CN102152819A - 一种爬壁机器人的行走方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种爬壁机器人的行走方法，通过设计正六边形的机身及六条爬足，在行走中六条爬足的每个动作周期均分为六个阶段，并按照正六边形的对角原理进行先后动作，且前后两个爬足的动作在时间上相差六分之一个周期。如此，能够保证在任何时间都有四条爬足支撑身体，使得身体具有更高的支撑刚度，有助于提高在立面上移动的稳定性与可靠性，从而有利于实现在复杂立面上进行全方位行走。

Description

一种爬壁机器人的行走方法

技术领域

本发明属于移动机器人领域，具体涉及一种爬壁机器人的行走方法。

背景技术

工业革命后，各种移动机构（机器人）辅助人类在各领域进行探究、工作，如：公共交通、危险领域探测、工业制造等。这些移动机构中的一个重要分支及重点便是立面上的爬壁机构。理想状态下的爬壁机构应该是一种对复杂立面适应能力强、在复杂立面上移动灵活且具有多领域适用功能的机构。然而，在通常状况下的复杂立面上（如：凹凸不平的高楼墙壁等），现有的爬壁机构难以实现在复杂立面上灵活移动、轻松越障的功能，从而无法满足人们对许多领域的工作要求。因此，研制一种具有上述优势的行走控制方法成为了爬壁机器人研究领域取得突破的燃眉之急。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种爬壁机器人的行走方法，适于在复杂立面上进行全方位行走。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种爬壁机器人的行走方法，

将机器人的机身设计为正六边形结构，并将六条爬足分别铰接设于机身的六个顶点处；

爬足行走的每个动作周期均分为六个阶段，分别是一个抬起并向前摆动的阶段、一个放下并向前摆动的阶段、连续四个向后摆动的阶段；

而各条爬足动作的先后顺序是依据正六边形的对角原理选择进行，且顺序相邻的两条爬足的动作在时间上相差六分之一个周期，即前一条爬足抬起至最高点时，下一条爬足才开始抬起。

所述爬足的行走动作是通过微型舵机驱动设于爬足上的铰链关节旋转来实现的。

所述爬足的转向是通过微型舵机驱动设于机身与爬足之间的铰链关节摆动来实现的。

所述爬足在行走动作过程中，还通过真空泵控制设于爬足底部的负压吸盘来进行与壁面的吸附和放开。

采用上述技术方案，该爬壁机器人的行走方法是通过设计正六边形的机身及六条爬足，在行走中六条爬足的每个动作周期均分为六个阶段，并按照正六边形的对角原理进行先后动作，且前后两个爬足的动作在时间上相差六分之一个周期。如此，能够保证在任何时间都有四条爬足支撑身体，使得身体具有更高的支撑刚度，有助于提高在立面上移动的稳定性与可靠性，从而有利于实现在复杂立面上进行全方位行走。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明：

图1为本发明的机器人的结构图；

图2为图1的俯视图；

图3为本发明的机器人的各爬足行走顺序原理图；

图4为本发明的各爬足动作周期的时序图。

具体实施方式

如图1-图2所示，首先，先介绍一下本发明的爬壁机器人的具体结构，包括：

机身1，为正六边形结构；

爬足2，共六条，分别设于机身1的六个顶点上，每条爬足2设计为两节，节与节之间通过旋转铰链3连接，节与机身1之间通过旋转铰链3与摆动铰链4结合的连接方式连接，并且每条爬足2的底部还通过球链5连接有一负压吸盘6；

吸盘驱动机构，包括相连的真空泵（图中未示出）和电磁阀7，真空泵还分别与负压吸盘6相连；通过电磁阀7实现六条爬足2的串并联结构，即在移动时各条爬足都按照行进要求进行交替地抬离壁面然与放回壁面；

爬足2驱动机构，包括分别设于旋转铰链3、摆动铰链4上的微型舵机8，为爬足2的自由摆动或旋转提供驱动动力；

控制器（图中未示出），为单片机，分别与电磁阀7、微型舵机8电连接，通过控制电磁阀7的开关及微型舵机8的驱动，来实现各爬足2的抬放及负压吸盘6的吸放动作，实现机器人的爬行。

