CN105667621B - 一种模块化可重构爬壁机器人及其爬壁方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于移动机器人领域，具体地说是一种模块化可重构爬壁机器人及其爬壁方法，爬壁机器人包括齿轮外壳、机器人本体、对接装置、吸盘等，齿轮外壳安装在机器人本体上部中央；离心泵安装在机器人本体上部，其进气口与机器人本体中央的通孔垂直对应；吸盘安装在机器人本体底部四周，驱动轮和支撑轮安装在机器人本体下部、位于吸盘内；齿轮外壳左右两侧的侧板上分别装有母端、公端对接装置。本发明每个模块化可重构爬壁机器人是独立的个体，所构建的吸附装置是可滑动式，使机器人在吸附壁面的同时可以运动，在壁面无障碍时独立完成任务，当活动空间内有需要跨越的障碍时，两个独立的个体重构成一种行星轮系结构，协同完成越障任务。
Description
技术领域
本发明属于移动机器人领域，具体地说是一种模块化可重构爬壁机器人及其爬壁方法。
背景技术
微小型爬壁机器人由于具有很强的应用前景，近几年受到各国科研人员越来越多的重视。现有爬壁机器人中大多采用腿足式或轮式移动机构。腿足式移动机构(Y.Jiang,H.G.Wang,L.J.Fang,etal,“A Climbing Robot System for Anti-terrorismReconnaissance,”Robot,vol.28,no.5,pp.530-535,2006.)大多采用两条或多条腿，具有良好的稳定性和越障能力，但控制相对复杂，运动灵活性差。轮式移动机构(J.Z.Xiao,M.Sadegh,et al.“Design of Mobile Robots with Wall ClimbingCapability,”IEEE/ASME International Conference on AdvancedIntelligentMechatronics.Monterey,California,2005:438-443.)，一般为2-4轮，具有运动灵活快速的特点，但越障能力普遍较弱。近几年科研人员提出了复合式移动机构的概念(Y.L.Fu,Z.Li,et al,“Development of a Wall Climbing Robot with Wheel-LegHybridLocomotion Mechanism,”IEEE/ASME International Conference onRobotics andBiomimetics,Sanya,China,2007:1876-1881.)，试图将两种不同的移动机构整合到一个爬壁机器人身上，该技术是提高爬壁机器人运动性能的一种新趋势，但目前发展并不成熟，难以应用于实际的应用作业中。
发明内容
为了解决目前爬壁机器人移动速度和越障能力不能兼容，特别是不能在壁面和地面之间以及不同交叉壁面之间过渡等瓶颈问题，本发明的目的在于提供一种模块化可重构爬壁机器人及其爬壁方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明的模块化可重构爬壁机器人包括机器人本体、母端对接装置、公端对接装置、驱动轮、驱动轮驱动电机、安装在所述机器人本体底部的吸盘、安装在所述机器人本体上的齿轮外壳以及分别位于该齿轮外壳内的摄像头、离心泵电机、离心泵、母端驱动电机和公端驱动电机，其中吸盘的内部通过由离心泵电机驱动旋转的离心泵抽气、形成负压区，所述驱动轮及驱动轮驱动电机均位于吸盘内、并分别安装在所述机器人本体底部，该驱动轮通过驱动轮驱动电机驱动旋转、在通过吸盘保持吸附壁面的同时带动所述爬壁机器人运动；所述母端对接装置及公端对接装置分别位于齿轮外壳的两侧，该母端对接装置的一端为与所述母端驱动电机输出端连接的母端连接杆，另一端为与另一所述爬壁机器人的公端对接装置插接的母端套管；所述公端对接装置的一端为与所述公端驱动电机输出端连接的公端连接杆，另一端为与另一所述爬壁机器人的母端对接装置插接的公端套管，所述公端套管内安装有直线驱动电机，该直线驱动电机的输出端与推杆的一端相连，所述推杆的另一端抵接有可上下移动的插销，所述推杆通过直线驱动电机的驱动往复平移、带动所述插销上下移动，实现两爬壁机器人母端对接装置与公端对接装置的对接或分离。
