CN102407891B - 机器人 - Google Patents

Abstract

一种机器人，包括支架、电机、主动轮、诱导轮、履带、高压模块及电极引导机构，所述主动轮及所述诱导轮分别设置于所述支架的两端，所述电机固设于所述支架且与所述主动轮相连以驱动所述主动轮转动，所述履带套设于所述主动轮及所述诱导轮以通过所述主动轮带动所述诱导轮转动，所述履带由梳状电极柔性膜制成，所述梳状电极柔性膜的梳状电极由多个正负交替的电机并联而成，所述高压模块用于产生高压，所述电极引导机构同时与所述高压模块及所述履带电连接以将所述高压模块产生的高压引导至所述履带。上述机器人的履带由梳状电极柔性膜制成，对避免粗糙度要求较低，可在光滑或者粗糙壁面上爬行。

Description

机器人

【技术领域】

本发明涉及一种机器人，特别是涉及一种可在壁面移动的机器人。

【背景技术】

爬壁机器人是移动机器人领域的一个重要分支，它把地面移动机器人技术与吸附技术有机结合起来，可在垂直壁面上附着爬行，并能携带工具完成一定的作业任务，大大扩展了机器人的应用范围。

然而，现有的爬壁机器人对爬行的避免的粗糙度要求较高，无法在粗糙度较高的壁面上爬行，从而限制了爬壁机器人的应用。

【发明内容】

基于此，有必要提供一种能够实现多壁面材质吸附的机器人。

一种机器人，包括支架、电机、主动轮、诱导轮、履带、高压模块及电极引导机构，所述主动轮及所述诱导轮分别设置于所述支架的两端，所述电机固设于所述支架且与所述主动轮相连以驱动所述主动轮转动，所述履带套设于所述主动轮及所述诱导轮以通过所述主动轮带动所述诱导轮转动，所述履带由梳状电极柔性膜制成，所述梳状电极柔性膜的梳状电极由多个正负交替的电机并联而成，所述高压模块用于产生高压，所述电极引导机构同时与所述高压模块及所述履带电连接以将所述高压模块产生的高压引导至所述履带。

在优选的实施例中，所述电极引导机构包括两个电刷片及弹性件，所述弹性件设置于所述两个电刷片之间且所述弹性件的两端与两个电刷片连接，所述两个电刷片弹性夹持所述履带。

在优选的实施例中，所述高压模块为压电型变压器。

在优选的实施例中，所述机器人还包括设于所述支架一侧的至少两个支撑轮，所述至少两个支撑轮位于所述主动轮及所述诱导轮之间且抵持所述履带，使得位于所述支架两侧的所述履带之间的距离大于所述主动轮及所述诱导轮的直径。

在优选的实施例中，所述机器人还包括设于所述支架的压紧轮，所述压紧轮与所述至少两个支撑轮位于所述支架的同一侧且位于所述至少两个支撑轮之间，所述压紧轮弹性抵持所述履带。

在优选的实施例中，所述压紧轮包括安装部、本体及弹性件，所述本体可转动安装在所述安装部上且抵持所述履带，所述弹性件连接所述支架及所述安装部。

在优选的实施例中，所述安装部包括两个相对设置的安装片及固定连接两个所述安装片的连接部，所述本体设置于所述两个安装片之间且与两个安装片转动连接。

在优选的实施例中，所述压紧轮还包括固定部，所述连接部开设有活动孔，所述固定部一端与所述支架固接，另一端穿设于所述活动孔，所述弹性件套设于所述固定部且所述弹性件的两端分别抵持所述连接部及所述支架。

在优选的实施例中，所述电机、所述主动轮、所述诱导轮及所述履带的数量均为两个，每个履带安装在一个对应的主动轮及诱导轮上，每一个电机驱动一个所述主动轮转动。

在优选的实施例中，所述梳状电极柔性膜包括铜箔导电层及位于包覆所述铜箔导电层的聚酰亚胺绝缘层，所述梳状电机柔性膜设有两个电极接入口。

上述机器人的履带由梳状电极柔性膜制成，使得履带与壁面间的场强较大，相对于单电极的静电吸附，使用梳状电极在石灰、陶瓷面上能够产生更大的吸附力，同时吸附时间长，可长时间续航，由于电荷的弛豫现象，在断电后仍然可以保持一定时间一定大小的吸力，对避免粗糙度要求较低，可在光滑或者粗糙壁面上爬行。