所述的每个旋转铰链3处设置的微型舵机8的数量为两个。

所述的机身1和爬足2为亚克力材料，能够大大减轻该机器人的重量，具有外形小巧，便于携带等优点。

所述的机身1上还设有安装座，安装座内设有功能配件，用以实现相应的功能。作为一个实施例，所述的安装座为笔座，所述的功能配件为竖直设于安装座内并穿过机身1的笔9，在机器人移动过程中，能够实现在壁面上的书写功能。

其次，对本发明的爬壁机器人的行走方法进行具体举例说明：

请结合图3、图4所示，六个爬足行走的每个动作周期均分为六个阶段，分别是一个抬起并向前摆动的阶段①、一个放下并向前摆动的阶段②、连续四个向后摆动的阶段③④⑤⑥；

而各条爬足动作的先后顺序是依据正六边形的对角原理选择进行，若以图3中a处爬足先行，按照对角原理，则动作的先后顺序为按图3中箭头所指的a、b、c、d、e、f，并且顺序相邻的两条爬足的动作在时间上相差六分之一个周期，即前一条爬足抬起至最高点时，下一条爬足才开始抬起（见图4）。

采用如此步态与现有的三角步态相比有以下优点：

1．能够保证在任何时间都有四条爬足支撑机身，使得机身具有更高的支撑刚度，有助于提高在立面上移动的稳定性与可靠性。

2．由于在每条爬足的运动周期中没有静止的时刻，因此机身能够实现连续运动，有助于提高移动速度与运动连贯性。

由于本机身的六条爬足的布置具有中心对称性，因此，向其他任意方向移动时也可以使用该步态，只是各条爬足的摆动位置需要根据移动方向进行调整即可。

综上所述，由于本发明的爬壁机器人采用了六足串并联结构，每条爬足2具有三个转动自由度，中央机身1具有六个自由度，并通过上述步态行走，能够实现全方位移动，具有较强的越障能力，并且在爬行过程中能够保证在任何时间都有四条爬足2支撑，具有更高的支撑刚度。通过与负压吸盘6的整合，可在垂直立面上稳定移动，并能提高移动速度与运动连贯性。作为一种机构模型，它可以在未来的应用功能上进行开发，并利用自身优于普通机器人的优势实现在石油企业、建筑行业、消防部门以及造船业、公共和国家安全等领域的应用。

但是，本领域技术人员应该认识到，上述的具体实施方式只是示例性的，是为了更好的使本领域技术人员能够理解本专利，不能理解为是对本专利保护范围的限制，只要是根据本专利所揭示精神的所作的任何等同变更或修饰，均落入本专利保护的范围。

Claims (4)

1.一种爬壁机器人的行走方法，其特征在于：

将机器人的机身设计为正六边形结构，并将六条爬足分别铰接设于机身的六个顶点处；

爬足行走的每个动作周期均分为六个阶段，分别是一个抬起并向前摆动的阶段、一个放下并向前摆动的阶段、连续四个向后摆动的阶段；

而各条爬足动作的先后顺序是依据正六边形的对角原理选择进行，且顺序相邻的两条爬足的动作在时间上相差六分之一个周期，即前一条爬足抬起至最高点时，下一条爬足才开始抬起。

2.根据权利要求1所述的爬壁机器人的行走方法，其特征在于：

所述爬足的行走动作是通过微型舵机驱动设于爬足上的铰链关节旋转来实现的。

3.根据权利要求1所述的爬壁机器人的行走方法，其特征在于：

所述爬足的转向是通过微型舵机驱动设于机身与爬足之间的铰链关节摆动来实现的。

4.根据权利要求1所述的爬壁机器人的行走方法，其特征在于：

所述爬足在行走动作过程中，还通过真空泵控制设于爬足底部的负压吸盘来进行与壁面的吸附和放开。

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