其中：所述母端套管上开有定位孔，所述公端套管上开有插销孔，所述插销的一端位于该插销孔内，另一端与所述推杆的另一端抵接；所述插销孔外套有供插销复位的弹簧，该弹簧的一端抵接于所述公端套管的内壁，另一端抵接于所述插销上设置的挡片；所述插销由推杆带动插入所述定位孔内，实现两爬壁机器人母端对接装置与公端对接装置的对接，所述插销通过所述弹簧的弹力复位，实现两爬壁机器人母端对接装置与公端对接装置的分离；所述推杆的另一端为锥形，其上下两端均设有插销；
所述吸盘包括骨架、密封圈凹槽及密封圈，该骨架沿所述机器人本体底部四周设置，所述骨架的一端安装在机器人本体的底部，另一端设有密封圈凹槽，所述密封圈容置于该密封圈凹槽内；所述密封圈的底部由所述密封圈凹槽底部露出，且高于所述驱动轮的底部；
所述吸盘内的驱动轮包括左右对称安装的第一驱动轮、第二驱动轮，该第一驱动轮及第二驱动轮通过分别安装在机器人本体底部的第一驱动轮驱动电机、第二驱动轮驱动电机驱动旋转；所述吸盘内设有支撑轮，该支撑轮通过支撑轮固定架安装在所述机器人本体的底部，所述支撑轮与第一驱动轮、第二驱动轮呈三角形布置；
所述机器人本体上开有与吸盘内部连通的通孔，所述离心泵的进气口与该通孔相对；所述齿轮外壳上开有与摄像头相对的侦查孔；所述机器人本体底部与吸盘之间设有防漏内衬；
本发明模块化可重构爬壁机器人的爬壁方法为：
所述离心泵电机带动离心泵旋转，吸盘内气体被离心泵抽出形成负压区，所述吸盘的底部在吸附力的作用下压紧壁面或地面，产生压缩变形；此时，所述驱动轮接触壁面或地面，所述爬壁机器人在保持吸附壁面或地面的同时，在所述驱动轮驱动电机的驱动下在壁面或地面上移动。
其中：当遇到壁面和地面之间以及不同交叉壁面时，两所述爬壁机器人先实现对接，完成爬壁后再实现分离，步骤为：
A.两个分离的爬壁机器人、即第一爬壁机器人、第二爬壁机器人吸附在交叉面A上，通过第一爬壁机器人、第二爬壁机器人各自的驱动轮驱动电机控制第一爬壁机器人和第二爬壁机器人靠近；
B.利用第一、二爬壁机器人各自的摄像头调整位姿，使第一、二爬壁机器人对向运动；
C.通过第一、二爬壁机器人各自的母端驱动电机及公端驱动电机调整第一、二爬壁机器人各自的母端对接装置或公端对接装置的倾斜角保持和交叉面A平行；
D.待第一、二爬壁机器人的公端对接装置分别插入第二、一爬壁机器人的母端对接装置内部时，第一、二爬壁机器人各自的直线驱动电机输出轴前移，带动推杆前进，使插销进入母端套管，此时对接完毕，第一、二爬壁机器人构成一个整体；
当遇到交叉面凹过渡时，接下来的步骤为：
E.已经对接好的第一、二爬壁机器人构成一个整体，第二爬壁机器人吸附交叉面A，第一爬壁机器人不再吸附交叉面A，驱动第一爬壁机器人整体靠近交叉面B；
F.第二爬壁机器人的母端驱动电机及公端驱动电机工作、逆时针旋转，使第一爬壁机器人改变姿态，直至第一爬壁机器人的吸盘的倾斜角度和交叉面B平行；
G.第二爬壁机器人前进，使第一爬壁机器人的吸盘压紧交叉面B，转变第一、二爬壁机器人的吸附状态，第一爬壁机器人吸附交叉面B，第二爬壁机器人不再吸附交叉面A；
H.第一爬壁机器人的母端驱动电机及公端驱动电机工作、顺时针旋转，使第二爬壁机器人改变姿态，待第二爬壁机器人的吸盘与交叉面B压紧，改变第二爬壁机器人的吸附状态，使其吸附交叉面B，完成交叉面凹过渡；
I.控制第一、二爬壁机器人的母端对接装置、公端对接装置分离，公端对接装置中的直线驱动电机输出轴后移，带动推杆后移，插销复位，退出母端套管，通过第一爬壁机器人、第二爬壁机器人各自的驱动轮驱动电机使第一、二爬壁机器人后移，完成分离；
J.分离后的第一、二爬壁机器人作为独立的个体在交叉面B上独立执行任务；
当遇到交叉面凸过渡时，步骤E至步骤H为：
E.已经对接好的第一、二爬壁机器人构成一个整体，第二爬壁机器人吸附交叉面A，第一爬壁机器人不再吸附交叉面A，驱动第二爬壁机器人整体靠近交叉面B；
