CN104071249A

CN104071249A - 一种双履带爬壁监控机器人

Info

Publication number: CN104071249A
Application number: CN201410329572.4A
Authority: CN
Inventors: 樊士冉; 徐吉; 张广超; 宋希韬; 陈益信
Original assignee: Harbin Institute of Technology Weihai
Current assignee: Harbin Institute of Technology Weihai
Priority date: 2014-07-11
Filing date: 2014-07-11
Publication date: 2014-10-01

Abstract

本发明涉及一种双履带爬壁监控机器人，其包括有安装在基座上的静电发生器、电池组、控制传输模块、摄像头和一对驱动电机；基座两侧履带框架，履带框架上覆盖有履带；所述履带为柔性梳齿型双极性履带，其两侧设有齿根，中间平行设有若干分别与两侧齿根相连的梳齿，梳齿外部包裹有聚酰亚胺绝缘材料；静电发生器经电刷与履带连接，使履带的齿根及梳齿分别携带高压正负静电；激发墙壁产生感应电荷，使整个监控机器人吸附在墙壁上。本发明结构合理，吸附能力强、运动灵活，可实现斜向行走和零半径转弯。在反恐侦查、高楼探测等领域具有广阔的应用前景。

Description

一种双履带爬壁监控机器人

技术领域

本发明涉及一种爬壁机器人，具体地说是一种双履带爬壁监控机器人。

背景技术

目前，市面上存在四种监控设备，分别是：固定式传统监控设备、直升机搭载式监控设备、卫星监控设备和机器人搭载式监控设备。

固定式传统监控设备需要固定及连接电缆，无法灵活移动，监控范围受到很大限制；直升机搭载监控设备噪声大，易暴露，无法实现近距离现场监控；卫星监控设备无法监控室内活动，存在死角，成本高，对操作人员技术要求高；机器人搭载式监控设备运动灵活，隐蔽性好，实用性强，但是以行走式居多数，爬壁式居少数。

目前爬壁机器人主要基于磁吸附、负压吸附和真空吸附形式。这三种形式存在适应壁面材质范围窄，噪声大，功耗高等缺点。同时，基于以上的吸附方式的爬壁机器人所使用的吸附装置往往过于笨重，移动速度慢，负载能力差。专利号为ZL200910071269.8的中国发明专利公开了一种基于静电吸附原理的单履带式爬壁机器人，该爬壁机器人采用单个柔性镀铝薄膜履带作为行走装置和吸附装置，自重小，移动速度大，但是镀铝薄膜履带吸附效率低，负载能力差，且单履带形式只能实现直线运动，移动灵活性差，局限性大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了克服上述现有技术中吸附能力弱、动作不灵活的不足，提供一种结构合理，吸附能力强、运动灵活的双履带爬壁监控机器人。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种双履带爬壁监控机器人，其设有基座，基座中间固定安装有静电发生器、电池组、控制传输模块、摄像头和一对驱动电机；其特征在于：基座两侧对称设有一对履带框架，每一履带框架上设有用来带动履带转动的主动轮和从动轮，主动轮内侧设有皮带轮，主动轮通过皮带和皮带轮由相应的驱动电机带动转动；履带覆盖在履带框架上主动轮和从动轮之间；所述履带为柔性梳齿型双极性履带，其两侧设有齿根，中间平行设有若干分别与两侧齿根相连的梳齿，梳齿外部包裹有聚酰亚胺绝缘材料；所述履带的齿根与设置在履带框架上的电刷直接接触；静电发生器经由导线、电刷与履带连接，使履带的齿根及梳齿分别携带高压正负静电；梳齿激发墙壁产生感应电荷，进而产生库伦吸附作用力，使整个监控机器人吸附在墙壁上。

所述履带上梳齿的宽度为3—5mm，两个相邻梳齿的中心间距为5—7mm，整个梳齿占空比范围为0.5—0.7。

所述整个梳齿外部包裹有聚酰亚胺绝缘材料；所述聚酰亚胺表面绝缘材料的厚度为0.08—0.12mm。

所述履带框架上还设有履带张紧机构，其设有弹簧阻尼器、张紧轮、张紧连接板，所述张紧轮连接在履带框架上或张紧连接板上；所述两侧的张紧连接板上一端开有长条孔，长条孔中装有连接销，通过该连接销连接从动轮，张紧连接板另一端与弹簧阻尼器连接；弹簧阻尼器另一端连接在履带框架上。

