CN112572633A - 一种双足爬壁机器人机构 - Google Patents
一种双足爬壁机器人机构 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112572633A CN112572633A CN202011630184.1A CN202011630184A CN112572633A CN 112572633 A CN112572633 A CN 112572633A CN 202011630184 A CN202011630184 A CN 202011630184A CN 112572633 A CN112572633 A CN 112572633A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- steering engine
- motion
- wall
- foot
- climbing robot
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
- B62D57/00—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track
- B62D57/02—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track with ground-engaging propulsion means, e.g. walking members
- B62D57/024—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track with ground-engaging propulsion means, e.g. walking members specially adapted for moving on inclined or vertical surfaces
Abstract
本发明公开了一种双足爬壁机器人机构，属于高空攀爬设备技术领域，包括左右对称设置的两个足部结构，每个足部结构包括由下至上依次设置的足部吸附装置、第一运动控制舵机、第二运动控制舵机及第三运动控制舵机，足部吸附装置通过舵机足部连接块与第一运动控制舵机的一端相连，第一运动控制舵机的另一端和第二运动舵机的一端相连，第二运动舵机的另一端与第三运动控制舵机的一端相连，左右对称的两个第三运动控制舵机通过顶部固连块相连；顶部固定块上设置有控制元件。本发明的这种爬壁机器人结构能够提升爬壁机器人的墙面越障能力，适应起伏性更大的工作表面，更容易完成从地面到墙面以及从墙面到天花板的转换，而且一定程度上缩小了机器人的体积，适应更加狭窄的管道工作。
Description
技术领域
本发明属于高空攀爬设备技术领域，涉及一种双足爬壁机器人机构。
背景技术
爬壁机器人能够在不借助任何外力的情况下，在砖墙、玻璃等垂直物体的表面爬行，因而近年来，爬壁机器人被广泛应用于高空作业及管道检测等人力难以做到或极度危险的技术领域中。
目前，爬壁机器人按照其行进方式基本可以分为轮式和足式两种。其中轮式机器人运行速度较快，但是无法越过障碍使得轮式爬壁机器人不能适应崎岖的墙壁。足式机器人多为四足或六足仿生机器人，其机器人主体部分贴近墙面限制了其避障的能力；又因为多足机器人在行进过程中需要协调多个脚爪，所以其必须使用特殊的步态，进一步限制了其灵敏性和越障能力。因为以上两点，多足爬壁机器人无法做到灵活改变行进方向或者适应大角度的墙面起伏。而且多足机器人一般体积较大，无法在狭窄环境中工作。
因此，设计出一种越障能力强大、机器人体积较小，且能够适应多种工作表面的爬壁机器人成为急需解决的技术问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种双足爬壁机器人机构，该机构越障能力强、体积小，能够适应多种工作表面。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
本发明公开了一种双足爬壁机器人机构，包括左右对称设置的两个足部结构，每个足部结构包括由下至上依次设置的足部吸附装置、第一运动控制舵机、第二运动控制舵机及第三运动控制舵机，足部吸附装置通过舵机足部连接块与第一运动控制舵机的一端相连，第一运动控制舵机的另一端和第二运动舵机的一端相连，第二运动舵机的另一端与第三运动控制舵机的一端相连，左右对称的两个第三运动控制舵机通过顶部固连块相连；顶部固定块上设置有控制元件；
左右对称的两个第三运动控制舵机的自由度在水平面内，通过控制元件控制水平方向的运动；两个第一运动舵机和两个第二运动舵机的自由度在竖直面内，通过控制元件控制竖直方向的运动。