F.第二爬壁机器人的母端驱动电机及公端驱动电机工作、顺时针旋转，使第一爬壁机器人改变姿态，直至第一爬壁机器人的吸盘的倾斜角度和交叉面B平行；
G.第二爬壁机器人后退，使第一爬壁机器人的吸盘压紧交叉面B，转变第一、二爬壁机器人的吸附状态，第一爬壁机器人吸附交叉面B，第二爬壁机器人不再吸附交叉面A；
H.第一爬壁机器人的母端驱动电机及公端驱动电机工作、顺时针旋转，使第二爬壁机器人改变姿态，待第二爬壁机器人的吸盘与交叉面B压紧，改变第二爬壁机器人的吸附状态，使其吸附交叉面B，完成交叉面凸过渡。
所述第一、二爬壁机器人对接之后形成行星轮系结构，当第一爬壁机器人吸附壁面，其齿轮外壳作为行星轮系结构的太阳轮，第二爬壁机器人不吸附壁面，其齿轮外壳作为行星轮系结构的行星轮，第一、二爬壁机器人各自的母端、公端对接装置作为行星轮系的转臂；当第二爬壁机器人吸附壁面，其齿轮外壳作为行星轮系结构的太阳轮，第一爬壁机器人不吸附壁面，其齿轮外壳作为行星轮系结构的行星轮，第一、二爬壁机器人各自的母端、公端对接装置作为行星轮系的转臂。
本发明的优点与积极效果为：
1.本发明的模块化可重构爬壁机器人，两个爬壁机器人不需要永远固连在一起，而是可以分开独立操作，必要情况下再对接完成任务，该方式不但提高了工作效率，还降低了结构的复杂性，提高了机器人的运动性能。
2.本发明模块化可重构爬壁机器人的吸盘采用弹性的密封圈设计，在粗糙墙壁面和曲面依然能够保持很好的密封性。
3.本发明的两个爬壁机器人在对接之后，形成了一个行星轮系结构，将轮式移动机构移动速度快和腿足式移动机构越障能力强的优点有机结合在一起。
4.本发明的爬壁机器人对有障碍情形下的壁面攀爬有良好的适应性，在反恐侦查、消防、搜救等领域有着广泛的应用前景和重要的经济效益。
附图说明
图1a为本发明模块化可重构爬壁机器人的整体结构示意图；
图1b为图1a中去掉齿轮外壳后的结构示意图；
图2为本发明模块化可重构爬壁机器人密封装置和轮式结构的结构示意图；
图3为本发明模块化可重构爬壁机器人对接装置的结构示意图；
图4a为两个本发明模块化可重构爬壁机器人对接后形成的行星轮系的结构示意图之一；
图4b为两个本发明模块化可重构爬壁机器人对接后形成的行星轮系的结构示意图之二；
图5a为本发明模块化可重构爬壁机器人在交叉壁面凹过渡的示意图之一；
图5b为本发明模块化可重构爬壁机器人在交叉壁面凹过渡的示意图之二；
图5c为本发明模块化可重构爬壁机器人在交叉壁面凹过渡的示意图之三；
图5d为本发明模块化可重构爬壁机器人在交叉壁面凹过渡的示意图之四；
图5e为本发明模块化可重构爬壁机器人在交叉壁面凹过渡的示意图之五；
图5f为本发明模块化可重构爬壁机器人在交叉壁面凹过渡的示意图之六；
图5g为本发明模块化可重构爬壁机器人在交叉壁面凹过渡的示意图之七；
图6a为本发明模块化可重构爬壁机器人在交叉壁面凸过渡的示意图之一；
图6b为本发明模块化可重构爬壁机器人在交叉壁面凸过渡的示意图之二；
图6c为本发明模块化可重构爬壁机器人在交叉壁面凸过渡的示意图之三；
图6d为本发明模块化可重构爬壁机器人在交叉壁面凸过渡的示意图之四；
图6e为本发明模块化可重构爬壁机器人在交叉壁面凸过渡的示意图之五；
图6f为本发明模块化可重构爬壁机器人在交叉壁面凸过渡的示意图之六；
图6g为本发明模块化可重构爬壁机器人在交叉壁面凸过渡的示意图之七；
其中：1为齿轮外壳，201为第一侧板，202为第二侧板，3为机器人本体，4为防漏内衬，5为吸盘，501为骨架，502为密封圈凹槽，503为密封圈，6为母端连接轴，7为母端对接装置，8为公端对接装置，9为摄像头，10为侦查孔，11为控制板，12为摄像头支架，13为公端连接轴，14为离心泵支架，15为离心泵电机调速器，16为离心泵电机，17为离心泵，1801为第一驱动轮固定架，1802为第二驱动轮固定架，1901为第一驱动轮，1902为第二驱动轮，2001为第一驱动轮驱动电机，2002为第二驱动轮驱动电机，21为通孔，22为支撑轮固定架，23为支撑轮，24为母端连接杆，25为母端套管，2601为第一定位孔，2602为第二定位孔，27为公端连接杆，28为公端套管，29为直线驱动电机，30为推杆，3101为第一弹簧，3102为第二弹簧，3201为第一插销，3202为第二插销，3301为第一插销孔，3302为第二插销孔，34为太阳轮，35为行星轮，36为转臂，37为母端驱动电机，38为公端驱动电机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
