一种轻便负压行走机器人
阅读说明：本技术 一种轻便负压行走机器人 (Portable negative pressure walking robot ) 是由 高玉涛 贾文博 宋安福 黄世龙 宋晓禹 于 2021-09-01 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种轻便负压行走机器人,包括驱动底盘组件和密封裙组件；所述驱动底盘组件包括顶盖、风机组件、底盘本体和驱动轮组件,所述密封裙组件包括密封垫、弹性支撑体、橡胶圈；所述顶盖和底盘本体扣合在一起形成一个密闭腔体,所述风机组件设置在顶盖和底盘本体形成的密闭腔体内,所述底盘本体设置有进风口,所述顶盖设置出风口；所述底盘本体用以搭载驱动轮组件和密封裙组件；所述橡胶圈的截面为半包围结构的U型槽,并且所述弹性支撑体设置在橡胶圈的U型槽内。本发明提供的轻便负压行走机器人,具有特殊的密封裙结构,可以适应不同曲面、缺陷面,能够兼容轻型化与多功能化,可以稳定地吸附,且可以应对多种工作环境。(The invention discloses a portable negative pressure walking robot, which comprises a driving chassis assembly and a sealing skirt assembly, wherein the driving chassis assembly is arranged on the driving chassis assembly; the driving chassis assembly comprises a top cover, a fan assembly, a chassis body and a driving wheel assembly, and the sealing skirt assembly comprises a sealing gasket, an elastic supporting body and a rubber ring; the top cover and the chassis body are buckled together to form a closed cavity, the fan assembly is arranged in the closed cavity formed by the top cover and the chassis body, the chassis body is provided with an air inlet, and the top cover is provided with an air outlet; the chassis body is used for carrying a driving wheel assembly and a sealing skirt assembly; the section of the rubber ring is a U-shaped groove of a semi-surrounding structure, and the elastic supporting body is arranged in the U-shaped groove of the rubber ring. The portable negative pressure walking robot provided by the invention has a special sealing skirt structure, can adapt to different curved surfaces and defect surfaces, can be compatible with light and multiple functions, can stably adsorb, and can cope with various working environments.)
技术领域
本发明涉及行走机器人，具体涉及一种轻便负压行走机器人。
背景技术
传统的负压行走机器人大多体积大、重量大、爬行速度慢，随着机器人技术的发展和对爬壁机器人认识的深入，负压行走机器人朝着小型化、轻型化的方向发展。虽然现有的负压行走机器人有的功能强大，能完成面面转换、越障碍、越沟槽等复杂任务，但是结构复杂、笨重；有的爬壁机器人做到了小型化和轻型化，但因为是单体机器人，所以功能简单，只能在平整壁面上运动，而且不具有越障碍、越沟槽和面面转换的能力。
