一种爬壁机器人的独立多吸盘爬臂系统机械结构设计技术方案

本发明专利技术公开了一种爬壁机器人的独立多吸盘爬臂系统机械结构，包括四条爬臂和一个机器人“主体”，四条爬臂和机器人“主体”共同组成爬臂系统。所述四条爬臂为同一种机械结构，在每一条爬臂上分别设有爬壁指结构、独立多吸盘系统、气筒组和爬臂电磁气动换向阀组。在所述机器人“主体”内设有爬臂控制模块、换向装置电磁气动换向阀组、气筒组控制模块、中央CPU单片机逻辑顺序控制模块。该爬壁机器人的爬臂系统机械结构可用于移动爬壁机器人领域中，为爬壁机器人的实现提供一种设计途径。本发明专利技术中爬壁机器人独立多吸盘爬臂系统，吸盘数量多，负载能力大，壁面适应性广，越障能力强，质量相对小等一系列优点，使爬壁机器人的可行性向前推进了一大步。

Mechanical structure design of an independent multi suction climbing arm system for wall climbing robot

The invention discloses a mechanical structure of an independent multi - sucker climbing arm system for a wall climbing robot, which consists of four crawling arms and a robot \body\, and the four crawling arm and the robot \main body\ constitute the crawling arm system. The four crawling arms are the same kind of mechanical structure, and each crawling arm is equipped with climbing wall finger structure, independent multi sucker system, cylinder group and climbing arm electromagnetic pneumatic change direction valve group. In the \main body\ of the robot, there are creeping arm control module, electromagnetic air change valve group, cylinder group control module and central CPU MCU logic sequence control module. The mechanical structure of the climbing arm system of the wall climbing robot can be used in the field of mobile wall climbing robot, and provides a design way for the realization of the wall climbing robot. In the invention, the independent multi sucker climbing arm system of the wall climbing robot has many advantages, such as a number of suction cups, large load capacity, wide adaptability of the wall, strong ability to cross obstacle, and relatively small quality, which makes the feasibility of the wall climbing robot forward a big step forward.