优选地，三个运动舵机均采用LX-16A串行舵机。
优选地，三个运动舵机通过三种支撑架进行固定，具体包括：
舵机足部连接块通过舵机盘支撑架与第一运动舵机的一端固定，第一运动舵机的另一端通过舵机底支撑架、舵机盘支撑架与第二运动运动舵机的一端固定，第二运动舵机的另一端通过舵机侧支撑架与第三运动控制舵机固定。
优选地，所述舵机盘支撑架、舵机底支撑架和舵机侧支撑架均为U形支撑架，是采用2mm的铝合金板通过数控机床切割和折弯机折弯制成。
优选地，足部吸附装置与舵机足部连接块之间通过沉头螺丝固定；三个运动舵机与三种支撑架之间通过沉头螺丝固定；三种支撑架之间通过沉头螺丝和自锁螺母固定。
优选地，所述顶部固定块和舵机足部连接块均采用PLA材料通过3D打印制成。
优选地，所述控制元件采用STM32mini开发板。
优选地，所述足部吸附装置采用电机驱动的抽气式吸盘结构，包括电机固定架、涡轮外罩、涡轮和吸盘；
所述涡轮外罩置于电机固定架下方，涡轮外罩底部开设有圆孔且通过密封胶与吸盘相连，涡轮置于涡轮外罩内部，且涡轮与电机相连，能够通过涡轮外罩底部的圆孔将吸盘内的空气抽出；且在吸盘底部通过密封胶粘有一圈弹性软垫。
优选地，电机固定架内开设有用于空气流通的风道，且电机固定架内设有空心套管，沿套管外壁与电机固定架内壁均匀布设若干挡板构成用于空气流通的风道。
优选地，所述吸盘的外缘采用弧面过度。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明公开的双足爬壁机器人机构，包括左右对称设置的两个足部结构，每个足部结构包括由下至上依次设置的足部吸附装置、第一运动控制舵机、第二运动控制舵机及第三运动控制舵机，通过最上端的两个第三运动控制舵机用于提供水平平面内的自由度，其余四个舵机提供竖直平面内的自由度，一边的足部吸附装置使整个机器人吸附与墙面或天花板，另一边的足部吸附装置则可以自由移动，根据舵机的转动角度不同可以完成多自由度的运动。本发明的这种爬壁机器人结构能够提升爬壁机器人的墙面越障能力，适应起伏性更大的工作表面，更容易完成从地面到墙面以及从墙面到天花板的转换，而且一定程度上缩小了机器人的体积，适应更加狭窄的管道工作。
附图说明
图1为本发明的双足爬壁机器人机构的示意图；
图2为本发明的足部吸附装置结构示意图；
图3为本发明的舵机盘支撑架结构示意图；
图4为本发明的舵机底支撑架结构示意图；
图5为本发明的顶部固连块结构示意图；
图6为本发明的舵机侧支撑架结构示意图；
图7为本发明的运动控制舵机结构示意图；
图8为本发明的舵机足部连接块结构示意图；
图9为本发明的足部吸附装置的结构剖视图；
图10为足部吸附装置的涡轮的结构示意图；
图11为足部吸附装置的吸盘的结构示意图；
图12为本发明的机器人在墙壁上正常行走步态示意图；
图13为本发明的机器人在墙壁上扭曲前进步态示意图；
图14为本发明的机器人在墙壁上侧向移动步态示意图；
图15为本发明的控制板及控制原理示意图。
其中：1-足部吸附装置；2-第一运动舵机；3-第二运动舵机；4-第三运动舵机；5-顶部固定块；6-舵机足部连接块；7-舵机盘支撑架；8-舵机底支撑架；9-舵机侧支撑架；
11-电机固定架；12-涡轮外罩；13-涡轮；14-吸盘；15-弹性软垫。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
如图1-8所示，本发明一种双足爬壁机器人包括：左右对称设置的两个足部结构，每个足部结构包括由下至上依次设置的足部吸附装置1、第一运动控制舵机2、第二运动控制舵机3及第三运动舵机4，足部吸附装置1通过舵机足部连接块6与第一运动控制舵机2的一端相连，第一运动控制舵机2的另一端和第二运动舵机3的一端相连，第二运动舵机3的另一端与第三运动舵机4的一端相连，左右对称的两个第三运动舵机4通过顶部固连块5相连；顶部固定块5上设置有控制元件；左右对称的两个第三运动舵机4的自由度在水平面内，通过控制元件控制水平方向的运动；两个第一运动舵机2和两个第二运动舵机3的自由度在竖直面内，通过控制元件控制竖直方向的运动。
在本发明的双足爬壁机器人机构整体构成中，足部吸附装置1共有2个用于吸附墙面地面等待吸附面；舵机足部连接块共有2个，用于连接足部吸附装置1和舵机盘支撑架；运动控制舵机共有6个，用以提供机器人的三维运动自由度；舵机盘支撑架共有6个，舵机底支撑架共有4个，舵机侧支撑架共有2个，用于连接舵机首尾；顶部固连块共有1个，用于放置控制元件等。具体地，舵机足部连接块6通过舵机盘支撑架7与第一运动舵机2的一端固定，第一运动舵机2的另一端通过舵机底支撑架8、舵机盘支撑架7与第二运动运动舵机3的一端固定，第二运动舵机3的另一端通过舵机侧支撑架9与第三运动舵机4固定。