如图1a、图1b及图2所示，本发明模块化可重构爬壁机器人包括齿轮外壳1、机器人本体3、防漏内衬4、吸盘5、母端连接器6、母端对接装置7、公端对接装置8、摄像头9、侦查孔10、控制板11、摄像头支架12、公端连接器13、离心泵支架14、离心泵电机调速器15、离心泵电机16、离心泵17、第一驱动轮1901、第二驱动轮1902、第一驱动轮驱动电机2001、第二驱动轮驱动电机2002、支撑轮23、母端驱动电机37及公端驱动电机38，齿轮外壳1安装在机器人本体3上部的中央，在齿轮外壳1的两侧固接有第一侧板201、第二侧板202；齿轮外壳1为弧状结构，左右两侧为齿轮；摄像头9、离心泵支架14、离心泵电机调速器15、离心泵电机16、离心泵17、母端驱动电机37及公端驱动电机38分别位于齿轮外壳1及第一、二侧板201、202形成的空间内。离心泵17通过离心泵支架14安装在机器人本体3上部，其进气口与机器人本体3中央开设的圆形通孔21垂直对应；吸盘5安装在机器人本体3的底部，横切面为圆角四边形(即吸盘5水平截面为四边形、四边形的四个角均倒圆角)；第一驱动轮1901、第二驱动轮1902和一个支撑轮23分别位于吸盘5内、并分别安装在机器人本体3的底部。机器人本体3底部与吸盘5之间设有防漏内衬4。
摄像头9通过摄像头支架12安装在机器人本体3上部，并通过齿轮外壳1上开设的侦查孔10拍摄外部影像。母端对接装置7和公端对接装置8分别位于齿轮外壳1的左右两侧，母端对接装置7通过母端连接轴6与安装在机器人本体3上的母端驱动电机37输出端连接，公端对接装置8通过公端连接轴13与安装在机器人本体3上的公端驱动电机38输出端连接，母端连接轴6及公端连接轴13分别与第一、二侧板转动连接；控制板11安装在离心泵支架14的上方，控制板11的控制信号输出端分别与第一驱动轮驱动电机2001、第二驱动轮驱动电机2002、母端驱动电机37、公端驱动电机38、离心泵电机调速器15相连。
第一驱动轮1901、第二驱动轮1902和一个支撑轮23分别安装在机器人本体3底部、位于吸盘5的内部，呈三角形布置；第一、二驱动轮1901、1902左右对称安装，并分别通过第一、二驱动轮固定架1801、1802安装在机器人本体3的底部，第一、二驱动轮1901、1902和各自的第一、二驱动轮驱动电机2001、2002直接连接，第一、二驱动轮驱动电机2001、2002分别安装在第一、二驱动轮固定架1801、1802上；支撑轮23通过支撑轮固定架22安装在机器人本体3的底部。
吸盘5包括骨架501、密封圈凹槽502及具有弹性的密封圈503，吸盘5底部与墙壁面接触的是弹性可调节的密封圈503。骨架501沿机器人本体3底部四周设置，骨架501的一端固接在机器人本体3的底部，另一端设有密封圈凹槽502；骨架501和密封圈凹槽502采用现有的一体化快速成型技术。密封圈503安装在密封圈凹槽502内，底部高度比骨架501底部至少高出3mm。由于密封圈503具有弹性并且弹性可进行调节，当墙壁面粗糙不光滑或者墙壁面是曲面时，弹性密封圈503在吸附力作用下能够填充泄漏缝隙，保持良好的密封性。密封圈503表面经减摩处理，与墙壁面紧密接触的同时也保持较低的摩擦力。密封圈503横截面呈椭圆形，在高度上弹性密封圈503底部要比第一、二驱动轮1901、1902底部高出至少2mm。密封圈503在吸附力作用下变形后，第一、二驱动轮1901、1902和墙壁面接触，此时爬壁机器人在保持吸附壁面的同时能够依靠轮式移动机构运动。