【技术实现步骤摘要】
一种爬壁机器人的独立多吸盘爬臂系统机械结构设计
本专利技术涉及移动机器人领域，具体涉及一种爬壁机器人独立多吸盘爬臂系统机械结构的设计。
技术介绍
随着科学技术的发展及自动化程度的提高，机器人在人类的劳动活动中扮演者越来越重要的角色。爬壁机器人作为移动机器人的一个重要分支，在某些工作场景中占比非常大，例如玻璃幕墙的清洗等工作。目前，对于玻璃幕墙或高楼外壁面的清洗，大部分都需要依靠“蜘蛛人”来完成，但是，依靠“蜘蛛人”这种传统的人工高空作业方式，有一定的危险性，存在很多的不便之处。因此，亟需一种安全、高效爬壁机械。本研究设计的爬壁机器人爬臂结构系统，能适应于一般常见的高楼大厦的光滑表面结构，能实现安全、高效、高质量的高楼壁面的爬行负载作业。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种爬壁机器人的独立多吸盘爬臂系统机械结构。根据本专利技术的一方面，提供了一种爬壁机器人的独立多吸盘爬臂系统机械结构，包括四条爬臂和一个机器人“主体”，四条爬臂和机器人“主体”共同组成爬臂系统。所述四条爬臂为同一种机械结构，在每一条爬臂上分别设有爬壁指结构(03)、独立多吸盘系统(01)、气筒组(04)和电磁气动换向阀组(17)。在所述机器人“主体”内设有气压缸换向装置(16)、爬臂控制模块、电磁气动换向阀组(13)、气筒组控制模块(09)、中央CPU单片机逻辑顺序控制模块(15)。所述的每条爬臂由两个连杆臂(05)组成。所述的每条爬臂的一末端上设有一个爬壁指踝模块(24)，爬壁指踝模块由铰接机构(26)组成，能实现爬壁指的开合。所述爬壁指踝结构上铰接3根爬壁指(02)，每根爬壁指由2根指关节(21和23)组成，在每根爬壁指上设有4个独立真空吸盘(01)，每个真空吸盘由内吸盘(32)和外吸盘(31)组成，内吸盘内部设有刚毛结构(33)。所述的气筒组设在爬臂上，气筒组由3个气筒小组(35)组成，气筒小组又由4个单气筒(34)组成，每个单气筒都分别靠气管与该爬指上的一个真空吸盘连接。所述的气筒组由设置在机器人“主体”内的气筒组控制模块的钢丝线驱动。进一步的，所述的爬壁机器人的独立多吸盘爬臂系统机械结构，其特征在于，所述的每根爬壁末指的中间关节(22)由内置一体化的步进电机驱动，所述的每根爬壁始指由铰接在指踝上的小气压缸(25)控制，所述的小气压缸由安装在爬臂上的电磁气动阀(17)控制。进一步的，所述的爬壁机器人的独立多吸盘爬臂系统机械结构，其特征在于，所述独立真空吸盘外吸盘的最大直径为30mm，内吸盘的最小直径22mm。所述的单气筒内部直径为10mm，长度为100mm。根据权利要求1所述的爬壁机器人的独立多吸盘爬臂系统机械结构，其特征在于，所述的内吸盘是橡胶材料，所述的外吸盘材料硬度高于内吸盘，爬壁机器人“主体”壳体材料为塑料，扇形蜗轮材料为ZQSn10-1，其余机械结构的材料主要为铝合金。。本专利技术的有益效果为：本专利技术中爬壁机器人独立多吸盘爬臂系统结构，采用多吸盘系统吸附方式，吸盘数量多，负载能力大；并且能够满足在有缝隙的瓷砖墙壁等壁面的吸附条件；也能吸附具有一定弧度壁面、球形壁面的楼层墙壁；还采用四足式爬行机构，能够越障的能力更大，使其适应壁面的范围广；除此之外，该爬壁清洗机器人采用气压泵及动力源与机器人“主体”分离的方式，大大减轻了机器人本体的质量，使其负载能力更强，最大限度的减少了对玻璃幕墙等薄壁材料的破坏影响，使爬壁机器人的可行性向前推进了一大步。附图说明图1为爬壁机器人独立多吸盘爬臂系统机械结构整体示意图。图2为爬壁机器人独立多吸盘爬臂系统机械结构模块示意图。图3为爬臂结构模块示意图。图4为图2中05爬臂连杆机构示意图。图5为图2中03爬壁指机构示意图。图6为图5中24指踝块结构截面图。图7为图2中01单真空吸盘结构截面图。图8为图2中04气筒组结构示意图。图9为图7中32单气筒结构示意图。图10为图2中爬壁机器人“主体”结构示意图。图11为图9中16爬臂控制模块结构示意图。图12为图9中09气筒组控制模块结构示意图。图13为图3中05气筒组驱动结构示意图；图14为电磁气动换向阀驱动原理示意图。附图中各数字标号所指代的名称为：01-真空吸盘(系统)；02-爬壁指；03-爬壁指模块；04-气筒组模块；05-连杆臂模块；06-爬臂气压缸；07-安全吊环；08-爬壁机器人“主体”底板；09-位置转换模块；10-扇形蜗轮；11-肩胛转块；12-蜗杆；13-换向装置电磁气动换向阀组；14-爬壁机器人“主体”壳体；15-中央CPU单片机逻辑顺序控制模块；16-爬臂控制模块；17-爬臂电磁气动换向阀组；18-指踝块；19-气筒组连杆臂；20-气缸连杆臂；21-爬壁末指；22-爬壁指中间关节；23-爬壁始指；24-指踝块；25-爬壁指气压缸；26-爬壁指铰接机构；27-指踝角度气压缸；28-真空吸盘螺纹连接管；29-紧固螺母；30-真空吸盘适配器；31-外吸盘；32-真空(内吸盘)；33-内吸盘刚毛结构；34-单气筒；35-气筒小组模块；36-单气筒管；37-弹簧；38-拉杆；39-直流伺服电机；40-联轴器；41-圆锥滚子轴承；42-钢丝线头夹；43-钢丝线固定头件；44-光杠；45-光杠拉杆；46-换向装置机构座；47-光杠拉杆弯帽头；48-换向装置气压缸；49-钢丝线固定端；50-气筒组统一源件。具体实施方式图1至图13示意性地显示了根据本专利技术的一种爬壁机器人的独立多吸盘爬臂系统机械结构。本实施例提供的一种爬壁机器人的独立多吸盘爬臂系统机械结构，其起始动力源是电力，主要动力源为电力与气动元。最初通过电力带动气压泵，产生高压空气，再通过输气管与电磁气动阀来控制各气动功能、爬壁爪的展开和多吸盘系统的吸附的实现，而控制四条爬壁的强扭矩直流伺服电机就由24V电驱动，单片机CPU控制系统则由5V电驱动。本专利技术的爬臂运动具体实现方式为：当电气动力传递下来后，可实现对机器人“主体”进行控制。如图10，以右前爬臂为例，在中央单片机CPU模块(15)的控制下，直流伺服电机(37)转动，通过圆头平键，联轴器(38)与蜗杆(12)连接，蜗杆轴肩两端装有圆锥滚子轴承(39)，圆锥滚子轴承装在底板轴承支座当(08)中，从而固定住蜗杆位置；通过蜗杆的转动，驱动扇形蜗轮(10)，再驱动爬臂肩胛转块(11)做定轴转动，从而驱动整条爬臂的前后摆动。其他三条爬臂也一样。这样，通过中央单片机CPU控制模块，便可依序控制四条爬臂的摆动次序，实现前进和后退的功能。接着，如图3和图4所示，这一顺序完成后，中央单片机CPU控制模块，控制位于连杆臂(20)上的一个三位四通电磁气动阀(17)，进而控制爬臂气压缸(06)的伸缩，控制整条爬臂的连杆机构的弯曲，控制爬臂的抬起与下落。这样，满足了爬臂系统运动的最小条件，实现了爬行功能。本专利技术的爬壁指运动传动具体实现方式为：如图5所示，中央单片机CPU模块(15)控制位于连杆臂上的其中一个三位四通电磁气动阀(17)，控制指踝角度气压缸(27)缓慢动作，推动指踝块的铰接机构(26)缓缓张开，形成大的，均匀的面积；然后中央CPU模块(15)再控制另一个三位四通电磁气动阀(17)动作，控制三根爬壁指上的指气压缸(25)共同做出动作，在自适应调整状态下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种爬壁机器人的独立多吸盘爬臂系统机械结构设计，其特征在于，包括四条爬臂和一个机器人“主体”，四条爬臂和机器人“主体”共同组成爬臂系统。所述四条爬臂为同一种机械结构，在每一条爬臂上分别设有爬壁指结构(03)、独立多吸盘系统(01)、气筒组(04)和爬臂电磁气动换向阀组(17)。在所述机器人“主体”内设有爬臂控制模块(16)、电磁气动换向阀组(13)、气筒组控制模块(09)、中央CPU单片机逻辑顺序控制模块(15)。