以上所述顶部固连块以及舵机足部连接块选用PLA材料通过3D打印技术制成；三种支撑架形状均为U形，使用2mm厚度的铝合金板通过数控机床切割和折弯机折弯制成；三种运动控制舵机均选用LX-16A串行舵机；足部吸附装置和舵机-足部连接块之间，舵机和支撑架之间以及顶部固连块和支撑架之间使用M2沉头螺丝固定；支撑架之间使用M2螺丝和M2自锁螺母固定。
优选地，足部吸附装置选用一种电机驱动的抽气式吸盘，结构参见图9-11，包括电机固定架11、涡轮外罩12、涡轮13和吸盘14；
所述涡轮外罩12置于电机固定架11下方，涡轮外罩12底部开设有圆孔且通过密封胶与与吸盘14相连，涡轮13置于涡轮外罩12内部，且涡轮13与电机相连，能够通过涡轮外罩12底部的圆孔将吸盘14内的空气抽出；且在吸盘14底部通过密封胶胶粘有一圈弹性软垫15。
电机固定架11内开设有用于空气流通的风道，且电机固定架11内设有空心套管，沿套管外壁与电机固定架11内壁均匀布设若干挡板构成用于空气流通的风道。所述吸盘14的外缘采用弧面过度。
优选地，控制板结构及控制原理参见图15，在顶部固连块上放置控制元件，该控制元件一种实现的方式是由STM32mini开发板(购买自广州市星翼电子科技有限公司)、继电器、24V电池、24V转7.4V降压模块组成，工作时控制逻辑为：24V电池通过继电器连接两个足底吸附装置的电机，同时经过降压模块连接开发板和舵机，开发板连接继电器和6个串行舵机。24V电池持续供电，开发板通过控制继电器的开闭间接控制电机的启动与停止；电池通过降压模块降压到合适开发板和舵机的7.4V工作电压并为它们供电，开发板连接舵机信号线输出控制信号。
该双足爬壁机器人机构运行时，最上端的两个第三运动控制舵机用于提供水平平面内的自由度，其余四个舵机提供竖直平面内的自由度，足部的一个吸盘使整个机器人吸附与墙面或天花板，另一足部可以自由移动，根据舵机的转动角度不同可以完成多自由度的运动。
具体行进步态如下：
该机器人可以在墙壁上使用三种步态移动，分别是正常行走步态、扭曲前进步态和侧向移动步态。
1.正常行走步态：正常行走步态是仿人形的行走步态，转动上端两个舵机使两条腿的竖直运动平面平行，则前进时只需要调动下侧四个舵机和足部吸附装置，具体以侧视图的方式展示：
如图12所示，其中圆形表示舵机的转动节点，梯形表示足部，虚线表示墙面。具体行进步态如下：
(1)L足吸附，R足抬起；
(2)重心跟随R足逐渐前移；
(3)R足落下开始吸附；
(4)L足停止吸附并抬起，重心前移。
如此循环则可以实现机器人的直线前进，调整2、4步重心前移的距离即可改变前进的步幅大小。转动上侧舵机，使两腿竖直运动平面成一定角度再使两只脚的步幅不同即可转向。
2.扭曲前进步态：该步态模式中，机器人需要借助上端两个舵机的旋转使重心移动，具体以俯视图的方式展示：
如图13所示，其中虚线表示墙面上的固定的点，黑色节点表示足吸附，白色节点表示足抬起。具体行进步态如下：
(1)L足吸附，R足抬起；
(2)R足绕L足逆时针旋转180°；
(3)R足吸附，L足抬起；
(4)L足绕R足顺时针旋转180度。
上端两舵机转动轴之间的距离决定了步幅的大小，转向时调整旋转角度即可。
3、侧向移动步态：该步态模式需要转动上端两舵机至两腿运动的竖直平面重合，之后调动其他四个舵机和吸附装置该步态可以作为正常行走步态的特殊转向步态，具体参见图14，以正视图的形式展示，该图示与正常行走步态图示相仿，具体行进步态如下：
(1)L足吸附，R足抬起；
(2)重心随R足侧移；
(3)R足吸附，L足抬起；
(4)重心随L足侧移；
(5)L足落下，双足吸附。
调整2、4步重心前移的距离即可改变前进的步幅大小。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种双足爬壁机器人机构，其特征在于，包括左右对称设置的两个足部结构，每个足部结构包括由下至上依次设置的足部吸附装置(1)、第一运动控制舵机(2)、第二运动控制舵机(3)及第三运动控制舵机(4)，足部吸附装置(1)通过舵机足部连接块(6)与第一运动控制舵机(2)的一端相连，第一运动控制舵机(2)的另一端和第二运动舵机(3)的一端相连，第二运动舵机(3)的另一端与第三运动控制舵机(4)的一端相连，左右对称的两个第三运动控制舵机(4)通过顶部固连块(5)相连；顶部固定块(5)上设置有控制元件；
左右对称的两个第三运动控制舵机(4)的自由度在水平面内，通过控制元件控制水平方向的运动；两个第一运动舵机(2)和两个第二运动舵机(3)的自由度在竖直面内，通过控制元件控制竖直方向的运动。
