CN112046634A - 一种仿壁虎式桥梁勘探机器人及其桥梁勘探方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种仿壁虎式桥梁勘探机器人及其桥梁勘探方法。现有机器人不能很好适应桥梁表面粗糙的情况。本发明包括躯干座体、髋关节处正交结构、末端驱动件、中间连接组件、真空吸盘组件、尾部平衡杆、躯干部支撑杆和摄像装置。中间连接组件和真空吸盘组件均设有球铰链，使得带球体平台在n根弹簧作用下自动绕球铰链摆动，真空吸盘即使在粗糙平面仍能牢靠吸附桥梁壁面上；尾部平衡杆的弹性尾杆始终接触桥梁壁面，能保持机器人稳定，形成稳定域；躯干部支撑杆便于将机器人放置于勘探位置和快速收回机器人，缩减机器人作业时间，提高作业效率。

Description

一种仿壁虎式桥梁勘探机器人及其桥梁勘探方法

技术领域

本发明属于桥梁勘探技术领域，具体涉及一种仿壁虎式桥梁勘探机器人及其桥梁勘探方法。

背景技术

随着当今社会的进步，越来越多的工作被机器人所替代。某些行业，对勘探要求非常之高。勘探表面粗糙，勘探点不易上人，勘探位置面积过小，这样如果使用传统人力勘探，便不易完成任务。有人使用机器人来勘探桥梁有无锈坏，裂缝情况。但是由于桥梁表面粗糙，桥梁面变化多端，机器人出现了吸附不稳，无法长时间保持平衡的现象。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种仿壁虎式桥梁勘探机器人及其桥梁勘探方法。

本发明一种仿壁虎式桥梁勘探机器人，包括躯干座体、髋关节处正交结构、末端驱动件、中间连接组件、真空吸盘组件、尾部平衡杆、躯干部支撑杆和摄像装置。所述的躯干部支撑杆与躯干座体可拆卸连接；所述的尾部平衡杆设置在躯干座体尾部；躯干座体前部两侧对称设置两个髋关节处正交结构，后部两侧也对称设置两个髋关节处正交结构；所述的髋关节处正交结构包括髋关节连接架、电机连接架一、电机连接架三、电机一、电机二和大臂连接架；髋关节连接架与躯干座体固定；电机连接架一上一体成型的伸出杆通过轴承支承在髋关节连接架上，且伸出杆与电机一的输出轴固定；电机一的底座与髋关节连接架固定；电机一的输出轴水平且沿前后方向布置；电机二的输出轴穿过电机连接架三，并与电机连接架一构成转动副；电机二的底座与电机连接架三固定；电机二的输出轴竖直设置。每个髋关节处正交结构外侧设有一个末端驱动件；所述的末端驱动件包括电机连接架二、电机三和脚部连板；所述的电机连接架二与电机连接架三固定；电机三的底座固定在电机连接架二上；电机三的输出轴与电机一的输出轴平行；脚部连板与电机三的输出轴固定；电机一、电机二和电机三均由控制器控制。

每个末端驱动件的脚部连板与一个中间连接组件连接；每个中间连接组件通过连接架连接沿圆周均布的三个真空吸盘组件。所述的真空吸盘组件包括真空吸盘、活塞杆、锥型橡胶塞、弹簧一、中间体、连接套和分支连接组件；中间体的中心孔由沿轴向依次排布的通气孔段、小孔径段、大孔径段和锥孔段组成；活塞杆套置在中间体内，并与中间体的小孔径段构成滑动副；活塞杆一端一体成型的定位杆段置于中间体的通气孔段内，弹簧一套置在活塞杆上，锥型橡胶塞固定套置在活塞杆另一端；弹簧一一端由锥型橡胶塞限位，另一端由中间体的小孔径段和大孔径段之间的过渡台阶限位；所述的弹簧一为压缩弹簧；真空吸盘与中间体设置锥孔段的那端外壁固定，且真空吸盘与中间体连接位置处设有一个密封圈；连接套的开口端与中间体设置通气孔段的那端外壁固定；中间体与连接套连接位置处设有一个密封圈，且中间体在通气孔段外端位置固定有密封块；密封块开设的中心孔连通连接套内腔和中间体的通气孔段；连接套侧部开口处设有吸管；吸管内端与连接套内腔连通，外端与真空设备通过电磁阀连接；电磁阀和真空设备均由控制器控制。锥型橡胶塞端面设有压力传感器，压力传感器的信号输出端与控制器连接。所述的中间连接组件和分支连接组件均包括带球体平台、带球窝杆和弹簧二；带球体平台上设有一体成型的球体以及沿圆周均布的n个挂钩，n≥3；带球窝杆上一体成型的半球球窝与球环球窝通过螺钉固定；半球球窝和球环球窝组成的球窝本体与球体形成球铰链；半球球窝上设有一体成型且沿圆周均布的n个挂钩；半球球窝上的每个挂钩与带球体平台上周向位置对应的挂钩通过弹簧二连接，弹簧二为拉伸弹簧；中间连接组件的带球窝杆顶部与脚部连板固定，中间连接组件的带球体平台与连接架固定；分支连接组件的带球窝杆与连接架固定，分支连接组件的带球体平台与连接套的封闭端固定。