【技术特征摘要】
1.一种爬壁机器人的独立多吸盘爬臂系统机械结构设计，其特征在于，包括四条爬臂和一个机器人“主体”，四条爬臂和机器人“主体”共同组成爬臂系统。所述四条爬臂为同一种机械结构，在每一条爬臂上分别设有爬壁指结构(03)、独立多吸盘系统(01)、气筒组(04)和爬臂电磁气动换向阀组(17)。在所述机器人“主体”内设有爬臂控制模块(16)、电磁气动换向阀组(13)、气筒组控制模块(09)、中央CPU单片机逻辑顺序控制模块(15)。2.根据权利要求1所述的爬壁机器人的独立多吸盘爬臂系统机械结构，其特征在于，所述的每条爬臂由两个连杆臂(05)组成。所述的每条爬臂的末端上设有一个爬壁指踝模块(24)，爬壁指踝模块由铰接机构(26)组成，能实现爬壁指的开合。所述爬壁指踝结构上铆接3根爬壁指(02)，每根爬壁指由2根指关节(21和23)组成，在每根爬壁指上设有4个独立真空吸盘(01)，每个真空吸盘由内吸盘(32)和外吸盘(31)组成，内吸盘内部设有刚毛结构(33)。所述的气筒组设在爬臂...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾振威，王天琪，葛媛媛，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12