如图3所示，母端对接装置7包括母端连接杆24和母端套管25，母端连接杆24的一端通过母端连接轴6与母端驱动电机37相连，另一端为母端套管25；母端套管25上开有上下设置的第一定位孔2601、第二定位孔2602。公端对接装置8包含公端连接杆27、公端套管28、直线驱动电机29、锥形的推杆30、第一弹簧3101、第二弹簧3102和带有挡片的第一、二插销3201、3202，公端连接杆27的一端通过公端连接轴13与公端驱动电机38相连，另一端为公端套管28；公端套管28上开有上下设置的第一、二插销孔3301、3302；第一、二插销3201、3202的一端分别容置于第一、二插销孔3301、3302中，另一端与锥形的推杆30一端抵接，推杆30的另一端与直线驱动电机29的输出端连接；第一弹簧3101、第二弹簧3102分别套在第一插销孔3301、第二插销孔3302的外部，第一、二弹簧3101、3102的两端分别抵接于公端套管28内壁和第一、二插销3201、3202上的挡片；直线驱动电机29安装在公端套管28中，电机输出轴末端和锥形的推杆30直接连接，锥形的推杆30位于第一、二插销3201、3202的中间。
本发明模块化可重构爬壁机器人的爬壁方法为：
爬壁机器人在壁面或地面时，离心泵电机16带动离心泵17旋转，吸盘5内部气体被离心泵17抽出形成负压区，吸盘5底部的密封圈503在吸附力的作用下压紧壁面或地面，产生压缩变形；此时，第一、二驱动轮1901、1902接触壁面或地面，爬壁机器人在保持吸附壁面或地面的同时，在第一、二驱动轮驱动电机2001、2002的驱动下在壁面或地面上移动。
当遇到壁面和地面之间以及不同交叉壁面时，两模块化可重构爬壁机器人利用母端、公端对接装置实现对接或分离，进而实现壁面和地面之间以及不同交叉壁面爬行。
如图3、图4a及图4b所示，两个模块化可重构爬壁机器人利用母端、公端对接装置实现连接和分离，其步骤为：
A.两个分离的爬壁机器人、即第一爬壁机器人WCR1、第二爬壁机器人WCR2吸附在同一壁面上，通过第一爬壁机器人WCR1、第二爬壁机器人WCR2各自的驱动轮驱动电机控制第一爬壁机器人WCR1和第二爬壁机器人WCR2靠近；
B.利用第一、二爬壁机器人WCR1、WCR2各自的摄像头9调整位姿，使第一、二爬壁机器人WCR1、WCR2对向运动；
C.通过第一、二爬壁机器人WCR1、WCR2各自的母端驱动电机37及公端驱动电机38调整第一、二爬壁机器人WCR1、WCR2各自的母端对接装置7或公端对接装置8的倾斜角保持和吸附面平行；
D.待第一、二爬壁机器人WCR1、WCR2的公端对接装置8分别插入第二、一爬壁机器人WCR2、WCR1的母端对接装置7内部时，第一、二爬壁机器人WCR1、WCR2各自的直线驱动电机29输出轴前移，带动锥形的推杆30前进，使第一、二插销3201、3202沿第一、二插销孔3301、3302移动，进入母端套管25的第一、二定位孔2601、2602中，此时对接完毕，第一、二爬壁机器人WCR1、WCR2构成一个整体；
E.当需要两个对接好的第一、二爬壁机器人WCR1、WCR2分离时，第一、二爬壁机器人WCR1、WCR2各自的直线驱动电机29输出轴后移，带动锥形的推杆30后移，第一、二插销3201、3202在第一、二弹簧3101、3102作用下沿第一、二插销孔3301、3302移动，退出母端套管25上的第一定位孔2601、2602；
F.通过第一爬壁机器人WCR1、第二爬壁机器人WCR2各自的驱动轮驱动电机使第一、二爬壁机器人WCR1、WCR2后移，完成分离。
第一、二爬壁机器人WCR1、WCR2对接之后形成行星轮系结构，当第一爬壁机器人WCR1吸附壁面，其齿轮外壳1作为行星轮系结构的太阳轮34，第二爬壁机器人WCR2不吸附壁面，其齿轮外壳1作为行星轮系结构的行星轮35，第一、二爬壁机器人WCR1、WCR2各自的母端、公端对接装置7、8对接后作为行星轮系的转臂36，第一爬壁机器人WCR1驱动转臂36旋转，可以驱使第二爬壁机器人WCR2改变姿态，如图4b所示；当第二爬壁机器人WCR2吸附壁面，其齿轮外壳1作为行星轮系结构的太阳轮34，第一个爬壁机器人WCR1不吸附壁面，其齿轮外壳1作为行星轮系结构的行星轮35，第一、二爬壁机器人WCR1、WCR2各自的母端、公端对接装置7、8对接后作为行星轮系的转臂36，第二爬壁机器人WCR2驱动转臂36旋转，可以驱使第一爬壁机器人WCR1改变姿态。