优选地，真空吸盘内为标准大气压状态下，锥型橡胶塞的外端面超出真空吸盘的外端面k毫米，k在0.1-0.2范围内取值。

优选地，所述的尾部平衡杆包括舵机、连接杆、折板和弹性尾杆；所述连接杆的一端与舵机的输出轴固定，另一端与折板固定；舵机的输出轴水平且垂直于连接杆设置；舵机的底座固定在躯干座体上；舵机由控制器控制；折板与弹性尾杆固定。

优选地，所述的躯干部支撑杆包括支撑杆筒、突出耳、弹簧四、弧形槽道、长条杆、滚子和按钮。所述的支撑杆筒与固定在躯干座体上的连接筒构成滑动副；长条杆置于支撑杆筒内，一端与按钮固定，另一端固定有两个滚子；按钮与支撑杆筒构成滑动副；支撑杆筒侧壁开设有沿周向均布的两个槽口，每个槽口内设置一个突出耳；突出耳内侧固定有弧形槽道和两根连接柱；两个滚子与两个突出耳上的弧形槽道分别构成滑动副；不同突出耳上位置对齐的每两根连接柱通过一根弹簧三连接；支撑杆筒远离按钮的那端内部设有弹簧四，弹簧四的两端分别与支撑杆筒端面和支撑板接触，支撑板与两个突出耳上一体成型的平板部均接触；两个突出耳分别嵌入连接筒内壁开设的对应卡槽内。所述的突出耳与平板部之间设有弧形连接部。

优选地，所述的摄像装置包括三点摄像头、云台和伸缩架。所述的云台与躯干座体通过竖直设置的伸缩架连接，三点摄像头固定在云台上；伸缩架和云台均由控制器控制，云台的转轴竖直设置；三点摄像头的信号输出端经信号采集卡连接控制器。

该仿壁虎式桥梁勘探机器人的桥梁勘探方法，具体如下：

通过躯干部支撑杆将躯干座体放置于桥梁壁面上，然后，各真空吸盘组件吸附在壁面上，将躯干部支撑杆脱离躯干座体，使尾部平衡杆接触桥梁壁面；躯干座体的行走通过左前位置真空吸盘组件和右后位置真空吸盘组件向前迈，或右前位置真空吸盘组件和左后位置真空吸盘组件向前迈来实现；接着，通过摄像装置对桥梁进行勘探。桥梁勘探结束后，手拿躯干座体，若够不着躯干座体，则在躯干座体上装上躯干部支撑杆；待各真空吸盘组件脱离壁面后，取下躯干座体。

优选地，真空吸盘组件吸附在壁面的过程具体如下：打开电磁阀，利用真空设备进行抽气，使中间体的通气孔段内的空气依次经密封块的中心孔、连接套的内腔和吸管被抽出，密封块与活塞杆之间的气压变小，从而活塞杆带动锥型橡胶塞一起朝靠近中间体的通气孔段方向移动，真空吸盘内的空气通过活塞杆与中间体的缝隙向中间体的通气孔段移动，降低真空吸盘内的气压；待锥型橡胶塞与中间体的锥孔段完全贴合时，真空吸盘吸附在壁面上。当真空设备的抽气时间达到预设值时，关闭电磁阀和真空设备。

优选地，躯干部支撑杆脱离躯干座体的过程具体如下：按下按钮，带动长条杆和滚子移动，使得两个突出耳上的两个弧形槽道带动两个突出耳向内收缩并压缩弹簧四，突出耳脱离连接筒的卡槽；然后将躯干部支撑杆从连接筒内拔出。在躯干座体上装上躯干部支撑杆的具体过程如下：按下按钮，两个突出耳向内收缩；将支撑杆筒插入连接筒内，然后松开按钮，弹簧四伸长，顶着突出耳向外移动；接着，旋转支撑杆筒，直到两个突出耳嵌入连接筒对应的卡槽内。