本发明由控制传输模块和摄像头组成控制监视系统；摄像头可以为两自由度的360°摄像头。

本发明在静电发生器的作用下产生高压静电，激发墙面与梳齿型履带之间产生异性电荷，使监控机器人吸附于墙体表面。在双驱动电机提供动力及适时差速、反转、抱死的条件下，能够在墙面上灵活的实现前进、后退、转向和悬停，并通过无线信号实现远程控制和视频传输，实现高空监控。本发明采用的柔性梳齿型双极性履带，大大提高了吸附效率和负载能力，吸附能力可达到同规格涂镀型履带吸附能力的3.33倍，负载能力强；其采用双电机驱动双履带的方式行走，通过两电机差速控制左、右履带转速的不同，从而实现斜向行走和零半径转弯动作，克服现存设备只能直线行走的缺陷，运动更加灵活；本发明采用整套无线监控技术与爬壁机器人技术集成，增添了爬壁机器人监控的使用功能。对照现有技术，本发明结构简单，运动灵活，噪声低，成本低廉，在反恐侦查、高楼探测等领域具有广阔的应用前景。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是本发明组成结构示意图。

图2为本发明中履带的截面示意图。

图3是本发明中驱动电机和主动轮连接的局部放大示意图。

图4是本发明中张紧机构的局部放大示意图。

图中标号是：1.履带，2.摄像头，3.从动轮，4.张紧连接板，5.弹簧阻尼器，6.张紧轮，7.履带框架，8.主动轮，9.电刷，10.皮带，11.皮带轮，12.驱动电机，13.静电发生器，14.电池组，15.控制传输模块。

具体实施方式

如图1所示，一种双履带爬壁监控机器人，其设有基座，基座中间固定安装有静电发生器13、电池组14、控制传输模块15、摄像头2和一对驱动电机12。电池组14为静电发生器13供电。静电发生器13的正负极经由导线分别与正负电刷9相连。基座的两侧对称设有一对履带框架7，每一履带框架7上设有用来带动履带1转动的主动轮8和从动轮3，主动轮8内侧设有皮带轮11，主动轮8通过皮带10和皮带轮11由相应的驱动电机12带动转动；履带1覆盖在履带框架7上主动轮8和从动轮3之间，构成双履带结构。

如图2所示，所述履带1为柔性梳齿型双极性履带，其两侧设有齿根1-1，中间平行设有若干分别与两侧齿根相连的梳齿1-2，梳齿外部包裹有聚酰亚胺绝缘材料1-3。所述履带上梳齿的宽度为3—5mm，两个相邻梳齿的中心间距为5—7mm，整个梳齿占空比为0.5—0.7。所述整个梳齿外部包裹有聚酰亚胺绝缘材料；所述聚酰亚胺表面绝缘材料的厚度为0.08—0.12mm。所述的履带1的外部主体材料为聚酰亚胺绝缘材料1-3，该绝缘材料1-3内包覆两列面对面放置的铜质梳齿1-2和齿根1-1；铜质梳齿1-2部分完全由聚酰亚胺绝缘材料1-3包裹，用于吸附在墙面上，而齿根1-1则暴露在空气中。每一履带框架上分别固接有一对电刷，其端部与履带1暴露在空气中的齿根1-1相接触。

所述履带1的齿根1-1与设置在履带框架上的电刷9直接接触；静电发生器13经由导线、电刷9与履带1连接，使履带1的齿根1-1及梳齿1-2分别携带高压正负静电；梳齿1-2携带高压静电后，激发墙壁产生感应电荷，从而产生库伦吸附作用力，使整个监控机器人吸附在墙壁上。

如图3所示，本发明采用双电机驱动，驱动电机12固定在基座中间或固定在履带框架7上，与皮带轮11相连，皮带轮11外周围绕皮带10，通过皮带传动将动力输出到主动轮8；两个驱动电机12在控制传输模块15的控制下实现差速转动，从而实现差速动作。

如图4所示，所述履带框架7上还设有履带张紧机构，其设有弹簧阻尼器5、张紧轮6、张紧连接板4，所述张紧轮6连接在履带框架7上或张紧连接板6上；所述两侧的张紧连接板6上一端开有长条孔，长条孔中装有连接销，通过该连接销连接从动轮3，张紧连接板4另一端与弹簧阻尼器5连接；弹簧阻尼器5另一端连接在履带框架7上。弹簧阻尼器5通过张紧连接板4将弹力传递给从动轮3，使从动轮3在长条孔上窜动，张紧履带1。所述的从动轮3、张紧轮6、主动轮8通过滚动轴承连接在履带框架7上，在三个轮子的外周覆盖履带1。

本发明由控制传输模块15和摄像头2组成控制监视系统；摄像头2可以为两自由度的360°摄像头。摄像头2在控制传输模块15的控制下实现俯仰和水平转动。

本发明工作原理是：静电发生器13产生60kV的正负静电，经由导线、电刷9的传递，使履带1的齿根1-1及梳齿1-2分别携带高压正负静电；梳齿1-2携带高压静电后，激发墙壁产生感应电荷，从而产生库伦吸附作用力，使整个监控机器人吸附在墙壁上；双驱动电机旋转，通过皮带传动将旋转动力输出给主动轮8，从而驱动履带1运转，使机器人在墙壁上爬行；在控制传输模块15的控制下，双驱动电机进行同速旋转、差速旋转、反向旋转和抱死，从而实现前进、斜向前进、零半径旋转和悬停动作；控制传输模块15同时输出两路摄像头2控制信号，由此控制摄像头2实现两自由度转动。

本发明采用的柔性梳齿型双极性履带，大大提高了吸附效率和负载能力，吸附能力可达到同规格涂镀型履带吸附能力的3.33倍，负载能力强；本发明通过双履带结构设计使机器人在壁面灵活运动，尤其能通过控制双电机差速使监控机器人在墙壁上斜向行驶；而控制一个电机正转、另一电机反转使机器人在墙壁上零半径旋转。这样，通过两电机差速控制左、右履带转速的不同，从而实现斜向行走和零半径转弯动作，克服现存设备只能直线行走的缺陷，运动更加灵活。本发明采用整套无线监控技术与爬壁机器人技术集成，增添了爬壁机器人监控的使用功能。其结构简单，运动灵活，噪声低，成本低廉，在反恐侦查、高楼探测等领域具有广阔的应用前景。

Claims

1.一种双履带爬壁监控机器人，其设有基座，基座中间固定安装有静电发生器、电池组、控制传输模块、摄像头和一对驱动电机；其特征在于：基座两侧对称设有一对履带框架，每一履带框架上设有用来带动履带转动的主动轮和从动轮，主动轮内侧设有皮带轮，主动轮通过皮带和皮带轮由相应的驱动电机带动转动；履带覆盖在履带框架上主动轮和从动轮之间；所述履带为柔性梳齿型双极性履带，其两侧设有齿根，中间平行设有若干分别与两侧齿根相连的梳齿，梳齿外部包裹有聚酰亚胺绝缘材料；所述履带的齿根与设置在履带框架上的电刷直接接触；静电发生器经由导线、电刷与履带连接，使履带的齿根及梳齿分别携带高压正负静电；梳齿激发墙壁产生感应电荷，进而产生库伦吸附作用力，使整个监控机器人吸附在墙壁上。

2.根据权利要求1所述的双履带爬壁监控机器人，其特征在于：所述履带上梳齿的宽度为3—5mm，两个相邻梳齿的中心间距为5—7mm，整个梳齿占空比范围为0.5—0.7。

3.根据权利要求1所述的双履带爬壁监控机器人，其特征在于：所述整个梳齿外部包裹有聚酰亚胺绝缘材料；所述聚酰亚胺表面绝缘材料的厚度为0.08—0.12mm。

4.根据权利要求1所述的双履带爬壁监控机器人，其特征在于：所述履带框架上还设有履带张紧机构，其设有弹簧阻尼器、张紧轮、张紧连接板，所述张紧轮连接在履带框架上或张紧连接板上；所述两侧的张紧连接板上一端开有长条孔，长条孔中装有连接销，通过该连接销连接从动轮，张紧连接板另一端与弹簧阻尼器连接；弹簧阻尼器另一端连接在履带框架上。