行星轮系机构使爬壁机器人只利用一个自由度就实现了另一个爬壁机器人位置和姿态的调整，降低了整个系统的重量、提高了工作效率。
分离的第一、二爬壁机器人WCR1、WCR2作为一个整体实现交叉面凹过渡，利用第二爬壁机器人WCR2协助第一爬壁机器人WCR1从交叉面A过渡到交叉面B，如图5a～5g所示(图中阴影表示吸附状态)，具体步骤为：
A.按上文所述对接方法将第一、二爬壁机器人WCR1、WCR2对接成一个整体，第二爬壁机器人WCR2吸附交叉面A，第一爬壁机器人WCR1不再吸附交叉面A，驱动第一爬壁机器人WCR1整体靠近交叉面B；；
B.第二爬壁机器人WCR2的母端驱动电机37及公端驱动电机38工作、逆时针旋转，驱动第二爬壁机器人WCR2行星轮系结构的转臂36，使第一爬壁机器人WCR1改变姿态，直至第一爬壁机器人WCR1的吸盘5的倾斜角度保持和交叉面B平行；
C.驱动第二爬壁机器人WCR2继续前进，使第一爬壁机器人WCR1的密封圈503压紧交叉面B，转变第一、二爬壁机器人WCR1、WCR2的吸附状态，第一爬壁机器人WCR1吸附交叉面B，第二爬壁机器人WCR2不再吸附交叉面A；
D.第一爬壁机器人WCR1的母端驱动电机37及公端驱动电机38工作、顺时针旋转，驱动第一爬壁机器人WCR1行星轮系结构的转臂36，使第二爬壁机器人WCR2改变姿态，待第二爬壁机器人WCR2的吸盘5与交叉面B压紧，改变第二爬壁机器人WCR2的吸附状态，使其吸附交叉面B，完成交叉面凹过渡；
E.根据上文所述母端、公端对接装置的分离方法将第一、二爬壁机器人WCR1、WCR2分离开来，分离后的第一、二爬壁机器人WCR1、WCR2作为独立的个体在交叉面B上独立执行任务。
分离的第一、二爬壁机器人WCR1、WCR2作为一个整体实现交叉面凸过渡，利用第二爬壁机器人WCR2协助第一爬壁机器人WCR1从交叉面A过渡到交叉面B，如图6a～6g所示(图中阴影表示吸附状态)，具体步骤为：
A.按上文所述对接方法将第一、二爬壁机器人WCR1、WCR2对接成一个整体，第二爬壁机器人WCR2吸附交叉面A，第一爬壁机器人WCR1不再吸附交叉面A，驱动第二爬壁机器人WCR2整体靠近交叉面B；；
B.第二爬壁机器人WCR2的母端驱动电机37及公端驱动电机38工作、顺时针旋转，驱动第二爬壁机器人WCR2行星轮系结构的转臂36，使第一爬壁机器人WCR1改变姿态，直至第一爬壁机器人WCR1的吸盘5的倾斜角度保持和交叉面B平行；
C.驱动第二爬壁机器人WCR2后退，使第一爬壁机器人WCR1的密封圈503压紧交叉面B，转变第一、二爬壁机器人WCR1、WCR2的吸附状态，第一爬壁机器人WCR1吸附交叉面B，第二爬壁机器人WCR2不再吸附交叉面A；
D.第一爬壁机器人WCR1的母端驱动电机37及公端驱动电机38工作、顺时针旋转，驱动第一爬壁机器人WCR1行星轮系结构的转臂36，使第二爬壁机器人WCR2改变姿态，待第二爬壁机器人WCR2的吸盘5与交叉面B压紧，改变第二爬壁机器人WCR2的吸附状态，使其吸附交叉面B，完成交叉面凸过渡；
E.根据上文所述母端、公端对接装置的分离方法将第一、二爬壁机器人WCR1、WCR2分离开来，分离后的第一、二爬壁机器人WCR1、WCR2作为独立的个体在交叉面B上独立执行任务。
Claims (10)
1.一种模块化可重构爬壁机器人，其特征在于：包括机器人本体(3)、母端对接装置(7)、公端对接装置(8)、驱动轮、驱动轮驱动电机、安装在所述机器人本体(3)底部的吸盘(5)、安装在所述机器人本体上的齿轮外壳(1)以及分别位于该齿轮外壳(1)内的摄像头(9)、离心泵电机(16)、离心泵(17)、母端驱动电机(37)和公端驱动电机(38)，其中吸盘(5)的内部通过由离心泵电机(16)驱动旋转的离心泵(17)抽气、形成负压区，所述驱动轮及驱动轮驱动电机均位于吸盘(5)内、并分别安装在所述机器人本体(3)底部，该驱动轮通过驱动轮驱动电机驱动旋转、在通过吸盘(5)保持吸附壁面的同时带动所述爬壁机器人运动；所述母端对接装置(7)及公端对接装置(8)分别位于齿轮外壳(1)的两侧，