优选地，真空吸盘组件向前迈的过程具体如下：打开电磁阀，空气逐渐经吸管进入连接套的内腔，再依次经密封块的中心孔、中间体的通气孔段和活塞杆与中间体的缝隙向真空吸盘内移动，真空吸盘内的负压逐渐转化成为标准大气压，此时活塞杆在重力和弹簧一的弹力作用下，带动锥型橡胶塞一起朝远离中间体的通气孔段方向移动；当锥型橡胶塞抵住壁面时，真空吸盘脱离壁面。接着，髋关节处正交结构的电机一驱动电机连接架一摆动，带动电机连接架二、电机连接架三和真空吸盘组件绕水平轴摆动；且电机三驱动电机连接架二摆动，带动脚部连板和真空吸盘组件绕水平轴摆动，从而实现真空吸盘组件抬升；然后，电机二驱动电机连接架三摆动，带动电机连接架二和真空吸盘组件绕竖直轴摆动，从而实现真空吸盘组件向前行走；行走到位后，电机一和电机三作用，实现真空吸盘组件下降；当锥型橡胶塞上的压力传感器触碰壁面，控制器判断压力传感器检测到的压力达到预设值时，打开电磁阀，利用真空设备进行抽气，真空吸盘吸附在壁面上；当真空设备的抽气时间达到预设值时，关闭电磁阀和真空设备。

优选地，真空吸盘组件吸附在壁面上或真空吸盘组件向前迈的过程中，锥型橡胶塞上的压力传感器触碰壁面状态下，若壁面粗糙，中间连接组件和分支连接组件中沿圆周均布的n根弹簧二对带球体平台的作用力不再平衡，带球体平台绕球窝本体与球体形成的球铰链摆动，使得真空吸盘与粗糙的壁面贴合；若壁面光滑，带球体平台在n根弹簧二作用下自动绕球窝本体与球体形成的球铰链摆动至活塞杆垂直于壁面，使得真空吸盘与光滑壁面贴合，从而始终保证真空吸盘牢靠吸附在壁面上。

本发明具有的有益效果：

1、本发明的中间连接组件和真空吸盘组件均设有球铰链，具有较小范围的三维活动空间，使得带球体平台在n根弹簧二作用下自动绕球铰链摆动，真空吸盘始终能牢靠吸附桥梁壁面上，即使遇到粗糙平面仍能稳稳吸附，从而使本发明稳定性好，勘探精度高，适用范围更广，能适应更多的环境。另外，本发明通过锥型橡胶塞与中间体的锥孔段形成密封，从而使真空吸盘内负压稳定，进而使吸附力稳定。而且，真空吸盘需要脱离壁面时，活塞杆端面的锥型橡胶塞超出真空吸盘的外端面，辅助真空吸盘快速脱离。

2、本发明的髋关节处正交结构和末端驱动件结合，实现了真空吸盘组件的行走，同时两个动力实现真空吸盘组件的抬升或下降动作，便于调节真空吸盘组件抬升或下降动作完成后仍垂直于壁面。

3、进行桥梁勘探整个过程中，尾部平衡杆的弹性尾杆始终接触桥梁壁面，能保持机器人稳定，形成稳定域，给摄像装置提供稳定的拍摄环境。而如果没有尾部平衡杆，机器人行走过程中由于重心位置的变化，容易出现失稳导致左右晃动的现象。

4、本发明的躯干部支撑杆便于使用者将本发明放置于勘探位置，节省了机器人的移动时间，从而大大缩减了机器人作业时间，提高了作业效率。另外，本发明放置于勘探位置后，可以方便地取下，避免干涉到勘探任务的执行。而躯干部支撑杆而勘探任务完成后，也可以重新装上躯干部支撑杆，快速收回机器人。

