CN106741270B - 双足协调作动的爬壁式机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了双足协调作动的爬壁式机器人，包括前足和后足、PLC控制器，前足和后足，底部分别连接有两个负压部；伸缩移动杆，连接在前足和后足之间，包括依次固定在前足和后足之间的固定杆、套筒和固定杆，以及套在这三者外侧的弹簧；弹簧，靠近前足或者后足的一端通过竖向伺服电机连接，进而驱动机器人前后运动；套筒的外侧左右位置方向连接有三通接头，三通管接头依次连接横向伸缩套筒和横向运动杆、横向伺服电机，横向横向伺服电机驱动横向运动杆横向运动，进而带动前足以及后足横向运动。本发明的爬壁机器人，具有对壁面结构形状适应能力强，稳定性好，不受壁面材料限制，移动灵活、可用性强、安全可靠等特点。

Description

双足协调作动的爬壁式机器人

技术领域

本发明涉及爬壁机器人技术领域，特别是涉及双足协调作动的爬壁式机器人。

背景技术

爬壁机器人作为机器人的一个特殊分支，其特点是能克服重力作用在墙壁、天花板上自由运动。由于爬壁机器人工作的特殊性，受到世界各国科研工作者的关注。从20世纪80年代中期开始，世界各发达国家相继研制出各具特色的爬壁机器人。如何实现有效吸附，是爬壁机器人最为关键的研究内容。目前主要采用负压吸附、磁吸附和仿生吸附三种吸附技术。 仿生吸附方式爬壁机器人:一些昆虫在光滑表面能抵抗超过它们自身重力百倍的分离力并在这些表面上自由行走，给爬壁机器人的吸附机构设计带来了启示。如美国斯坦福大学研制的“粘虫”爬壁机器人stickybot，其足底装有人造毛，能确保足底和墙体接触面积增加。 磁吸附方式爬壁机器人:磁吸附式爬壁机器人，可产生很大的吸附力，但只适合在导磁面上吸附工作。1984年，日本日立制作所研制出足式磁吸附式爬壁机器人。东京工业大学研制的Disk Rover永磁吸附轮式爬壁机器人。我国上海交通大学、哈尔滨工业大学研制开发出履带移动方式和永磁吸附方式爬壁机器人。 负压吸附方式爬壁机器人:负压吸附爬壁机器人是通过吸盘内外负压差作用，在壁面产生吸附力，但负压发生装置的类型具有多样性，其机理也各不相同。进行研究工作较早的有外接负压源的爬壁机器人，日本东京工业大学开发的NINJA系列4足关节式爬壁机器人，北京航空航天大学研制的Sky cleaner 3机器人等，机器人通过吸盘组的交替吸附和臂的相对运动实现运动。 真空泵应用在本体中的机器人用的一般是微小型往复式真空泵，由于真空泵可产生较高的真空度，面积较小的吸盘产生的吸附力就足以使机器人吸附在光滑的壁面上。美国密执根大学、哈工大研制的微小型尺蠖式机器人样机都采取了微型真空泵吸附足机构。 应用离心风扇的爬壁机器人是利用电机转动带动风扇高速旋转，抽出机器人负压腔内的空气形成负压提供吸附力。在粗糙壁面上具有较大的吸附力和较好的运动能力。由于其良好的壁面适应能力，受到了广泛的关注。意大利研制的ALICIA爬壁机器人， 负载为15kg，能跨越10mm高障碍。哈尔滨工业大学、上海交通大学、北京航空航天大学研究的爬壁机器人，性能存在相类似之处。机器人采用了吸尘器的风机作为负压发生装置，具有良好的墙壁适应能力， 此外还有文丘里管式和模拟龙卷风式等。

目前市场上也有类似的爬壁机器人，有采用永磁式结构而磁吸附方式壁面必须是导磁材料，或者是仿生机器人，类似于用钩爪等、或者是负压式但构造都较为复杂。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了适应能力强，稳定性好，不受壁面材料限制，移动灵活，结构简单，操作灵活的爬壁机器人。

