CN105711674B - 一种外墙清洁及维护多足机器人腿部机构 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种外墙清洁及维护多足机器人腿部机构，下肢、小腿、吸盘、大腿及1、2、3号电机及其相应的第一级减速器和第二级减速器、联轴器、法兰盘，大腿包括上、下挡板和侧板。上、下挡板分别与位于小腿和大腿之间的第四减速器、大腿和下肢之间的第六减速器固定相连，并且保证两电机输出轴共线，侧板通过孔与上下挡板成固定连接。电机、第一级减速器与第二级减速器依次通过联轴器传动，第二级减速器轴与法兰盘通过键传动，法兰盘与大腿、小腿和下肢之间通过多螺栓固定连接，驱动小腿向前运动的第二级减速器固定在多足机器人基体上，下肢上安装有吸盘。本发明适用于多足机器人或爬壁机器人等。
Description
技术领域
本发明涉及到机器人、机械设计、机械传动和机械电子等技术领域，具体涉及到一种外墙清洁及维护多足机器人腿部机构。
背景技术
对于高层建筑，外墙的清洗成为越来越重要的问题，以前人工需要通过吊绳从天台向下清洗建筑高层玻璃外墙，这种方法危险，而且效率很低。高层外墙清洗机器人就是利用爬壁能力实现对外墙的清洗。这样不再需要工人悬挂在空中清洗外墙，同时提高了清洗的效率。但是重量问题一直是限制外墙清洁及维护机器人发展的重要原因，由于吸附力无法提供足够的支撑，使得机器人很难长时间在复杂的墙面上工作。目前，解决这类问题在于两个方面：一是机器人的轻量化，二是寻求更大的吸盘或者真空发生器。其中机器人轻量化是研究的主流方向，具体包括机构的优化、使用轻量化材料等，机构优化主要集中在腿部结构的设计上。但是作为机器人重要的活动部件，其自由度直接影响着机器人越障性和灵活性，但是多自由度的驱动意味着多电机和减速器，这无法实现轻量化的要求。腿部作为连接机器人的重要部件，在多足机器人设计中占有很大比重。
发明内容
本发明内容实质在有提供一种适用于外墙清洁及维护多足机器人腿部结构。旨在通过腿部结构轻量化结构设计，利用传动机构与腿部结构的良好配合，减轻多足机器人腿部质量，并使多足机器人保持足够的自由度跨越各种障碍。
本发明提出的一种外墙清洁及维护多足机器人腿部机构，其特征在于包括下肢、小腿、吸盘、大腿、电机、第一级减速器、第二级减速器、联轴器和若干个法兰盘，大腿包括上下挡板和侧板；其中：
１号电机通过联轴器依次连接第一减速器和第二减速器，第二减速器的输出轴通过法兰盘与小腿固定连接；
大腿包括上挡板、下挡板和侧板，上挡板和下挡板呈拱形结构，上挡板和下挡板的两端分别通过螺栓连接，构成环形结构，侧板的两端分别固定于上挡板和下挡板两端的连接处；2号电机通过联轴器依次连接第三减速器和第四减速器；３号电机通过联轴器依次连接第五减速器和第六减速器；２号电机和３号电机对称布置，位于环形结构内，且２号电机和３号电机输出轴共线，２号电机的第四减速器固定于上挡板和下挡板一端的连接处，３号电机的第六减速器固定于上挡板和下挡板另一端的连接处；２号电机第二减速器的输出轴通过键和法兰盘相连，所述法兰盘与小腿固定连接；３号电机第六减速器的输出轴通过键和法兰盘相连，所述法兰盘与下肢一端固定连接。
本发明中，１号电机的第二减速器、２号电机的第四减速器和3号电机的第六减速器均为锥齿轮啮合传动。
本发明中，小腿为长方形板，其上开有半环形的卡槽，法兰盘上设有螺栓孔，法兰盘上部插入所述卡槽内，法兰盘通过其上的螺栓孔与小腿固定连接。
本发明中，上挡板和下挡板为不同弧度的拱形结构，侧板形状配合上挡板和下挡板结构，侧板上设有管道，用于放置传感器和电机线路。
本发明中，下肢上部为U型结构，用于安装真空发生器、真空气阀和真空传感器，下肢上开有半环形的卡槽，所述卡槽用于卡住法兰盘上部，并通过螺栓使下肢与法兰盘固定相连。
本发明中，小腿和下肢采用轻质铝合金材料，上挡板、下挡板和侧板采用碳纤维材料。
本发明中，１号电机、２号电机和３号电机分别连接控制器。
本发明一种外墙清洁及维护多足机器人腿部机构，采用三个电机驱动三个关节，具有多自由度，可以保证机器人跨越各种障碍。各个部件结构简单，装配简便，便于维修。腿部与机器人基体连接定位精度高，连接方便，适用于各种多足机器人。
附图说明
图1是机器人腿部立体结构示意图；
图2是小腿零件图，a为主视图，b为俯视图；
图3是大腿结构示意图；
图4是下肢结构图，a为主视图，b为右视图；
图5是上挡板结构示意图；
图6是小挡板结构示意图；
图7是侧板结构示意图；
图8是法兰盘结构示意图；
图9是小腿转动副结构示意图；
图10是下肢转动副结构示意图；
图中标号：1为1号电机，2为第一减速器，3为第二减速器，4为第四减速器，5为第三级减速器，6为上挡板，7为2号电机，8为3号电机，9为第五减速器，10为第六减速器，11为下肢，12为吸盘，13为侧板，14为下挡板，15为小腿，16为法兰盘，17为键，18为输出轴。
