速器與同在機械臂前骨架上的基座關(guān)節(jié)蝸桿連接，而機械臂后骨架 上的兩個減速器則分別與同在機械臂后骨架上的基座關(guān)節(jié)蝸桿和中央關(guān)節(jié)蝸桿連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可跨越交叉壁面的壁面移動機器人，其特征在于所述 的每個壁面移動吸盤上至少設(shè)置有3個壁面距離檢測傳感器。
專利摘要本實用新型公開了一種可跨越交叉壁面的壁面移動機器人，包括壁面移動吸盤、越障機械臂、壁面行走機構(gòu)和機器人控制系統(tǒng)，其中，壁面移動吸盤分為前、后兩個結(jié)構(gòu)相同的壁面移動吸盤，它們通過越障機械臂連接，而壁面行走機構(gòu)則設(shè)置在壁面移動吸盤的下部，另外，機器人控制系統(tǒng)則用以對機器人吸附、行走和壁面跨越的控制。本實用新型通過壁面移動吸盤的負壓吸附組件實現(xiàn)垂直壁面的吸附，并通過壁面行走機構(gòu)實現(xiàn)機器人在壁面上移動，當遇到交叉壁面時，通過越障機械臂實現(xiàn)壁面間的跨越。本實用新型體積小、重量輕、壁面適應(yīng)能力強，因為能夠跨越交叉壁面，因此本實用新型更適用于復雜的作業(yè)環(huán)境，完成更加復雜的任務(wù)，在反恐偵察、壁面檢測等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號B62D57/024GK201545089SQ20092023528
公開日2010年8月11日 申請日期2009年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月21日
發(fā)明者姚沖, 張建偉, 王魯單, 程勝 申請人:昆山市工業(yè)技術(shù)研究院有限責任公司