2.根据权利要求1所述的双足爬壁机器人机构，其特征在于，三个运动舵机均采用LX-16A串行舵机。
3.根据权利要求1所述的双足爬壁机器人机构，其特征在于，三个运动舵机通过三种支撑架进行固定，具体包括：
舵机足部连接块(6)通过舵机盘支撑架(7)与第一运动舵机(2)的一端固定，第一运动舵机(2)的另一端通过舵机底支撑架(8)、舵机盘支撑架(7)与第二运动运动舵机(3)的一端固定，第二运动舵机(3)的另一端通过舵机侧支撑架(9)与第三运动控制舵机(4)固定。
4.根据权利要求3所述的双足爬壁机器人机构，其特征在于，所述舵机盘支撑架(7)、舵机底支撑架(8)和舵机侧支撑架(9)均为U形支撑架，是采用2mm的铝合金板通过数控机床切割和折弯机折弯制成。
5.根据权利要求1所述的双足爬壁机器人机构，其特征在于，足部吸附装置(1)与舵机足部连接块(6)之间通过沉头螺丝固定；三个运动舵机与三种支撑架之间通过沉头螺丝固定；三种支撑架之间通过沉头螺丝和自锁螺母固定。
6.根据权利要求1所述的双足爬壁机器人机构，其特征在于，所述顶部固定块(5)和舵机足部连接块(6)均采用PLA材料通过3D打印制成。
7.根据权利要求1～6中任意一项所述的双足爬壁机器人机构，其特征在于，所述控制元件采用STM32mini开发板。
8.根据权利要求1～6中任意一项所述的双足爬壁机器人机构，其特征在于，所述足部吸附装置(1)采用电机驱动的抽气式吸盘结构，包括电机固定架(11)、涡轮外罩(12)、涡轮(13)和吸盘(14)；
所述涡轮外罩(12)置于电机固定架(11)下方，涡轮外罩(12)底部开设有圆孔且通过密封胶与吸盘(14)相连，涡轮(13)置于涡轮外罩(12)内部，且涡轮(13)与电机相连，能够通过涡轮外罩(12)底部的圆孔将吸盘(14)内的空气抽出；且在吸盘(14)底部通过密封胶粘有一圈弹性软垫(15)。
9.根据权利要求8所述的双足爬壁机器人机构，其特征在于，电机固定架(11)内开设有用于空气流通的风道，且电机固定架(11)内设有空心套管，沿套管外壁与电机固定架(11)内壁均匀布设若干挡板构成用于空气流通的风道。
10.根据权利要求8所述的双足爬壁机器人机构，其特征在于，其特征在于，所述吸盘(14)的外缘采用弧面过度。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011630184.1A CN112572633A (zh) | 2020-12-30 | 2020-12-30 | 一种双足爬壁机器人机构 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011630184.1A CN112572633A (zh) | 2020-12-30 | 2020-12-30 | 一种双足爬壁机器人机构 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112572633A true CN112572633A (zh) | 2021-03-30 |
Family
ID=75144521
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011630184.1A Pending CN112572633A (zh) | 2020-12-30 | 2020-12-30 | 一种双足爬壁机器人机构 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112572633A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114408049A (zh) * | 2022-02-23 | 2022-04-29 | 西安交通大学 | 一种舵机驱动四足连杆机器人 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61211177A (ja) * | 1985-03-15 | 1986-09-19 | Hitachi Ltd | 負荷軽減機構を有する多関節脚機構 |
| CN204489003U (zh) * | 2014-10-14 | 2015-07-22 | 刘彦锋 | 一种胯部轴向自由度结构的仿人竞速机器人 |
| CN204567835U (zh) * | 2015-05-05 | 2015-08-19 | 杨云涛 | 爬壁机器人 |
| CN209535273U (zh) * | 2018-12-10 | 2019-10-25 | 西安缔造者机器人有限责任公司 | 一种人形机器人腿部结构 |