基于上述现状，开发一种轻便负压行走机器人，可以适应不同曲面、缺陷面，能够兼容轻型化与多功能化，可以稳定地吸附，且可以应对多种工作环境。
发明内容
本发明的目的在于提供一种轻便负压行走机器人，有效的解决了现有机器人结构复杂、笨重、功能简单或单一以及不能适应不同曲面和缺陷面的问题；克服了现有的爬壁机器人在实现圆弧面面转换、跨越障碍和沟槽方面的能力不足。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种轻便负压行走机器人，包括驱动底盘组件和密封裙组件；所述驱动底盘组件包括顶盖、风机组件、底盘本体和驱动轮组件，所述密封裙组件包括密封垫、弹性支撑体、橡胶圈；
所述顶盖和底盘本体扣合在一起形成一个密闭腔体，所述风机组件设置在顶盖和底盘本体形成的密闭腔体内，所述底盘本体设置有进风口，所述顶盖设置出风口；
所述底盘本体用以搭载驱动轮组件和密封裙组件；
所述橡胶圈的截面为半包围结构的U型槽，并且所述弹性支撑体设置在橡胶圈的U型槽内。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的轻便负压行走机器人，能够在常见的平面或圆弧的幕墙上稳定吸附。可以实现外圆弧面的面面转换，也可以完成跨越障碍和沟槽等任务，可以在驱动底盘上搭载不同的执行工具。
在上述技术方案的基础上，还可以做以下进一步优化：
所述密封裙组件还包括内边框和外边框，并且所述内边框和外边框分别设置在橡胶圈的内表面和外表面，用以支撑橡胶圈内表面和外表面；所述内边框和外边框均为整体加工而成的铝合金边框。
在上述技术方案的基础上，还可以做以下进一步优化：
所述顶盖是具有多台阶的空心壳体结构，所述顶盖采用ABS材料制造，所述顶盖和底盘本体之间设置有密封胶圈。
在上述技术方案的基础上，还可以做以下进一步优化：
所述风机组件包括电机安装座、无刷电机、离心式叶轮、整流罩和吸音棉；所述无刷电机设置在电机安装座上，所述无刷电机带动离心式叶轮旋转产生吸力，所述吸音棉粘贴在电机安装座上。
在上述技术方案的基础上，还可以做以下进一步优化：
所述底盘本体采用整块铝合金整体加工而成，并且在所述进风口处设置密封槽，并且密封槽内设置有密封圈。
在上述技术方案的基础上，还可以做以下进一步优化：
所述驱动轮组件包括左行走机构和右行走机构，所述左行走机构和右行走机构均包括行走电机、电机座、包胶轮、同步带和同步轮，所述同步轮和包胶轮通过同步带直连，所述同步轮通过平键与行走电机相连，所述行走电机通过法兰固定在底盘本体上。
在上述技术方案的基础上，还可以做以下进一步优化：
所述密封垫为矩形薄垫，设置在底盘本体和橡胶圈之间，并且所述U型槽的两个侧壁顶部设置有卡槽，所述内边框和外边框顶端均设置与卡槽相对应的卡扣部。
在上述技术方案的基础上，还可以做以下进一步优化：
所述橡胶圈底部为弧形部，并且所述弧形部设置有减摩涂层，并且所述减摩涂层的摩擦系数不大于0.1，优先的，减摩涂层的摩擦系数不大于0.05。
在上述技术方案的基础上，还可以做以下进一步优化：
所述弹性支撑体与U型槽底部之间具有一定的间隙。
在上述技术方案的基础上，还可以做以下进一步优化：
所述弹性支撑体与U型槽底部之间的间隙高度小于5mm。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的轻便负压行走机器人，具有特殊的密封裙结构，可以适应不同曲面、缺陷面，能够兼容轻型化与多功能化，可以稳定地吸附，且可以应对多种工作环境。
显然，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更。
以下通过
具体实施方式
，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明；但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例；凡基于本发明的构思所实现的技术均属于本发明的范围。
附图说明
图1为本发明一种轻便负压行走机器人结构示意图；
图2为本发明一种轻便负压行走机器人密封裙组件结构剖视图；
图3为本发明一种轻便负压行走机器人剖面结构示意图；
图4为本发明一种轻便负压行走机器人跨越凹槽示意图；
图5为本发明一种轻便负压行走机器人跨越曲面障碍结构示意图；
图6为本发明一种轻便负压行走机器人外观结构示意图；
图中：
1-顶盖；2-风机组件；3-底盘本体；4-密封垫；5-弹性支撑体；6-橡胶圈；7-内边框；8-外边框；9-驱动轮组件；10-进风口；11-出风口；12-U型槽；13-间隙；14-凹槽；15-圆弧障碍；16-卡扣部；61-弧形部。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明作进一步详细说明。
如图1～6所示，本发明一种轻便负压行走机器人，负压行走机器人包括以下两个部分，即驱动底盘组件与密封裙组件，其特征在于：
驱动底盘组件，包括：
顶盖，顶盖1是具有多台阶的空心壳体，选用ABS材料，通过3D打印或注塑加工而成，牢固且轻便，台阶处设有密封槽，在顶盖与底盘中间压入密封胶圈，用以形成一个密闭的腔体，使机身具有防尘和防水的作用，顶盖上开有出风口11。
风机组件2，包含电机安装座、无刷电机、离心式叶轮、整流罩、吸音棉等，无刷电机通过螺钉与电机安装座连接，无刷电机下表面有螺纹孔，通过螺钉将离心式叶轮固定，无刷电机高速旋转以产生强大的吸力，使机器人吸附在壁面，由于高速旋转的叶轮会产生较为刺耳的噪音，故将吸音棉粘贴在电机安装座内，以起到降低噪音，提高操作人员舒适度的作用。
底盘本体3，是整个机器人的骨架，用以搭载风机组件、驱动轮组件、密封裙组件等，其与风机组件配合时，在进风口10处有密封槽，密封槽内含有密封圈，如此在风机组件工作可减小由于机加加工或者其他原因产生间隙时负压的泄露，且底盘全身由铝合金整体加工而成，没有选择焊接或者拼接，目的也在于保证底盘的密封性能良好。
驱动轮组件9，由两套行走机构组成，左右各一套，包含行走电机、电机座、包胶轮、同步带、同步轮等，同步带轮与包胶轮直连，通过平键与行走电机相连，同步带轮与包胶轮通过同步带传递扭矩，驱动电机通过法兰固定在机器人底盘上。
密封裙组件，包括：
密封垫4，整体加工而成的矩形薄垫，在底盘与密封圈中间，起到密封作用，用内、外边框来压紧固定，材质为橡胶。
弹性支撑体5，一种弹性结构，充实在橡胶圈内部，起到支撑橡胶圈，防止其塌陷的作用，并且在橡胶圈受到挤压变形后，可以辅助其回弹到原来的形状，保持良好密封状态。
橡胶圈6，是密封结构的主体，橡胶圈6横截面结构为半包围U型槽12结构，橡胶圈外表面涂有减摩涂层(减摩涂层的摩擦系数为0.05)，可以大大降低其表面与行走壁面间的摩擦力，因此橡胶圈整体结构弹性高，摩擦力小，非常适合用作负压吸附的密封组件，并且U型槽两个槽壁根部有两条凹槽，与内边框和外边框的卡扣部16相配合，起到固定的作用；并且橡胶圈6的底部为弧形部61，进一步减少橡胶圈与地面的接触面积，降低摩擦力。
内边框7与外边框8，均为整体加工而成的铝合金边框，其作用是支撑橡胶圈的外表面，防止因负压过大而使橡胶圈向内部严重倾倒，也防止摩擦力使橡胶圈向外严重倾倒，对橡胶圈起到保护的作用，防止因橡胶圈的向内或向外的严重倾倒而产生较大的负压泄露，并且其根部的卡扣部与橡胶圈的卡槽配合，对橡胶圈起到压紧与固定的作用。并且内、外边框的中心位置有一段内圆弧轮廓，可以很好地适应外圆弧面的面面转换。
本发明的行走机器人跨越障碍和沟槽以及外圆弧面的原理为：
如图4和图5所示，橡胶圈具有弹性，且内部支撑体与橡胶圈之间留有一定的间隙13，当遇到障碍时(如图5)，橡胶圈内陷，可以有效地适应障碍带来的形变，同理，在遇到凹槽时(如图4)，由于橡胶圈壁很薄，可以通过负压的挤压，使橡胶圈良好地适应凹槽，以此来保证密封性的良好。而圆弧面的转换时，可以将外圆弧面看做是一个带曲率的障碍，曲率越小，越障越容易。
本发明的行走机器人基本原理是：驱动底盘为四轮差速结构，左侧两个轮组与右侧两个轮组分别各由一台伺服电机驱动，以同步带传动的方式进行扭矩传递，以差速旋转的方式进行方向转动，配合具有密封功能的顶盖与底盘本体，组成一个轻便型行走机器人，中间携带负压风机，即具备负压抽风功能；其密封裙为橡胶密封的结构，由底盘本体、密封裙组件、壁面三者组成一个密闭空间，在遇到凹凸不平的壁面时，由于橡胶本身具有弹性，可以良好地适应障碍与凹槽，而圆弧面的转换时，可以将外圆弧面看做是一个带曲率的障碍，曲率越小，越障越容易。
从图3中可以看出，密封裙组件的橡胶圈与弹性支撑体留有一定预压缩量，即放在平面上吸附时，密封裙组件的橡胶圈已经被压缩了一定的高度。
当然，本发明还可有其它多种实施方式，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
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