CN106347515B - 适用于光滑壁面的爬壁机器人的无源负压吸附足 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于光滑壁面的爬壁机器人的无源负压吸附足，包括无源吸盘、连接轴、轴套、连接架、拨转片、滚动轴承、压力环、辅助支架、自锁拉簧、脱离拉簧一、脱离拉簧二。在三个拉簧的共同作用下，当无源吸盘初始贴合壁面时，压力环与壁面间存在一定的夹角。当拨转片正向拨转时，该夹角将逐渐消失，压力环最终压紧吸盘，从而实现吸附足在光滑壁面的稳定吸附。当拨转片反向拨转时，利用压力环与壁面的夹角，在三个拉簧的共同作用下，无源吸盘将从边缘开始与壁面逐渐脱离，最终实现吸附足在光滑壁面的原地脱离功能。本发明克服了无源吸盘易吸附难脱离的缺陷，使普通无源吸盘能够在爬壁机器人上广泛应用。

Description

适用于光滑壁面的爬壁机器人的无源负压吸附足

技术领域

本发明涉及爬壁机器人领域，具体地说是一种适用于光滑壁面的爬壁机器人的无源负压吸附足。

背景技术

随着机器人技术的迅速发展，属于特种机器人领域的爬壁机器人在各个场合都取得了广泛的应用和发展。爬壁机器人根据应用场合壁面情况采用不同的方式实现位置稳定功能。例如在粗糙表面通过真空泵产生的气压差稳定的贴附在壁面，在铁磁性表面通过电磁铁或永磁铁的磁力稳定的贴附在壁面，在崎岖的岩壁上通过爪式机构夹持凸起岩石的夹持力稳定的贴附在壁面。中国专利201510747519.0中公开的吸盘借助自身变形产生的负压差可以稳定的吸附在光滑壁面上，相比通过负压泵实现吸附的吸盘，该类吸盘具有持续稳定吸附、没有噪声等优点。但是由于不能较好的实现吸盘与壁面的脱离，因此该类吸盘在爬壁机器人领域并未得到广泛应用。由于该类吸盘工作时不需要外接负压装置提供负压，因此在本发明中将此类吸盘称为无源吸盘。目前应用于光滑壁面的爬壁机器人通常采用吸盘加外接负压装置实现吸附功能。中国专利201510246530.9中公开了一种适用于光滑壁面的爬壁机器人的负压吸附足，该吸附足中的吸盘通过吸盘控制电磁阀的状态切换，借助外接负压源实现吸附、脱离功能。但是该发明结构较为复杂、外接负压吸附装置存在着噪声、震动等缺点。

发明内容

为了充分利用无源吸盘在光滑壁面上的稳定吸附优势，克服现有技术中通过外接负压装置实现光滑壁面吸附功能所带来的持续噪声、持续震动、结构复杂的不足，本发明提供了一种结构简单、无需外接负压装置、可实现稳定吸附及原地脱离的无源负压吸附足。该吸附足能够充分利用普通吸盘在光滑表面吸附力强的优势，同时解决了无源吸盘难脱离的缺点，省去了外接负压装置，简化了整体结构，降低了成本。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种适用于光滑壁面的爬壁机器人的无源负压吸附足，包括无源吸盘、压力环、拨转片、连接轴、自锁拉簧、脱离拉簧一、脱离拉簧二、连接架和辅助支架，所述无源吸盘的中间为带有连接孔的中间柱体，无源吸盘一侧的边缘上有一个带有通孔的凸台；所述连接轴穿过无源吸盘中间柱体的连接孔与无源吸盘连接，连接轴的中面与无源吸盘中面重合，连接轴的两端装有拨转片；所述拨转片与无源吸盘之间安装了用于压紧无源吸盘边缘的压力环，拨转片与压力环通过自锁拉簧连接，确保拨转片能够与压力环能够始终接触，拨转片与压力环接触部分为凸轮结构；所述压力环上安装有辅助支架，连接轴位于辅助支架组成的轨道内，辅助支架既确保了压力环位置的稳定又限制了连接轴只能在辅助支架组成的轨道内移动；所述连接轴上还装有用于与机器人主体连接的连接架，连接架的两侧分别连接脱离拉簧一和脱离拉簧二；所述脱离拉簧一的另一端与同侧的压力环边缘连接，脱离拉簧二的另一端与同侧的无源吸盘边缘的凸台连接；所述脱离拉簧一、脱离拉簧二分布在无源吸盘的两侧，并且脱离拉簧一、脱离拉簧二在一个平面上，同时该平面与连接轴相互垂直。在无源吸盘通过按压力初始贴合在光滑壁面后，通过拨转片正向拨转可实现无源吸盘在光滑壁面上的稳定吸附，同时通过拨转片反向拨转可实现无源吸盘在光滑壁面上的原地脱离功能。