5、本发明的伸缩架和云台结合，扩大了勘探视野，大大提高了观测面积和观测效率，从而提高了勘探质量，能更好地观测到桥梁问题，避免了视野盲区。

附图说明

图1是本发明桥梁勘探机器人的整体结构侧视图。

图2是图1的左视图。

图3是本发明桥梁勘探机器人移除摄像装置后的结构俯视图。

图4是本发明中髋关节处正交结构和末端驱动件的装配立体图。

图5是本发明中摄像装置的结构立体图。

图6是本发明的中间连接组件结构剖视图。

图7是本发明中真空吸盘组件的结构剖视图。

图8是本发明中躯干部支撑杆的结构剖视图。

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步详细的说明。

如图1、2、3和4所示，一种仿壁虎式桥梁勘探机器人，包括躯干座体12、髋关节处正交结构、末端驱动件、中间连接组件、真空吸盘组件、尾部平衡杆、躯干部支撑杆和摄像装置。躯干部支撑杆与躯干座体12可拆卸连接；尾部平衡杆设置在躯干座体12尾部；躯干座体12前部两侧对称设置两个髋关节处正交结构，后部两侧也对称设置两个髋关节处正交结构；髋关节处正交结构包括髋关节连接架21、电机连接架一22、电机连接架三28、电机一、电机二和大臂连接架26；髋关节连接架21与躯干座体12固定；电机连接架一22上一体成型的伸出杆通过深沟球轴承24支承在髋关节连接架21上，且伸出杆与电机一的输出轴固定；电机一的底座与髋关节连接架21固定；电机一的输出轴水平且沿前后方向布置；过渡件23与电机连接架一22固定；电机二的输出轴穿过电机连接架三28，并通过深沟球轴承24支承在过渡件23上；电机二的底座与电机连接架三固定；电机二的输出轴竖直设置。每个髋关节处正交结构外侧设有一个末端驱动件；末端驱动件包括电机连接架二20、电机三和脚部连板19；电机连接架二20与电机连接架三通过大臂连接架26固定连接；电机三的底座固定在电机连接架二20上；电机三的输出轴与电机一的输出轴平行；脚部连板19与电机三的输出轴固定；电机一、电机二和电机三均由控制器控制。

如图1、6和7所示，每个末端驱动件的脚部连板19与一个中间连接组件连接；每个中间连接组件通过连接架18连接沿圆周均布的三个真空吸盘组件。真空吸盘组件包括真空吸盘16、活塞杆33、锥型橡胶塞35、弹簧一34、中间体25、连接套36和分支连接组件；中间体25的中心孔由沿轴向依次排布的通气孔段、小孔径段、大孔径段和锥孔段组成；活塞杆33套置在中间体25内，并与中间体25的小孔径段构成滑动副；活塞杆一端一体成型的定位杆段置于中间体25的通气孔段内，弹簧一34套置在活塞杆上，锥型橡胶塞35固定套置在活塞杆另一端；弹簧一34一端由锥型橡胶塞35限位，另一端由中间体25的小孔径段和大孔径段之间的过渡台阶限位；弹簧一34为压缩弹簧；真空吸盘16与中间体25设置锥孔段的那端外壁固定，且真空吸盘16与中间体25连接位置处设有一个密封圈32；连接套36的开口端与中间体25设置通气孔段的那端外壁固定；中间体25与连接套36连接位置处设有一个密封圈32，且中间体25在通气孔段外端位置固定有密封块；密封块开设的中心孔连通连接套36内腔和中间体25的通气孔段；连接套36侧部开口处设有吸管；吸管内端与连接套36内腔连通，外端与真空设备(如真空发生器等)通过电磁阀连接；电磁阀和真空设备均由控制器控制开关。锥型橡胶塞35端面设有压力传感器(可以选用薄膜压力传感器)，压力传感器的信号输出端与控制器连接。作为一个优选实施例，真空吸盘内为标准大气压状态下，锥型橡胶塞35的外端面超出真空吸盘的外端面k毫米，k在0.1-0.2范围内取值，使得锥型橡胶塞施加于壁面的力能有效地将真空吸盘脱离壁面。中间连接组件和分支连接组件均包括带球体平台、带球窝杆17和弹簧二29；带球体平台上设有一体成型的球体30以及沿圆周均布的n个挂钩31，n≥3；带球窝杆17上一体成型的半球球窝与球环球窝通过螺钉固定；半球球窝和球环球窝组成的球窝本体与球体30形成球铰链；球窝本体采用半球球窝和球环球窝的组装方式，便于与球体30装配形成球铰链；球环球窝使得真空吸盘可以有微小的活动空间；若只有半球球窝，即不要球环球窝，则在重力影响下真空吸盘会与半球球窝脱离，同时，若球环球窝包裹过多，则会导致真空吸盘无法活动；半球球窝上设有一体成型且沿圆周均布的n个挂钩31；半球球窝上的每个挂钩31与带球体平台上周向位置对应的挂钩通过弹簧二29连接，弹簧二29为拉伸弹簧；带球体平台外设有防尘罩27。中间连接组件的带球窝杆17顶部与脚部连板19固定，中间连接组件的带球体平台与连接架18固定；分支连接组件的带球窝杆17与连接架18固定，分支连接组件的带球体平台与连接套36的封闭端固定。