【附图说明】

图1为一实施方式的机器人的立体结构图；

图2为图1中的机器人另一角度的立体结构图；

图3为图1中的机器人省略履带后的立体结构图；

图4为图1中的机器人的主动轮、电机及主动轮支撑架的立体组装图；

图5为图1中的机器人的诱导轮、支撑轮及诱导轮支撑架的立体组装图；

图6为图1中机器人的支架及压紧轮的立体组装图；

图7为图1中机器人采用的梳状电极的示意图；

图8为图1中机器人的主动轮、支撑轮、电机、主动轮支撑架、高压模块及电极引导机构的立体组装图。

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明。

请参阅图1至图3，机器人100包括电机11、主动轮12、诱导轮13、支撑轮14、压紧轮15、支架16及静电吸附装置18。静电吸附装置18包括履带181、高压模块183和电极引导机构185。其中，电机11与主动轮12相连，用于驱动主动轮12。本实施方式中，主动轮12的数量为两个，诱导轮13的数量也为两个，主动轮12与诱导轮13通过履带181相连，并通过履带181带动诱导轮13转动。本实施方式中，支撑轮14的数量为四个，在主动轮支撑架121和诱导轮支撑架131上分别安装两个支撑轮14。本实施方式中，压紧轮15的数量为六个，每个压紧轮15都被固定在支架16上。支架16的两端分别于主动轮支撑架121及诱导轮支撑架131连接。

电机11可以直接用螺钉固定在主动轮支撑架121上，电机输出轴(图未标)通过联轴器(图未标)连接到主动车轮123的主动轮轴125上，驱动主动轮12转动。电机11是以51单片机为控制核心，选用L298N电机驱动芯片，通过PWM脉宽调制实现两电机的转速、方向控制。电机11以同一速度运动时，机器人100直线前进，当两个电机11转速不一样时，产生差速转弯，也可使机器人100停留在壁面上。

请参见图4，每一个主动轮12具有两个主动轮轴125，其中一个主动轮轴125上还设置有轴肩127以定位。本实施方式中，在主动轮12上两端设凸起128，以防止履带181侧滑。

请参见图5，诱导轮13的车轮133安装在其两端。每个诱导轮13的一端用轴套137固定，另一端用轴肩(图未示)进行固定。本实施方式中，在诱导轮13上两端设凸起138，以防止履带181侧滑。同时，为了防止履带与主动轮12及诱导轮13之间打滑，主动轮12及诱导轮13上覆盖一层砂纸。

请同时参阅图3和图5，支撑轮14分别安装在主动轮支撑架121和诱导轮支撑架131上并抵持履带181使得位于支架两侧的履带之间的距离大于主动轮及诱导轮的直径。支撑轮轴141与主动轮支撑架121或诱导轮支撑架131的安装孔径处采用间隙配合，并在轴颈处做光滑处理，减小转动摩擦。

请参见图6，压紧轮15包括本体151、固定部153、安装部155及弹性件157。本体151两侧表面上形成有轴部1511。固定部153呈杆状，固定在支架16上。安装部155包括两个相对的安装片1551及固定连接该两个安装片1551的连接部1553。每个安装片1551上开设有一个与轴部1511对应的轴孔(图未标)，连接部1553上开设有供固定部153穿设的活动孔(图未标)。本体151安装在两个安装片1551之间，每个轴部1511可转动地设置在一个轴孔内。弹性件157为弹性件，绕设在固定部153上。固定部153活动穿设在连接部1553的活动孔内，弹性件157一端抵压支架16，另一端弹性抵压连接部1553，使压紧轮15的本体151可压缩弹性件157朝向支架16运动，从而使压紧轮15的本体弹性抵持履带181。

支架16包括大致呈长方框的架体161及固连部167。固连部167大体为矩形板状。固连部167共有两个，两个固连部167分别自架体161的两端垂直延伸。两个固连部167分别与主动轮支撑架121及诱导轮支撑架131固接。

请参阅图7，履带181由梳状电极柔性膜制成，具有良好的柔顺性。梳状电极柔性膜的梳状电极由多个正负交替的电极并联构成，相邻两个正极1811和负极1813间的高压静电场将壁面极化，从而产生静电膜上的静电荷与墙壁的束缚电荷间的库伦力，吸附到墙上。梳状电极采用柔性板加工工艺制成两面绝缘的柔性膜，中间为铜箔导电层。两个铜箔导电层处于同一个膜层上，各形成为一个梳状电极，且此电极的梳状部分相互交错，形成一组交错的电极结构；每一个梳状电极有一个电极接入口。铜具有良好的延展性和导电性，因而在加载高压静电时能储存大量的自由电荷，可在使用时在电极与壁面间产生更大的电场，将壁面极化。梳状电极两端为聚酰亚胺绝缘材料，只留两个电极接入口，其余部分对外部环境绝缘，减少了漏电流，以及高压静电对环境，或者是环境对高压静电场的干扰。

请同时参阅图3和图8，高压模块183固定于主动轮支撑架121远离支架16的一端。高压模块183为压电型变压器，其具有升压范围大，抗干扰，体积小的特点，可连续输出高压静电。可以理解，高压模块183不限于为压电型变压器，还可为模拟电路。高压模块183利用正逆压电效应将电源184输入的直流电转换为高压电。本实施方式中，电源184电压为12伏，经高压模块183升压后成为15千伏。电源184为直流电源，产生的静电吸附力更强。当然，为了可控性更强，响应速度更快，电源184也可以为交流电源。