进一步地，所述无源吸盘是指无需外接负压装置便可以稳定吸附在光滑壁面上的吸盘。

进一步地，所述压力环在脱离拉簧一、脱离拉簧二的共同作用下，在无源吸盘初始贴合上光滑壁面时，无源负压吸附足的压力环与壁面之间存在一定的夹角。同时，拨转片正向拨转是指拨转片转向压力环与壁面所形成夹角的顶点所在的一侧，拨转片反向拨转是指转向相反的一侧。

有益效果

本发明提出的一种适用于光滑壁面的爬壁机器人的无源负压吸附足，该无源负压吸附足在吸盘初始贴合上壁面后，通过拨转片正向旋转带动吸盘中间圆柱体向上抬升，吸盘内部形成负压空腔，同时吸盘变形产生的反向作用力通过中间圆柱体传递给连接轴，再由连接轴两端的拨转片传递给压力环，最终增强压力环对吸盘边缘的作用力。在拨转片正向拨转过程中压力环与壁面的夹角逐渐变小，在正向拨转完成时，夹角变为零，压力环将吸盘边缘完全按压在壁面上，增强了吸盘边缘的密封性，同时拨转片上的自锁拉簧确保了拨转片拨转后的位置稳定，提高了该无源负压吸附足的吸附稳定性。拨转片反向拨转时，吸盘中间圆柱体下降，吸盘内部的空腔负压值逐渐降低，吸盘变形逐渐消失，压力环与吸盘边缘作用力逐渐消失，拨转片继续反向拨转，通过脱离拉簧一、脱离拉簧二的共同作用，将与脱离拉簧二连接的吸盘边缘从壁面剥离，并且剥离位置逐渐由边缘向吸盘中心移动，直至吸盘脱离。

附图说明

图1为本发明吸盘的示意图

图2为本发明压力环的示意图

图3为本发明吸盘初始贴合壁面状态的主视图

图4为本发明吸盘初始贴合壁面状态的立体图

图5为本发明拨转片正向拨转后整个吸附模块稳定吸附状态的示意图

图6为本发明拨转片反向拨转后整个吸附模块实现原地脱离状态的示意图

图中：

1.吸盘 2.压力环 3.拨转片 4.滚动轴承 5.自锁拉簧 6.连接轴 7.轴套 8.连接架

9.脱离拉簧一 10.脱离拉簧二 11.辅助支架

具体实施方式

以下结合附图与具体实施方式对本发明做进一步描述。

如图1-图4所示，所述吸盘1中间部位设有带孔圆柱体，连接轴6通过该孔连接吸盘1和连接架8，并且连接轴6可以相对于吸盘1转动；所述连接轴6的两端分别通过紧配合装有一个拨转片3，从而确保拨转时，两侧拨转片3能够同步拨转，同时拨转片3与连接架8之间通过轴套7保证相对位置；所述拨转片3上装有两个滚动轴承4，分别作为拨转片3正、反向拨转时的受力部件；所述压力环2位于吸盘1与拨转片3之间，压力环2与吸盘1之间同心，确保压力环2能够对吸盘1的边缘均匀施力，压力环2两边通过自锁拉簧5与拨转片3连接，同时在自锁拉簧5的作用下，压力环2始终与拨转片3的凸轮廓线部分接触；所述脱离拉簧一9的一端钩在压力环2边缘的孔上，另一端钩在连接架8一侧预留的孔上；所述脱离拉簧二10的一端钩在吸盘边缘凸台的孔上，另一端钩在连接架8另一侧预留的孔上；上述所有的拉簧在安装后都已经存在一定的预紧力。