作为一个优选实施例，如图1、2和3所示，尾部平衡杆包括舵机、连接杆11、折板13和弹性尾杆15；连接杆11一端与舵机的输出轴固定，另一端与折板13固定；舵机的输出轴水平且垂直于连接杆设置；舵机的底座固定在躯干座体12上；舵机由控制器控制；折板13与弹性尾杆15通过螺钉14固定。进行桥梁勘探整个过程中，舵机驱动弹性尾杆15始终接触桥梁壁面，从而平衡机器人。作为更优选实施例，弹性尾杆15的横截面为长方形。尾部平衡杆的平衡原理：本发明机器人在行走的时候会有左前位置真空吸盘组件和右后位置真空吸盘组件向前迈，或右前位置真空吸盘组件和左后位置真空吸盘组件向前迈的情况，如果没有尾部平衡杆，机器人行走过程中重心位置的变化必须设计为保持在一条直线上(左前位置真空吸盘组件和右后位置真空吸盘组件向前迈时，重心需保持在右前位置真空吸盘组件和左后位置真空吸盘组件连线上，右前位置真空吸盘组件和左后位置真空吸盘组件向前迈时，重心需保持在左前位置真空吸盘组件和右后位置真空吸盘组件连线上)，这样机器人才能保持平衡。但是现实作业中设计的出机器人重心很难满足保持在一条直线上的要求，因此机器人在走对角步态的时候会失稳，容易出现左右晃动，而引入尾部平衡杆作为附加足后，只要机器人重心位于三个足形成的三角形内，就能保持机器人稳定，形成稳定域。注意设计时，应当保证重心处于左前位置真空吸盘组件和右后位置真空吸盘组件向前迈时另外三足形成的三角形区域与右前位置真空吸盘组件和左后位置真空吸盘组件向前迈时另外三足形成的三角形区域的交集内。

作为一个优选实施例，如图1和8所示，躯干部支撑杆包括支撑杆筒1、突出耳5、弹簧四2、弧形槽道4、长条杆6、滚子3和按钮7。支撑杆筒1与固定在躯干座体12上的连接筒构成滑动副；长条杆6置于支撑杆筒1内，一端与按钮7固定，另一端固定有两个滚子3；按钮7与支撑杆筒1构成滑动副；支撑杆筒1侧壁开设有沿周向均布的两个槽口，每个槽口内设置一个突出耳5；突出耳5内侧固定有弧形槽道4和两根连接柱；两个滚子3与两个突出耳5上的弧形槽道4分别构成滑动副；不同突出耳5上位置对齐的每两根连接柱通过一根弹簧三连接；支撑杆筒1远离按钮7的那端内部设有弹簧四2，弹簧四2的两端分别与支撑杆筒1端面和支撑板接触，支撑板与两个突出耳5上一体成型的平板部均接触；两个突出耳5分别嵌入连接筒内壁开设的对应卡槽内。作为一个优选实施例，突出耳5与平板部之间设有弧形连接部，弧形连接部对突出耳5的展开起到导向作用。

作为一个优选实施例，如图1和5所示，摄像装置包括三点摄像头10、云台9和伸缩架8。云台9与躯干座体12通过竖直设置的伸缩架8连接，三点摄像头10固定在云台9上；伸缩架8和云台9均由控制器控制，云台9可绕竖直轴转动；三点摄像头10的信号输出端经信号采集卡连接控制器。

该仿壁虎式桥梁勘探机器人的桥梁勘探方法，具体如下：

通过躯干部支撑杆将躯干座体12放置于桥梁壁面上(拿着躯干部支撑杆可以将机器人放置于任何想作业的位置)，然后，各真空吸盘组件吸附在壁面上，将躯干部支撑杆脱离躯干座体12，舵机驱动连接杆11，连接杆11带动折板13和弹性尾杆15，使得弹性尾杆15接触桥梁壁面；躯干座体12的行走通过左前位置真空吸盘组件和右后位置真空吸盘组件向前迈，或右前位置真空吸盘组件和左后位置真空吸盘组件向前迈来实现；接着，通过伸缩架8升降和云台9转动，实现三点摄像头10勘探定位，三点摄像头10对桥梁进行勘探；伸缩架8和云台9结合，扩大了勘探视野，大大提高了观测面积和观测效率，从而提高了勘探质量，能更好地观测到桥梁问题，避免了视野盲区。桥梁勘探结束后，手拿躯干座体12，若够不着躯干座体12，则躯干部支撑杆插入躯干座体12上的连接筒内；待各真空吸盘组件脱离壁面后，取下躯干座体12。而相应地，将躯干部支撑杆插入躯干座体12上的连接筒内，具体过程如下：按下按钮7，两个突出耳5向内收缩；将支撑杆筒1插入连接筒内，然后松开按钮7，弹簧四2伸长，顶着突出耳5向外移动；接着，旋转支撑杆筒1，直到两个突出耳5嵌入连接筒对应的卡槽内。