| CN111071363A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-04-28 | 深圳佑云智联科技有限公司 | 一种吸附装置和光滑平面爬行或行走的玩具机器人 |
-
2020
- 2020-12-30 CN CN202011630184.1A patent/CN112572633A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61211177A (ja) * | 1985-03-15 | 1986-09-19 | Hitachi Ltd | 負荷軽減機構を有する多関節脚機構 |
| CN204489003U (zh) * | 2014-10-14 | 2015-07-22 | 刘彦锋 | 一种胯部轴向自由度结构的仿人竞速机器人 |
| CN204567835U (zh) * | 2015-05-05 | 2015-08-19 | 杨云涛 | 爬壁机器人 |
| CN209535273U (zh) * | 2018-12-10 | 2019-10-25 | 西安缔造者机器人有限责任公司 | 一种人形机器人腿部结构 |
| CN111071363A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-04-28 | 深圳佑云智联科技有限公司 | 一种吸附装置和光滑平面爬行或行走的玩具机器人 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114408049A (zh) * | 2022-02-23 | 2022-04-29 | 西安交通大学 | 一种舵机驱动四足连杆机器人 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103909991A (zh) | 一种仿生式越障爬壁机器人及其越障方法 | |
| CN106945739B (zh) | 一种具有壁面转换功能的越障爬壁机器人 | |
| Fang et al. | Design and technical development of wall-climbing robots: A review | |
| CN102167101B (zh) | 多盘非接触吸附式爬墙机器人 | |
| CN105030169A (zh) | 一种墙面爬行装置 | |
| CN112650222B (zh) | 一种多足机器人的跳跃步态规划方法 | |
| CN110293543A (zh) | 一种融合履带式行进机构和蛇脖关节的多步态蛇形机器人 | |
| CN102152818A (zh) | 一种适于在复杂立面上全方位移动的机器人 | |
| CN108177703A (zh) | 一种可越障的爬壁机器人及其越障方法 | |
| CN204248880U (zh) | 一种多功能救援机器人 | |
| CN106889957A (zh) | 一种爬墙清扫机器人 | |
| CN105752195B (zh) | 桥梁检测用机器人 | |
| CN112572633A (zh) | 一种双足爬壁机器人机构 | |
| CN204341242U (zh) | 曲面自适应能力爬壁机器人装置 | |
| CN106184451B (zh) | 一种直角坐标系金属壁面工作爬壁机器人 | |
| CN104648513B (zh) | 曲面自适应能力爬壁机器人 | |
| CN207875808U (zh) | 一种可越障的爬壁机器人 | |
| CN211844678U (zh) | 磁吸附式爬壁机器人底盘及磁吸附式爬壁机器人 | |
| CN102795274A (zh) | 机械关节及仿生机械恐龙的腿部结构 | |
| CN104192222A (zh) | 一种行走式爬墙机器人 | |
| CN204712054U (zh) | 一种机器人手臂 | |
| CN102152819A (zh) | 一种爬壁机器人的行走方法 | |
| CN106394720A (zh) | 攀爬机器人 | |
| Zhang et al. | A novel modular climbing caterpillar using low-frequency vibrating passive suckers | |
| CN201914349U (zh) | 轮足式爬壁机器人机构 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210330 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |