CN112722104B - 一种足部附着固定机构的爬墙机器人 - Google Patents

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CN112722104B CN202011585274.3A CN202011585274A CN112722104B CN 112722104 B CN112722104 B CN 112722104B CN 202011585274 A CN202011585274 A CN 202011585274A CN 112722104 B CN112722104 B CN 112722104B
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Abstract

本申请公开了一种足部附着固定机构的爬墙机器人，包括：电控系统、机身主体、多个足部固定机构与多个仿生移动机构；多个所述仿生移动机构绕所述机身主体水平方向圆周均布，包括：第一端部、连接关节与第二端部；所述第一端部水平方向可转动设置于所述机身主体上；所述连接关节的头端竖直方向可转动设置于所述第一端部上；所述第二端部竖直方向可转动设置于所述连接关节的尾端上；所述足部固定机构与所述第二端部连接；所述电控系统安装于所述机身主体上，用于通过所述仿生移动机构控制所述足部固定机构水平方向和竖直方向移动。有效的解决现有的爬墙机器人难以在各个表面上的均满足高负载能力、高稳定性和高灵活性的要求的技术问题。

Description

一种足部附着固定机构的爬墙机器人
技术领域
本申请涉及爬墙机器人技术领域，尤其涉及一种足部附着固定机构的爬墙机器人。
背景技术
目前爬墙机器人适用范围较窄，难以较好地同时满足爬墙机器人在各个表面上都具备的高负载能力、高稳定性和高灵活性的要求。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的是提供一种足部附着固定机构的爬墙机器人，用于解决现有的爬墙机器人难以在各个表面上的均满足高负载能力、高稳定性和高灵活性的要求的技术问题。
为达到上述技术目的，本申请提供一种足部附着固定机构的爬墙机器人，包括：电控系统、机身主体、多个足部固定机构与多个仿生移动机构；
多个所述仿生移动机构绕所述机身主体水平方向圆周均布，包括：第一端部、连接关节与第二端部；
所述第一端部水平方向可转动设置于所述机身主体上；
所述连接关节的头端竖直方向可转动设置于所述第一端部上；
所述第二端部竖直方向可转动设置于所述连接关节的尾端上；
所述足部固定机构与所述第二端部连接；
所述电控系统安装于所述机身主体上，用于通过所述仿生移动机构控制所述足部固定机构水平方向和竖直方向移动。
优选地，所述仿生移动机构还包括水平旋转舵机；
所述水平旋转舵机与所述电控系统电连接；
所述第一端部通过所述水平旋转舵机水平方向绕自身可旋转设置于所述机身主体上。
优选地，所述仿生移动机构还包括第一竖直旋转舵机；
所述第一竖直旋转舵机与所述电控系统电连接；
所述连接关节的头端通过所述第一竖直旋转舵机竖直方向可转动设置于所述第一端部上。
优选地，所述仿生移动机构还包括第二竖直旋转舵机；
所述第二竖直旋转舵机与所述电控系统电连接；
所述连接关节的尾端通过所述第二竖直旋转舵机竖直方向可转动设置于所述第二端部上。
优选地，所述仿生移动机构具体包括三个。
优选地，所述机身主体包括上板与下板；
所述上板与下板固定连接，且形成安装腔；
所述电控系统、所述第一端部与所述水平旋转舵机均安装于所述安装腔内。
优选地，所述足部固定机构包括：多个钉足、制动压缩模块、活扣松合模块与动力模块；
所述制动压缩模块包括：制动平台、弹性件、钉柱与钉头；
所述第二端部与所述制动平台固定连接；
所述钉柱沿弹性件伸缩方向可往复运动设置于所述机构主体上；
所述弹性件安装于所述制动平台上，且与所述钉柱抵接；
所述钉头设置于所述钉柱的第一端；
多个所述钉足绕所述钉柱圆周均布安装于所述制动平台上，用于在爬墙时与壁面接触；
所述活扣松合模块包括：活动扣与引导槽；
所述引导槽设置于所述制动平台上，包括第一槽位与第二槽位；
所述第一槽位与第二槽位相互连通；
所述活动扣可转动安装于所述钉柱上，且设置有凸块与连接部；
所述凸块安装于所述引导槽内，且可于所述第一槽位以及所述第二槽位之间移动切换；
所述动力模块包括设置有传动部的输出端；
当所述凸块位于所述第一槽位时，所述连接部与所述传动部传动配合，所述活动扣带动所述钉柱往所述弹性件压缩方向移动至所述凸块进入所述第二槽位；