电极引导机构185包括两个相对的电刷片1851及设置在该两个电刷片1851之间的弹性件1853，保证两个电刷片1851弹性张开并与履带181相接触。弹性电刷1835与高压模块183的输出端相连，用于将电压施加在履带上。本实施方式中，弹性件1853为弹簧。

使用时，先将机器人100布设到壁面上，通电后，高压模块183将电源184的电流转换为高电压并经过电极引导机构185传递至履带181，履带181使壁面极化，从而使履带181吸附至壁面，电机11驱动主动轮12转动，通过履带181带动诱导轮13、支撑轮14及压紧轮15转动。再通过设计好的控制系统对机器人发送各种控制指令，使机器人在壁面上完成各种行走动作。经测试，移动速度约为0.15m/s，能在石灰，木板面上稳定的爬行。

履带181由梳状电极柔性膜制成，使得履带181与壁面间的场强较大，相对于单电极的静电吸附，使用梳状电极在石灰、陶瓷面上能够产生更大的吸附力，同时吸附时间长，可长时间续航，由于电荷的弛豫现象，在断电后仍然可以保持一定时间一定大小的吸力，不像负压吸附受到密封性的影响，可在光滑或者粗糙壁面上爬行。柔性板梳状电极较铝箔能产生更多的聚集电荷，且能够做到两面绝缘，适应潮湿环境和操作安全性要求。

使用时，主动轮12及诱导轮13相对壁面抬高，使得机器人100能适应一定粗糙壁面的移动要求。通过设置压紧轮15，使得履带181和壁面的贴合更好，进一步增加了吸附力。

可以理解，主动轮支撑架121及诱导轮支撑架131均可以省略，此时直接将主动轮12、诱导轮13及支撑轮14设置于支架16上即可。支撑轮14及压紧轮15均可以省略。

另外，本发明的机器人采用双履带式运动结构，可通过控制电路可以实现左右任意角度的转弯，以及行走速度的切换改变了以往单履带式只能直线行走不能转弯的问题。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (1)

1.一种机器人，包括支架、电机、主动轮、诱导轮及履带，其中，所述主动轮及所述诱导轮分别设置于所述支架的两端，所述电机固设于所述支架且与所述主动轮相连以驱动所述主动轮转动，所述履带套设于所述主动轮及所述诱导轮以通过所述主动轮带动所述诱导轮转动，其特征在于：所述机器人还包括高压模块及电极引导机构，所述履带由梳状电极柔性膜制成，所述梳状电极柔性膜的梳状电极由多个正负交替的电极并联而成，所述高压模块用于产生高压，所述电极引导机构同时与所述高压模块及所述履带电连接以将所述高压模块产生的高压引导至所述履带；

其中，所述梳状电极采用柔性板加工工艺制成两面绝缘的柔性膜，中间为铜箔导电层；两个所述铜箔导电层处于同一个膜层上，各形成为一个梳状电极，且所述梳状电极的梳状部分相互交错，形成一组交错的电极结构；所述梳状电极两侧为聚酰亚胺绝缘材料，只留两个电极接入口，其余部分对外部环境绝缘；

所述电极引导机构包括两个电刷片及弹性件，所述弹性件设置于所述两个电刷片之间且所述弹性件的两端与两个电刷片连接，所述两个电刷片弹性夹持所述履带；

所述高压模块为压电型变压器；

所述机器人还包括设于所述支架一侧的至少两个支撑轮，所述至少两个支撑轮位于所述主动轮及所述诱导轮之间且抵持所述履带，使得位于所述支架两侧的所述履带之间的距离大于所述主动轮及所述诱导轮的直径；

所述机器人还包括设于所述支架的压紧轮，所述压紧轮与所述至少两个支撑轮位于所述支架的同一侧且位于所述至少两个支撑轮之间，所述压紧轮弹性抵持所述履带；

所述压紧轮包括安装部、本体及弹性件，所述本体可转动安装在所述安装部上且抵持所述履带，所述弹性件连接所述支架及所述安装部；

所述安装部包括两个相对设置的安装片及固定连接两个所述安装片的连接部，所述本体设置于所述两个安装片之间且与两个安装片转动连接；

所述压紧轮还包括固定部，所述连接部开设有活动孔，所述固定部一端与所述支架固接，另一端穿设于所述活动孔，所述弹性件套设于所述固定部且所述弹性件的两端分别抵持所述连接部及所述支架；

所述电机、所述主动轮、所述诱导轮及所述履带的数量均为两个，每个履带安装在一个对应的主动轮及诱导轮上，每一个电机驱动一个所述主动轮转动；

所述主动轮及所述诱导轮上覆盖一层砂纸。

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