作为一个优选实施例，真空吸盘组件吸附在壁面的过程具体如下：打开电磁阀，利用真空设备进行抽气，使中间体25的通气孔段内的空气依次经密封块的中心孔、连接套36的内腔和吸管被抽出，密封块与活塞杆33之间的气压变小，从而活塞杆33带动锥型橡胶塞35一起朝靠近中间体25的通气孔段方向移动，真空吸盘16内的空气通过活塞杆33与中间体25的缝隙向中间体25的通气孔段移动，降低真空吸盘16内的气压；待锥型橡胶塞与中间体25的锥孔段完全贴合时，真空吸盘16内的空气无法向中间体25的通气孔段移动，真空吸盘16吸附在壁面上，此时真空吸盘16内的压强稳定，真空吸盘16的吸力达到最大。当真空设备的抽气时间达到预设值(抽气时间达到预设值，即认为锥型橡胶塞与中间体25的锥孔段已经完全贴合)时，关闭电磁阀和真空设备。

作为一个优选实施例，躯干部支撑杆脱离躯干座体12的过程具体如下：按下按钮7，带动长条杆6和滚子3移动，使得两个突出耳5上的两个弧形槽道4带动两个突出耳5向内收缩并压缩弹簧四2，突出耳5脱离连接筒的卡槽；然后将躯干部支撑杆从连接筒内拔出。

作为一个优选实施例，真空吸盘组件向前迈的过程具体如下：打开电磁阀(但真空装置不抽气，或适当送入些空气)，空气逐渐经吸管进入连接套36的内腔，再依次经密封块的中心孔、中间体25的通气孔段和活塞杆33与中间体25的缝隙向真空吸盘16内移动，真空吸盘内的负压逐渐转化成为标准大气压，此时活塞杆33在重力和弹簧一34的弹力作用下，带动锥型橡胶塞35一起朝远离中间体25的通气孔段方向移动；当锥型橡胶塞35抵住壁面时，真空吸盘脱离壁面。接着，髋关节处正交结构的电机一驱动电机连接架一22摆动，带动电机连接架二20、电机连接架三和真空吸盘组件绕水平轴摆动；且电机三驱动电机连接架二20摆动，带动脚部连板19和真空吸盘组件绕水平轴摆动，从而实现真空吸盘组件抬升；然后，电机二驱动电机连接架三摆动，带动电机连接架二20和真空吸盘组件绕竖直轴摆动，从而实现真空吸盘组件向前行走；行走到位后，电机一和电机三作用，实现真空吸盘组件下降；当锥型橡胶塞35上的压力传感器触碰壁面，控制器判断压力传感器检测到的压力达到预设值时，打开电磁阀，利用真空设备进行抽气，真空吸盘16吸附在壁面上；当真空设备的抽气时间达到预设值时，关闭电磁阀和真空设备。

作为一个优选实施例，真空吸盘组件吸附在壁面上或真空吸盘组件向前迈的过程中，锥型橡胶塞35上的压力传感器触碰壁面状态下，若壁面粗糙，中间连接组件和分支连接组件中沿圆周均布的n根弹簧二29对带球体平台的作用力不再平衡，带球体平台绕球窝本体与球体30形成的球铰链摆动，使得真空吸盘与粗糙的壁面贴合；若壁面光滑，带球体平台在n根弹簧二29作用下自动绕球窝本体与球体30形成的球铰链摆动至活塞杆33垂直于壁面，使得真空吸盘与光滑壁面贴合，从而始终保证真空吸盘16牢靠吸附在壁面上。

Claims (10)

1.一种仿壁虎式桥梁勘探机器人，包括躯干座体和摄像装置，其特征在于：还包括髋关节处正交结构、末端驱动件、中间连接组件、真空吸盘组件、尾部平衡杆和躯干部支撑杆；所述的躯干部支撑杆与躯干座体可拆卸连接；所述的尾部平衡杆设置在躯干座体尾部；躯干座体前部两侧对称设置两个髋关节处正交结构，后部两侧也对称设置两个髋关节处正交结构；所述的髋关节处正交结构包括髋关节连接架、电机连接架一、电机连接架三、电机一、电机二和大臂连接架；髋关节连接架与躯干座体固定；电机连接架一上一体成型的伸出杆通过轴承支承在髋关节连接架上，且伸出杆与电机一的输出轴固定；电机一的底座与髋关节连接架固定；电机一的输出轴水平且沿前后方向布置；电机二的输出轴穿过电机连接架三，并与电机连接架一构成转动副；电机二的底座与电机连接架三固定；电机二的输出轴竖直设置；每个髋关节处正交结构外侧设有一个末端驱动件；所述的末端驱动件包括电机连接架二、电机三和脚部连板；所述的电机连接架二与电机连接架三固定；电机三的底座固定在电机连接架二上；电机三的输出轴与电机一的输出轴平行；脚部连板与电机三的输出轴固定；电机一、电机二和电机三均由控制器控制；

