輪式爬壁機器人及其工作方法與流程

文檔序號:11115460
輪式爬壁機器人及其工作方法與制造工藝

本發明涉及一種輪式爬壁機器人及其工作方法,屬于技術人技術領域。



背景技術:

隨著城市高層建筑物的日益增多,對高樓玻璃幕墻清潔的需求也越來越多。傳統的高樓玻璃幕墻清潔工作需要工作人員通過安全繩將自己吊在高空中,通過清潔工具對高樓玻璃幕墻進行清潔。由于高空作業安全隱患較多,一旦發生意外,必將產生嚴重的生命財產損失。同時,高樓玻璃幕墻的面積一般比較大,通過人工的方式對高樓玻璃幕墻進行清潔的效率非常的低。為此,需要一種輪式爬壁清潔機器人來代替人工進行高樓玻璃幕墻的清潔。

目前爬壁機器人采用的爬壁方式為真空吸盤吸附,電磁或磁吸附方式。從機器人的運動機構上,分為輪式,履帶式以及腳足式。負壓吸附式的如專利CN104015831B,CN103723207B,CN103909991B等,公開文獻CN104857655A中,北華大學的清潔機器人采用風扇負壓吸附的原理將機器人吸附于墻壁上。磁吸附方式的如CN103332232B等。以上這些吸附方式主要受到工作面的限制,如磁吸附方式爬壁機器人必須在鋼,鐵等具有磁吸附能力的工作表面工作,負壓吸附方式的則需要工作表面相對光滑平整。

在粘附吸附方式方面,專利CN103523108B公開了一種帶有粘附帶的爬壁機器人,其驅動輪采用槽型輪結構,前輪驅動,并在機構尾部加裝了彈性可調的尾巴結構,粘附帶由橡膠材料制成。該機器人左右兩側的兩個輪子驅動,利用了彈性尾巴的支撐,使身體不會從垂直面傾覆。此結構機器人爬壁性能穩定,但適應性差不強。



技術實現要素:

基于上述背景,本發明提出了一種適應性強的輪式爬壁清潔機器人及其工作方法。

一種輪式爬壁機器人,包括機器人運動機構本體、控制模塊,其特征在于:上述機器人運動機構本體主要包括機架、N個粘附輪式驅動裝置、以及涵道風扇;上述N個粘附輪式驅動裝置對稱安裝于機架上,每個粘附輪式驅動裝置均由主動同步輪、誘導輪、拖帶同步輪以及同步帶組成;同步帶外表面粘貼粘附材料組成;上述涵道風扇安裝于機架上,提供推力,作為仿生粘附材料的預壓力,使機器人粘附于垂直面上。

所述的輪式爬壁機器人的工作方法,其特征在于包括以下過程:機器人貼近運動表面,打開涵道風扇,其產生的推力作為仿生粘附材料的預壓力使機器人粘附到運動表面;主動同步輪帶動同步帶旋轉,使機器人根據運動控制信號運動;誘導輪運動過程中隨同步帶轉動,用于支撐同步帶使其和運動表面貼合。

本發明采用同步輪驅動,同步輪之間安裝同步帶,利用同步帶外輪廓的平面,增加帶與接觸面的接觸面積。機器人上電后涵道風扇以固定的頻率工作,從而提供推力,作為粘附材料的預壓力,使機器人粘附于垂直的工作面上。粘附輪式驅動裝置采用相同的大功率直流電機驅動,帶動機器人上下和左右運動。該機器人具有移動速度快、爬壁可靠、清潔效率高、越障能力強等特點。

所述的輪式爬壁機器人,其特征在于:上述每個粘附輪式驅動裝置的誘導輪有兩個。由于垂直爬行時,仿生粘附材料與接觸面的接觸面積直接影響粘附力的大小。兩個誘導輪的加入,明顯增大了垂直爬行過程中仿生粘附材料與運動接觸面的面積,提高了粘附力。主動同步輪和拖帶同步輪均為同步輪,從而可以利用同步帶的外表面平坦的特征,增加粘附材料與運動接觸表面的面積。

所述的輪式爬壁機器人,其特征在于:上述粘附輪式驅動裝置為4個,兩兩均勻布置與機架兩側。每個驅動裝置由獨立的電機控制,同側電機利用同一個信號控制,保證了機器人具有強大動力,以滿足攜帶清潔裝置等負載的需求。

所述的輪式爬壁機器人,其特征在于:上述粘附材料為仿生粘附材料(比如文獻,仿壁虎微納米剛毛陣列的研究進展. 科學通報, 2010 (6):409-417;干黏附碳納米管垂直陣列的轉移及其黏附性能評價. 科學通報, 2010,(8):771-779)。該類材料粘附力大,需要的預壓力小,易脫附。

所述輪式爬壁機器人,其特征在于:所述機架上安裝有無線通訊模塊;所述的控制模塊與無線通訊模塊連接。機器人的運動通過移動通信設備上安裝控制應用軟件,通過WIFI、藍牙等無線通訊方式實現與機器人的通信及機器人的運動控制。機器人的運動通過無線遠距離遙控器,利用2.4G頻率通信模式,實現與機器人的通信,完成運動控制。

所述輪式爬壁機器人,其特征在于:所述機架上通過彈性合頁與安裝清潔裝置;清潔裝置通過一定彈性的合頁與機身相連。彈性合頁產生一定的預壓力,保證清潔裝置與工作面形成一定壓力的接觸,完成清潔作業,又不使由于合頁的彈性過高使機器人后端翹起而不能可靠運動。