具体实施方式
结合附图和实施案例对本发明作以下说明。
实施例１：如图1-10所示，本发明一种外墙清洁及维护多足机器人腿部机构主要包括下肢11、吸盘12、小腿15、大腿、1号电机1及其相应的第一级减速器2和第二级减速器3、2号电机7及其相应的第一级减速器4和第二级减速器5、3号电机8及其相应的第一级减速器9和第二级减速器10、若干个法兰盘16，大腿包括上挡板6、下挡板14和侧板13。其中：
如图1、图2和图9所示，第二减速器3通过螺栓与多足机器人基体连接。第二减速器的输出轴18通过键17与法兰盘16相连，法兰盘16通过螺栓孔与小腿15相连。１号电机的第二级减速器3通过锥齿轮传动将电机动力变为驱动小腿15前后运动。小腿15为长方形结构，其上开有半环形的卡槽，卡槽周围开有三个螺栓孔，通过半环形的卡槽与法兰盘相切合，使法兰盘16与小腿15固定连接。
如图1和图3、图5、图6和图7所示，2号电机7通过联轴器依次连接第三减速器5和第四减速器4，第四减速器4通过螺栓分别与上挡板6和下挡板14固定连接，3号电机８通过联轴器依次连接第五减速器９和第六减速器10，第六减速器10亦通过分别螺栓与上挡板6和下挡板14固定连接；侧板13通过螺栓分别固定在上挡板6和下挡板14上，上挡板6和下挡板14呈拱形，上挡板6和下挡板14的两边均具有用于螺栓连接的孔，侧板13上有用于安放电路的通道和用于螺栓连接的孔。第四减速器的输出轴18通过键17与法兰盘16相连，法兰盘16上有三个螺栓孔用于与小腿15固定连接，在小腿15上有容纳法兰盘16的半环形卡槽。2号电机7依次通过第三减速器5和第四减速器4传动变向驱动下肢运动。
如图1、图4和图10所示，下肢11上连接着吸盘12，其中下肢11 上U型板上放置用于检验吸盘工作效果的传感器和真空阀体，下肢11通过螺栓与法兰盘16固定连接，法兰盘16通过键17与第六减速器的输出轴相连。法兰盘16上有用于螺栓连接的孔，下肢11U型板上方有放置法兰盘的半环形的卡槽。3号电机8依次通过３号电机第五减速器9、第六减速器10传动变向驱动下肢运动。吸盘12可以通过真空力使机器人吸附在墙面上。
本发明一种外墙清洁及维护多足机器人腿部机构结构简单轻便，拥有三个驱动电机，适用于多足爬壁机器人，可以使其跨越各种障碍。
Claims (7)
1.一种外墙清洁及维护多足机器人腿部机构，其特征在于包括下肢、小腿、吸盘、大腿、电机、减速器、联轴器和若干个法兰盘，大腿包括上下挡板和侧板；其特征在于：
１号电机通过联轴器依次连接第一减速器和第二减速器，第二减速器的输出轴通过法兰盘与小腿固定连接；
大腿包括上挡板、下挡板和侧板，上挡板和下挡板呈拱形结构，上挡板和下挡板的两端分别通过螺栓连接，构成环形结构，侧板的两端分别固定于上挡板和下挡板两端的连接处；2号电机通过联轴器依次连接第三减速器和第四减速器；３号电机通过联轴器依次连接第五减速器和第六减速器；２号电机和３号电机对称布置，位于环形结构内，且２号电机和３号电机输出轴共线，２号电机的第四减速器固定于上挡板和下挡板一端的连接处，３号电机的第六减速器固定于上挡板和下挡板另一端的连接处；１号电机通过联轴器依次连接第一减速器和第二减速器，２号电机通过联轴器依次连接第三减速器和第四减速器，法兰盘与小腿固定连接；３号电机第六减速器的输出轴通过键和法兰盘相连，所述法兰盘与下肢一端固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种外墙清洁及维护多足机器人腿部机构，其特征在于：１号电机的第二减速器、２号电机的第四减速器和3号电机的第六减速器均为锥齿轮啮合传动。
3.根据权利要求 1所述的一种外墙清洁及维护多足机器人腿部机构，其特征在于：小腿为长方形板，其上开有半环形的卡槽，法兰盘上设有螺栓孔，法兰盘上部插入所述卡槽内，法兰盘通过其上的螺栓孔与小腿固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种外墙清洁及维护多足机器人腿部机构，其特征在于：上挡板和下挡板为不同弧度的拱形结构，侧板形状配合上挡板和下挡板结构，侧板上设有管道，用于放置传感器和电机线路。
5.根据权利要求1所述的一种外墙清洁及维护多足机器人腿部机构，其特征在于：下肢上部为U型结构，用于安装真空发生器、真空气阀和真空传感器，下肢上开有半环形的卡槽，所述卡槽用于卡住法兰盘上部，并通过螺栓使下肢与法兰盘固定相连。
6.根据权利要求1所述的一种外墙清洁及维护多足机器人腿部机构，其特征在于：小腿和下肢采用轻质铝合金材料，上挡板、下挡板和侧板采用碳纤维材料。
7.根据权利要求1所述的一种外墙清洁及维护多足机器人腿部机构，其特征在于：１号电机、２号电机和３号电机分别连接控制器。
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