如图3、图5所示，当吸盘1贴合上壁面后，在自锁拉簧5、脱离拉簧一9、脱离拉簧10的共同作用下，压力环2始终与拨转片3的凸轮廓线接触，拨转片3顺时针拨转过程中，压力环2逐渐贴合上吸盘，同时拨转片3通过连接轴6抬升吸盘1中间部位的圆柱，从而使吸盘内部形成负压空腔，吸盘1稳定吸附在壁面上；当拨转片3完全拨转后，压力环2完全压住吸盘1的边缘，吸盘1到达最大吸附力状态，同时在自锁拉簧5的作用下，拨转片3能够稳定的保持在该位置。

如图6所示，当拨转片3逆时针拨转时，吸盘1的圆柱部分抬升高度逐渐降低，吸盘内部负压空腔逐渐减小，压力环2对吸盘1边缘的压力逐渐减小；当吸盘1的圆柱部分抬升高度完全消失时，整个吸附模块恢复到吸盘1初始贴合壁面时的状态；当拨转片3继续逆时针拨转时，在自锁拉簧5、脱离拉簧一9、脱离拉簧10的共同作用下，脱离拉簧二10通过吸盘1边缘的凸台部分将吸盘1对应边缘从壁面上揭离；随着拨转片3进一步逆时针拨转，吸盘1与壁面的脱离部位逐渐从边缘向中心移动；当拨转片3完成逆时针拨转后，吸盘1的脱离部位到达吸盘1的中心，吸盘1失去吸附能力，实现了原地脱离。

Claims (1)

1.一种适用于光滑壁面的爬壁机器人的无源负压吸附足，其特征在于：包括无源吸盘、压力环、拨转片、连接轴、自锁拉簧、脱离拉簧一、脱离拉簧二、连接架和辅助支架，所述无源吸盘是指无需外接负压装置便可以稳定吸附在光滑壁面上的吸盘，无源吸盘的中间为带有连接孔的中间柱体，无源吸盘一侧的边缘上有一个带有通孔的凸台；所述连接轴穿过无源吸盘中间柱体的连接孔与无源吸盘连接，连接轴的中面与无源吸盘中面重合，连接轴的两端装有拨转片；所述拨转片与无源吸盘之间安装了用于压紧无源吸盘边缘的压力环，拨转片与压力环通过自锁拉簧连接，确保拨转片能够与压力环能够始终接触，拨转片与压力环接触部分为凸轮结构；所述压力环上安装有辅助支架，连接轴位于辅助支架组成的轨道内，辅助支架既确保了压力环位置的稳定又限制了连接轴只能在辅助支架组成的轨道内移动；所述连接轴上还装有用于与机器人主体连接的连接架，连接架的两侧分别连接脱离拉簧一和脱离拉簧二；所述脱离拉簧一的另一端与同侧的压力环边缘连接，脱离拉簧二的另一端与同侧的无源吸盘边缘的凸台连接；所述脱离拉簧一、脱离拉簧二分布在无源吸盘的两侧，并且脱离拉簧一、脱离拉簧二在一个平面上，同时该平面与连接轴相互垂直；无源吸盘通过按压力实现与光滑壁面的初始贴合，压力环在脱离拉簧一和脱离拉簧二的共同作用下与壁面之间形成一定的夹角，通过拨转片转向压力环与壁面所形成夹角的顶点所在的一侧可实现无源吸盘在光滑壁面上的稳定吸附，同时通过拨转片转向相反方向可实现无源吸盘在光滑壁面上的原地脱离功能。