本发明所采用的技术方案是： 双足协调作动的爬壁式机器人，包括前足和后足、PLC控制器， 前足和后足，底部分别连接有两个负压部；

每一个负压部，包括负压端头，以及设于其内靠近墙壁设置的压力传感器以及距离传感器，负压端头通过伸缩杆、伸缩套筒和联轴器连接在行走伺服电机上获取动力，行走伺服电机设于前足或后足内部；

伸缩移动杆，连接在前足和后足之间，包括依次固定在前足和后足之间的固定杆、套筒和固定杆，以及套在这三者外侧的弹簧；

弹簧，靠近前足或者后足的一端通过竖向伺服电机连接，进而驱动机器人前后运动；

套筒的外侧左右位置方向连接有三通接头，三通接头依次连接横向伸缩套筒和横向运动杆、横向伺服电机，横向伺服电机驱动横向运动杆横向运动，进而带动前足以及后足横向运动；

竖向伺服电机、横向伺服电机和行走伺服电机共同连接PLC控制器，实现双足上下、左右协同作动。

进一步地，每一个负压部的负压端头与伸缩杆通过螺纹配合连接，同时伸缩套筒和前足或后足之间也通过螺纹配合连接。

进一步地，固定杆与前足或后足之间通过螺钉固定连接。

进一步地，横向伺服电机通过相对于前足和后足平行的方向可移动的连接在前足与后足上。

进一步地，横向伺服电机左、右两侧分别设有一根横梁，横梁与前足或后足之间至少设有一根横向伸缩杆，每一根横向伸缩杆垂直于前足、后足和横梁。

进一步地，每一根横向伸缩杆外侧还设有回复弹簧。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的爬壁机器人，能够在墙壁上像壁虎一样实现上下左右自动移动，该机主要是通过负压式、采用多个吸附结构吸附墙壁，伸缩式蠕动前进实现移动功能，从而能够在墙面上平稳运行。能够实现其相关的各种辅助功能，像清洁墙壁、墙壁涂色、墙壁上管道和缆线排布等，具有对壁面结构形状适应能力强，稳定性好，不受壁面材料限制，移动灵活、可用性强、安全可靠等特点。利用遥控器操作，控制灵活方便，有很好的应用前景。

附图说明

图1为双足协调作动的爬壁式机器人的一个实施例的结构示意图；

图2为图1的实施例的俯视图；

图3为图1的实施例的侧视图；

图4为图1的实施例的负压部与前足或后足的连接关系图；

其中：1-前足，2-负压端头，3-后足，4-固定杆，5-套筒，6-弹簧，7-三通接头，8-横向伸缩套筒，9-横向运动杆，10-横向伺服电机，11-竖向伺服电机，12-负压部，13-伸缩杆，14-伸缩套筒，15-联轴器，16-行走伺服电机，17-横梁，18-横向伸缩杆，19-回复弹簧。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。

如图1和图2所示，双足协调作动的爬壁式机器人，包括前足1和后足3、PLC控制器，前足1和后足3，底部分别连接有两个负压部12；每一个负压部12，包括负压端头2，以及设于其内靠近墙壁设置的压力传感器以及距离传感器，负压端头2通过伸缩杆13、伸缩套筒14和联轴器15连接在行走伺服电机16上获取动力，行走伺服电机16设于前足或后足内部；伸缩移动杆，连接在前足和后足之间，包括依次固定在前足和后足之间的固定杆4、套筒5和固定杆4，以及套在这三者外侧的弹簧6；参见图4，弹簧6，靠近前足1或者后足3的一端通过竖向伺服电机11连接，进而驱动机器人前后运动；套筒5的外侧左右位置方向连接有三通接头7，三通接头7依次连接横向伸缩套筒8和横向运动杆9、横向伺服电机10，横向伺服电机10驱动横向运动杆9横向运动，进而带动前足以及后足横向运动；竖向伺服电机11、横向伺服电机10和行走伺服电机16共同连接PLC控制器，实现双足上下、左右协同作动，具有较好的应用效果，适用于相关的各种辅助功能，像清洁墙壁、墙壁涂色、墙壁上管道和缆线排布等，具有对壁面结构形状适应能力强，稳定性好，不受壁面材料限制。