该母端对接装置(7)的一端为与所述母端驱动电机(37)输出端连接的母端连接杆(24)，另一端为与另一所述爬壁机器人的公端对接装置插接的母端套管(25)；所述公端对接装置(8)的一端为与所述公端驱动电机(38)输出端连接的公端连接杆(27)，另一端为与另一所述爬壁机器人的母端对接装置插接的公端套管(28)，所述公端套管(28)内安装有直线驱动电机(29)，该直线驱动电机(29)的输出端与推杆(30)的一端相连，所述推杆(30)的另一端抵接有可上下移动的插销，所述推杆(30)通过直线驱动电机(29)的驱动往复平移、带动所述插销上下移动，实现两爬壁机器人母端对接装置与公端对接装置的对接或分离。
2.按权利要求1所述的模块化可重构爬壁机器人，其特征在于：所述母端套管(25)上开有定位孔，所述公端套管(28)上开有插销孔，所述插销的一端位于该插销孔内，另一端与所述推杆(30)的另一端抵接；所述插销孔外套有供插销复位的弹簧，该弹簧的一端抵接于所述公端套管(28)的内壁，另一端抵接于所述插销上设置的挡片；所述插销由推杆(30)带动插入所述定位孔内，实现两爬壁机器人母端对接装置与公端对接装置的对接，所述插销通过所述弹簧的弹力复位，实现两爬壁机器人母端对接装置与公端对接装置的分离。
3.按权利要求2所述的模块化可重构爬壁机器人，其特征在于：所述推杆(30)的另一端为锥形，其上下两端均设有插销。
4.按权利要求1所述的模块化可重构爬壁机器人，其特征在于：所述吸盘(5)包括骨架(501)、密封圈凹槽(502)及密封圈(503)，该骨架(501)沿所述机器人本体(3)底部四周设置，所述骨架(501)的一端安装在机器人本体(3)的底部，另一端设有密封圈凹槽(502)，所述密封圈(503)容置于该密封圈凹槽(502)内；所述密封圈(503)的底部由所述密封圈凹槽(502)底部露出，且高于所述驱动轮的底部。
5.按权利要求1所述的模块化可重构爬壁机器人，其特征在于：所述吸盘(5)内的驱动轮包括左右对称安装的第一驱动轮(1901)、第二驱动轮(1902)，该第一驱动轮(1901)及第二驱动轮(1902)通过分别安装在机器人本体(3)底部的第一驱动轮驱动电机(2001)、第二驱动轮驱动电机(2002)驱动旋转。
6.按权利要求5所述的模块化可重构爬壁机器人，其特征在于：所述吸盘(5)内设有支撑轮(23)，该支撑轮(23)通过支撑轮固定架(22)安装在所述机器人本体(3)的底部，所述支撑轮(23)与第一驱动轮(1901)、第二驱动轮(1902)呈三角形布置。
7.按权利要求1所述的模块化可重构爬壁机器人，其特征在于：所述机器人本体(3)上开有与吸盘(5)内部连通的通孔(21)，所述离心泵(17)的进气口与该通孔(21)相对；所述齿轮外壳(1)上开有与摄像头(9)相对的侦查孔(10)；所述机器人本体(3)底部与吸盘(5)之间设有防漏内衬(4)。
8.一种按权利要求1至7任一权利要求所述的模块化可重构爬壁机器人的爬壁方法，其特征在于：所述离心泵电机(16)带动离心泵(17)旋转，吸盘(5)内气体被离心泵(17)抽出形成负压区，所述吸盘(5)的底部在吸附力的作用下压紧壁面或地面，产生压缩变形；此时，所述驱动轮接触壁面或地面，所述爬壁机器人在保持吸附壁面或地面的同时，在所述驱动轮驱动电机的驱动下在壁面或地面上移动。
9.按权利要求8所述的爬壁方法，其特征在于：当遇到壁面和地面之间以及不同交叉壁面时，两所述爬壁机器人先实现对接，完成爬壁后再实现分离，步骤为：
A.两个分离的爬壁机器人、即第一爬壁机器人(WCR1)、第二爬壁机器人(WCR2)吸附在交叉面A上，通过第一爬壁机器人(WCR1)、第二爬壁机器人(WCR2)各自的驱动轮驱动电机控制第一爬壁机器人(WCR1)和第二爬壁机器人(WCR2)靠近；
B.利用第一、二爬壁机器人(WCR1、WCR2)各自的摄像头(9)调整位姿，使第一、二爬壁机器人(WCR1、WCR2)对向运动；
C.通过第一、二爬壁机器人(WCR1、WCR2)各自的母端驱动电机(37)及公端驱动电机(38)调整第一、二爬壁机器人(WCR1、WCR2)各自的母端对接装置(7)或公端对接装置(8)的倾斜角保持和交叉面A平行；