本發明的優勢在于:輪式爬壁機器人是一種能在垂直面爬行的機器人,可進行表面探測,增加清潔裝置后可代替人工對高樓玻璃幕墻、大型風機等工作面進行清潔,屬于特種機器人領域。本發明利用同步帶作為機器人的驅動,增加了同步帶外表面所粘貼仿壁虎剛毛粘附材料與工作面的接觸面積,有利于增加粘附力。采用4輪驅動的方式,提高了機器人的垂直方向驅動能力,有利于負載的攜帶。采用涵道風扇提供粘附材料的預壓力,避免了電磁吸附裝置的運動表面材料的限制,以及真空吸附方式下對工作表面的粗糙度要求。該機器人結構簡單,運動靈活,易操作,成本相對低,易于推廣。

附圖說明:

圖1為輪式爬壁清潔機器人;

圖2為粘附輪式驅動裝置;

圖3為涵道風扇安裝及工作原理示意圖;

圖4 為涵道風扇控制信號占空比與推力測試結果;

圖5 為機器人切向力與推力的關系曲線;

圖中標號名稱:1.粘附輪式驅動裝置 2. 機架 3. 涵道風扇 4.固定裝置 5.機身6.彈性合頁 7.清潔裝置 8.主動同步輪 9.誘導輪 10.拖帶同步輪 11.同步帶 12.粘附材料 13.電機 14.驅動風扇 15.涵道。

具體實施方案:

下面結合附圖進一步說明本發明專利的輪式爬壁清潔機器人的具體內容及其工作過程。

圖1為輪式爬壁清潔機器人總體結構示意圖,主要由粘附輪式驅動裝置1、涵道風扇3以及清潔裝置7組成。所述的粘附輪式驅動裝置共有4個,對稱分布于機架2的四個角。其中,機器人的同步帶外表面粘貼有仿壁虎剛毛機構的粘附材料12,保證機器人爬壁的可靠性。所述的涵道風扇3通過固定裝置4安裝與機身5上,該涵道風扇提供一定的推力,作用于機器人機身上,使得機器人能夠貼合于垂直的工作表面上,同時產生的推力作用于機器人同步帶外表面的仿壁虎剛毛機構的粘附材料上,使仿壁虎剛毛機構的粘附材料產生一定的粘附力,從而使得機器人能夠可靠的在垂直的工作面上運動。所述的清潔裝置7通過彈性合頁6與機身相連。由于彈性合頁的彈力會在清潔裝置上產生一定的預壓力,使得清潔裝置與工作面形成一定壓力的接觸,完成清潔作業。當機器人在垂直工作表面進行運動時,會帶動清潔裝置移動,達到對工作表面清潔的目的。

圖2為粘附輪式驅動裝置的示意圖。粘附輪式驅動裝置1由主動同步輪8,誘導輪9,拖帶同步輪10以及同步帶11組成。同步帶11外表面粘貼有仿壁虎剛毛機構的粘附材料12。同步帶的使用,增加了同步帶外表面所粘貼仿壁虎剛毛粘附材料與工作面的接觸面積,有利于增加粘附力。主動同步輪與拖帶同步輪均為齒狀結構,與同步帶內表面相互嚙合。主動同步輪通過聯軸器與電機相連,通過電機的驅動,使得主動同步輪、誘導輪與拖帶同步輪一起帶動同步帶行走。同步帶外表面粘貼有仿壁虎剛毛機構的粘附材料,該材料具有粘附力大,需要的預壓力小,易脫附等特點。機身上的涵道風扇為粘附材料提供一定的預壓力,使得機器人同步帶外表面的粘附材料產生一定的粘附力,保證機器人能夠可靠的在垂直的工作面上移動。仿壁虎剛毛機構的粘附材料的使用,提高了機器人在垂直方向上的驅動能力,使得該機器人爬壁可靠,運動靈活,越障性能強,能夠滿足更大的負載需求。同時,仿壁虎剛毛機構的粘附材料的重復利用性能好,當材料的粘附力下降時,可以通過普通的清水清洗粘附材料,使得粘附材料的粘附力得以恢復。所以,該機器人也具有易操作,成本低,易于推廣等優點。

圖3為涵道風扇安裝及工作原理示意圖,涵道風扇3通過裝置4安裝于機器人機身5上,通過電機13驅動風扇14轉動,將機器人機身下的空氣吸入涵道15中,并從涵道風扇上部將空氣排出。由于涵道風扇將機器人機身底部的空氣吸入,使得機器人機身的底部產生短暫的真空,造成機器人機身上下壓力不同,使得機器人能夠貼附于垂直的工作表面。同時,涵道風扇產生的推力還作為同步帶外表面的仿壁虎剛毛機構的粘附材料的預壓力,使得粘附材料能夠產生一定的粘附力,保證機器人能夠可靠的在垂直的工作面上運動。

圖4為涵道風扇控制信號占空比與推力測試結果。為測試機器人的實際控制工作狀態能否產生所需要的推力,進行了該部分測試??刂菩盘柌捎?4Hz的信號,通過改變占空比實現電機調速,從而改變涵道風扇的推力。

圖5為機器人切向力與推力的關系曲線。該測試的目的為得到涵道風扇運動控制參數下產生的推力,根據圖中數據可以看出,在推力為7.4N時,機器人切向力可達到50N,滿足機器人實例化后的爬壁運動需求。

以上附圖中所述內容均應被理解為實例性的,本發明不受這些實例的限制,盡管本說明書中給出了一套清潔裝置的示范性例子,本領域的技術人員可以在本發明的基礎上對其進行更改或同等替換。顯然,這些更改或替換均應包含在本發明的范圍內。

再多了解一些
當前第1頁1 2 3 
網友詢問留言 已有0條留言
  • 還沒有人留言評論。精彩留言會獲得點贊!
1
做爱视频