在上述实施例中，如图2和图4所示，每一个负压部12的负压端头2与伸缩杆13通过螺纹配合连接，同时伸缩套筒14和前足或后足之间也通过螺纹配合连接，具有较为稳定的行走效果。

在上述实施例中，固定杆4与前足或后足之间通过螺钉固定连接，方便安装以及维修。

在上述实施例中，横向伺服电机10通过相对于前足1和后足3平行的方向可移动的连接在前足与后足上，使得横向伺服电机10具有较为稳定的行走效果，并且保证机器人的整体重心平衡。横向伺服电机10左、右两侧分别设有一根横梁17，横梁17与前足或后足之间至少设有一根横向伸缩杆18，每一根横向伸缩杆18垂直于前足、后足和横梁17，保证前、后足能够协调往左或往右运动，保证其一致性，另外也能保证上下运动时的整体性。每一根横向伸缩杆18外侧还设有回复弹簧19，回复弹簧作用于横梁17，同时将横梁17及时回位。

本发明的爬壁机器人,利用负压原理，采用多个吸附结构，具有对壁面结构形状适应能力强，稳定性好，不受壁面材料限制，移动灵活等特点。机器人控制利用遥控器操作，控制灵活方便，有很好的应用前景。

本发明的实施例公布的是较佳的实施例，但并不局限于此，本领域的普通技术人员，极易根据上述实施例，领会本发明的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本发明的精神，都在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.双足协调作动的爬壁式机器人，包括前足（1）和后足（3）、PLC控制器，

前足和后足，底部分别连接有两个负压部（12）；其特征在于：每一个负压部（12），包括负压端头（2），以及设于其内靠近墙壁设置的压力传感器以及距离传感器；

负压端头（2）通过伸缩杆（13）、伸缩套筒（14）和联轴器（15）连接在行走伺服电机（16）上获取动力，行走伺服电机（16）设于前足或后足内部；

伸缩移动杆，连接在前足和后足之间，包括依次固定在前足和后足之间的固定杆（4）、套筒（5）和固定杆（4），以及套在这三者外侧的弹簧（6）；

弹簧（6），靠近前足或者后足的一端通过竖向伺服电机（11）连接，进而驱动机器人前后运动；

套筒（5）的外侧左右位置方向连接有三通接头（7），三通接头（7）依次连接横向伸缩套筒（8）和横向运动杆（9）、横向伺服电机（10），所述横向伺服电机（10）驱动横向运动杆（9）横向运动，进而带动前足以及后足横向运动；

所述竖向伺服电机（11）、横向伺服电机（10）和行走伺服电机（16）共同连接PLC控制器，实现双足上下、左右协同作动。

2.根据权利要求1所述的双足协调作动的爬壁式机器人，其特征在于：每一个负压部（12）的负压端头（2）与伸缩杆（13）通过螺纹配合连接，同时伸缩套筒（14）和前足或后足之间也通过螺纹配合连接。

3.根据权利要求1所述的双足协调作动的爬壁式机器人，其特征在于：固定杆（4）与前足或后足之间通过螺钉固定连接。

4.根据权利要求1所述的双足协调作动的爬壁式机器人，其特征在于：所述横向伺服电机（10）通过相对于前足和后足平行的方向可移动的连接在前足与后足上。

5.根据权利要求4所述的双足协调作动的爬壁式机器人，其特征在于：所述横向伺服电机（10）左、右两侧分别设有一根横梁（17），所述横梁（17）与前足或后足之间至少设有一根横向伸缩杆（18），每一根所述横向伸缩杆（18）垂直于前足、后足和横梁（17）。

6.根据权利要求5所述的双足协调作动的爬壁式机器人，其特征在于：每一根所述横向伸缩杆（18）外侧还设有回复弹簧（19）。