D.待第一、二爬壁机器人(WCR1、WCR2)的公端对接装置(8)分别插入第二、一爬壁机器人(WCR2、WCR1)的母端对接装置(7)内部时，第一、二爬壁机器人(WCR1、WCR2)各自的直线驱动电机(29)输出轴前移，带动推杆(30)前进，使插销进入母端套管(25)，此时对接完毕，第一、二爬壁机器人(WCR1、WCR2)构成一个整体；
当遇到交叉面凹过渡时，接下来的步骤为：
E.已经对接好的第一、二爬壁机器人(WCR1、WCR2)构成一个整体，第二爬壁机器人(WCR2)吸附交叉面A，第一爬壁机器人(WCR1)不再吸附交叉面A，驱动第一爬壁机器人(WCR1)整体靠近交叉面B；
F.第二爬壁机器人(WCR2)的母端驱动电机(37)及公端驱动电机(38)工作、逆时针旋转，使第一爬壁机器人(WCR1)改变姿态，直至第一爬壁机器人(WCR1)的吸盘(5)的倾斜角度和交叉面B平行；
G.第二爬壁机器人(WCR2)前进，使第一爬壁机器人(WCR1)的吸盘(5)压紧交叉面B，转变第一、二爬壁机器人(WCR1、WCR2)的吸附状态，第一爬壁机器人(WCR1)吸附交叉面B，第二爬壁机器人(WCR2)不再吸附交叉面A；
H.第一爬壁机器人(WCR1)的母端驱动电机(37)及公端驱动电机(38)工作、顺时针旋转，使第二爬壁机器人(WCR2)改变姿态，待第二爬壁机器人(WCR2)的吸盘(5)与交叉面B压紧，改变第二爬壁机器人(WCR2)的吸附状态，使其吸附交叉面B，完成交叉面凹过渡；
I.控制第一、二爬壁机器人(WCR1、WCR2)的母端对接装置(7)、公端对接装置(8)分离，公端对接装置(8)中的直线驱动电机(29)输出轴后移，带动推杆(30)后移，插销复位，退出母端套管(25)，通过第一爬壁机器人(WCR1)、第二爬壁机器人(WCR2)各自的驱动轮驱动电机使第一、二爬壁机器人(WCR1、WCR2)后移，完成分离；
J.分离后的第一、二爬壁机器人(WCR1、WCR2)作为独立的个体在交叉面B上独立执行任务；
当遇到交叉面凸过渡时，步骤E至步骤H为：
E.已经对接好的第一、二爬壁机器人(WCR1、WCR2)构成一个整体，第二爬壁机器人(WCR2)吸附交叉面A，第一爬壁机器人(WCR1)不再吸附交叉面A，驱动第二爬壁机器人(WCR2)整体靠近交叉面B；
F.第二爬壁机器人(WCR2)的母端驱动电机(37)及公端驱动电机(38)工作、顺时针旋转，使第一爬壁机器人(WCR1)改变姿态，直至第一爬壁机器人(WCR1)的吸盘(5)的倾斜角度和交叉面B平行；
G.第二爬壁机器人(WCR2)后退，使第一爬壁机器人(WCR1)的吸盘(5)压紧交叉面B，转变第一、二爬壁机器人(WCR1、WCR2)的吸附状态，第一爬壁机器人(WCR1)吸附交叉面B，第二爬壁机器人(WCR2)不再吸附交叉面A；
H.第一爬壁机器人(WCR1)的母端驱动电机(37)及公端驱动电机(38)工作、顺时针旋转，使第二爬壁机器人(WCR2)改变姿态，待第二爬壁机器人(WCR2)的吸盘(5)与交叉面B压紧，改变第二爬壁机器人(WCR2)的吸附状态，使其吸附交叉面B，完成交叉面凸过渡。
10.按权利要求9所述的爬壁方法，其特征在于：所述第一、二爬壁机器人(WCR1、WCR2)对接之后形成行星轮系结构，当第一爬壁机器人(WCR1)吸附壁面，其齿轮外壳(1)作为行星轮系结构的太阳轮(34)，第二爬壁机器人(WCR2)不吸附壁面，其齿轮外壳(1)作为行星轮系结构的行星轮(35)，第一、二爬壁机器人(WCR1、WCR2)各自的母端、公端对接装置(7、8)作为行星轮系的转臂(36)；当第二爬壁机器人(WCR2)吸附壁面，其齿轮外壳(1)作为行星轮系结构的太阳轮(34)，第一爬壁机器人(WCR1)不吸附壁面，其齿轮外壳(1)作为行星轮系结构的行星轮(35)，第一、二爬壁机器人(WCR1、WCR2)各自的母端、公端对接装置(7、8)作为行星轮系的转臂(36)。
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