每个末端驱动件的脚部连板与一个中间连接组件连接；每个中间连接组件通过连接架连接沿圆周均布的三个真空吸盘组件；所述的真空吸盘组件包括真空吸盘、活塞杆、锥型橡胶塞、弹簧一、中间体、连接套和分支连接组件；中间体的中心孔由沿轴向依次排布的通气孔段、小孔径段、大孔径段和锥孔段组成；活塞杆套置在中间体内，并与中间体的小孔径段构成滑动副；活塞杆一端一体成型的定位杆段置于中间体的通气孔段内，弹簧一套置在活塞杆上，锥型橡胶塞固定套置在活塞杆另一端；弹簧一一端由锥型橡胶塞限位，另一端由中间体的小孔径段和大孔径段之间的过渡台阶限位；所述的弹簧一为压缩弹簧；真空吸盘与中间体设置锥孔段的那端外壁固定，且真空吸盘与中间体连接位置处设有一个密封圈；连接套的开口端与中间体设置通气孔段的那端外壁固定；中间体与连接套连接位置处设有一个密封圈，且中间体在通气孔段外端位置固定有密封块；密封块开设的中心孔连通连接套内腔和中间体的通气孔段；连接套侧部开口处设有吸管；吸管内端与连接套内腔连通，外端与真空设备通过电磁阀连接；电磁阀和真空设备均由控制器控制；锥型橡胶塞端面设有压力传感器，压力传感器的信号输出端与控制器连接；所述的中间连接组件和分支连接组件均包括带球体平台、带球窝杆和弹簧二；带球体平台上设有一体成型的球体以及沿圆周均布的n个挂钩，n≥3；带球窝杆上一体成型的半球球窝与球环球窝通过螺钉固定；半球球窝和球环球窝组成的球窝本体与球体形成球铰链；半球球窝上设有一体成型且沿圆周均布的n个挂钩；半球球窝上的每个挂钩与带球体平台上周向位置对应的挂钩通过弹簧二连接，弹簧二为拉伸弹簧；中间连接组件的带球窝杆顶部与脚部连板固定，中间连接组件的带球体平台与连接架固定；分支连接组件的带球窝杆与连接架固定，分支连接组件的带球体平台与连接套的封闭端固定。

2.根据权利要求1所述的一种仿壁虎式桥梁勘探机器人，其特征在于：真空吸盘内为标准大气压状态下，锥型橡胶塞的外端面超出真空吸盘的外端面k毫米，k在0.1-0.2范围内取值。

3.根据权利要求1所述的一种仿壁虎式桥梁勘探机器人，其特征在于：所述的尾部平衡杆包括舵机、连接杆、折板和弹性尾杆；所述连接杆的一端与舵机的输出轴固定，另一端与折板固定；舵机的输出轴水平且垂直于连接杆设置；舵机的底座固定在躯干座体上；舵机由控制器控制；折板与弹性尾杆固定。

4.根据权利要求1所述的一种仿壁虎式桥梁勘探机器人，其特征在于：所述的躯干部支撑杆包括支撑杆筒、突出耳、弹簧四、弧形槽道、长条杆、滚子和按钮；所述的支撑杆筒与固定在躯干座体上的连接筒构成滑动副；长条杆置于支撑杆筒内，一端与按钮固定，另一端固定有两个滚子；按钮与支撑杆筒构成滑动副；支撑杆筒侧壁开设有沿周向均布的两个槽口，每个槽口内设置一个突出耳；突出耳内侧固定有弧形槽道和两根连接柱；两个滚子与两个突出耳上的弧形槽道分别构成滑动副；不同突出耳上位置对齐的每两根连接柱通过一根弹簧三连接；支撑杆筒远离按钮的那端内部设有弹簧四，弹簧四的两端分别与支撑杆筒端面和支撑板接触，支撑板与两个突出耳上一体成型的平板部均接触；两个突出耳分别嵌入连接筒内壁开设的对应卡槽内；所述的突出耳与平板部之间设有弧形连接部。

5.根据权利要求1所述的一种仿壁虎式桥梁勘探机器人，其特征在于：所述的摄像装置包括三点摄像头、云台和伸缩架；所述的云台与躯干座体通过竖直设置的伸缩架连接，三点摄像头固定在云台上；伸缩架和云台均由控制器控制，云台的转轴竖直设置；三点摄像头的信号输出端经信号采集卡连接控制器。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的一种仿壁虎式桥梁勘探机器人的桥梁勘探方法，其特征在于：该方法具体如下：

通过躯干部支撑杆将躯干座体放置于桥梁壁面上，然后，各真空吸盘组件吸附在壁面上，将躯干部支撑杆脱离躯干座体，使尾部平衡杆接触桥梁壁面；躯干座体的行走通过左前位置真空吸盘组件和右后位置真空吸盘组件向前迈，或右前位置真空吸盘组件和左后位置真空吸盘组件向前迈来实现；接着，通过摄像装置对桥梁进行勘探；桥梁勘探结束后，手拿躯干座体，若够不着躯干座体，则在躯干座体上装上躯干部支撑杆；待各真空吸盘组件脱离壁面后，取下躯干座体。

7.根据权利要求6所述的一种仿壁虎式桥梁勘探机器人的桥梁勘探方法，其特征在于：真空吸盘组件吸附在壁面的过程具体如下：打开电磁阀，利用真空设备进行抽气，使中间体的通气孔段内的空气依次经密封块的中心孔、连接套的内腔和吸管被抽出，密封块与活塞杆之间的气压变小，从而活塞杆带动锥型橡胶塞一起朝靠近中间体的通气孔段方向移动，真空吸盘内的空气通过活塞杆与中间体的缝隙向中间体的通气孔段移动，降低真空吸盘内的气压；待锥型橡胶塞与中间体的锥孔段完全贴合时，真空吸盘吸附在壁面上；当真空设备的抽气时间达到预设值时，关闭电磁阀和真空设备。

8.根据权利要求6所述的一种仿壁虎式桥梁勘探机器人的桥梁勘探方法，其特征在于：躯干部支撑杆脱离躯干座体的过程具体如下：按下按钮，带动长条杆和滚子移动，使得两个突出耳上的两个弧形槽道带动两个突出耳向内收缩并压缩弹簧四，突出耳脱离连接筒的卡槽；然后将躯干部支撑杆从连接筒内拔出；在躯干座体上装上躯干部支撑杆的具体过程如下：按下按钮，两个突出耳向内收缩；将支撑杆筒插入连接筒内，然后松开按钮，弹簧四伸长，顶着突出耳向外移动；接着，旋转支撑杆筒，直到两个突出耳嵌入连接筒对应的卡槽内。

9.根据权利要求6所述的一种仿壁虎式桥梁勘探机器人的桥梁勘探方法，其特征在于：真空吸盘组件向前迈的过程具体如下：打开电磁阀，空气逐渐经吸管进入连接套的内腔，再依次经密封块的中心孔、中间体的通气孔段和活塞杆与中间体的缝隙向真空吸盘内移动，真空吸盘内的负压逐渐转化成为标准大气压，此时活塞杆在重力和弹簧一的弹力作用下，带动锥型橡胶塞一起朝远离中间体的通气孔段方向移动；当锥型橡胶塞抵住壁面时，真空吸盘脱离壁面；接着，髋关节处正交结构的电机一驱动电机连接架一摆动，带动电机连接架二、电机连接架三和真空吸盘组件绕水平轴摆动；且电机三驱动电机连接架二摆动，带动脚部连板和真空吸盘组件绕水平轴摆动，从而实现真空吸盘组件抬升；然后，电机二驱动电机连接架三摆动，带动电机连接架二和真空吸盘组件绕竖直轴摆动，从而实现真空吸盘组件向前行走；行走到位后，电机一和电机三作用，实现真空吸盘组件下降；当锥型橡胶塞上的压力传感器触碰壁面，控制器判断压力传感器检测到的压力达到预设值时，打开电磁阀，利用真空设备进行抽气，真空吸盘吸附在壁面上；当真空设备的抽气时间达到预设值时，关闭电磁阀和真空设备。

10.根据权利要求6所述的一种仿壁虎式桥梁勘探机器人的桥梁勘探方法，其特征在于：真空吸盘组件吸附在壁面上或真空吸盘组件向前迈的过程中，锥型橡胶塞上的压力传感器触碰壁面状态下，若壁面粗糙，中间连接组件和分支连接组件中沿圆周均布的n根弹簧二对带球体平台的作用力不再平衡，带球体平台绕球窝本体与球体形成的球铰链摆动，使得真空吸盘与粗糙的壁面贴合；若壁面光滑，带球体平台在n根弹簧二作用下自动绕球窝本体与球体形成的球铰链摆动至活塞杆垂直于壁面，使得真空吸盘与光滑壁面贴合，从而始终保证真空吸盘牢靠吸附在壁面上。

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