当所述凸块位于所述第二槽位时，所述连接部与所述传动部分离，所述弹性件带动所述钉柱往所述弹性件伸展方向移动至所述凸块进入所述第一槽位。
优选地，所述的第一槽位与第二槽位为长条形槽位，且二者沿所述弹性件伸缩方向平行间隔分布；
所述引导槽上还设置有第一过渡面与第二过渡面；
所述第一过渡面沿所述弹性件压缩方向由所述第一槽位往所述第二槽位倾斜；
所述第二过渡面沿所述弹性件伸展方向由所述第二槽位往所述第一槽位倾斜。
优选地，所述第一过渡面为内凹的圆弧面；所述第二过渡面为外凸的圆弧面。
优选地，所述输出端具体为圆轴；
所述传动部具体为外螺纹；
所述连接部具体为与所述传动部配合的内螺纹。
从以上技术方案可以看出，本申请通过设置电控系统、机身主体、多个足部固定机构与多个仿生移动机构；其中，多个所述仿生移动机构绕所述机身主体水平方向圆周均布，包括：第一端部、连接关节与第二端部；所述第一端部水平方向可转动设置于所述机身主体上；所述连接关节的头端竖直方向可转动设置于所述第一端部上；所述第二端部竖直方向可转动设置于所述连接关节的尾端上；所述足部固定机构与所述第二端部连接；所述电控系统安装于所述机身主体上，用于通过所述仿生移动机构控制所述足部固定机构水平方向和竖直方向移动，使得足部固定机构可以通过第一端部水平方向上转动调节位置、通过连接关节竖直方向上调节位置，并且可以在电控系统程序上限定连接关节转动角度为水平面正负九十度的区间内变化，整体避障能力好，可以翻越凸台和阶梯式障碍物，有效的解决现有的爬墙机器人难以在各个表面上的均满足高负载能力、高稳定性和高灵活性的要求的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本申请实施例提供的一种足部附着固定机构的爬墙机器人整体结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种足部附着固定机构的爬墙机器人仿生移动机构示意图；
图3为本申请实施例提供的一种足部附着固定机构的爬墙机器人攀爬台阶壁面示意图；
图4为本申请实施例提供的一种足部附着固定机构的爬墙机器人的足部固定机构整体结构示意图；
图5为本申请实施例提供的一种足部附着固定机构的爬墙机器人的活扣松合模块放大示意图；
图6为本申请实施例提供的一种足部附着固定机构的爬墙机器人的制动压缩模块放大示意图；
图中：图中：1、足部固定机构；2、活扣松合模块；2-1、活动扣；2-2、引导槽；2-11、凸块；2-12、连接部；3、制动压缩模块；3-1、制动平台；3-2、弹性件；3-3、钉柱；4、钉足；5、钉头；6、传动部；7、仿生移动机构；7-1、第一端部；7-2、连接关节、7-3、第二端部；8、机身主体；
具体实施方式
下面将结合附图对本申请实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请实施例中的实施例，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，都属于本申请所请求保护的范围。
在本申请实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可更换连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。
本申请实施例公开了一种足部附着固定机构的爬墙机器人。
请参阅图1至图3，本申请实施例中提供的一种足部附着固定机构的爬墙机器人，包括：电控系统、机身主体8、多个足部固定机构1与多个仿生移动机构7；多个仿生移动机构7绕机身主体8水平方向圆周均布，包括：第一端部7-1、连接关节7-2与第二端部7-3；第一端部7-1水平方向可转动设置于机身主体8上；连接关节7-2的头端竖直方向可转动设置于第一端部7-1上；第二端部7-3竖直方向可转动设置于连接关节7-2的尾端上；足部固定机构1与第二端部7-3连接；电控系统安装于机身主体8上，用于通过仿生移动机构7控制足部固定机构1水平方向和竖直方向移动。
具体来说，在本申请中，水平方向与竖直方向为相对而言，用于方便描述清楚仿生移动机构上各个部件的转动方向，不应理解为对方案本身的限制。如当爬墙机器人的多个足部固定机构均连接地面时，此时水平方向则为水平地面所在的平面方向；当爬墙机器人爬上竖直的墙壁面时，此时方案中的水平方向则为竖直壁面所在的平面方向。
以上为本申请实施例提供的实施例一，以下为本申请提供的实施例二，具体请参阅图1至图3。
一种足部附着固定机构的爬墙机器人，包括：电控系统、机身主体8、多个足部固定机构1与多个仿生移动机构7；多个仿生移动机构7绕机身主体8水平方向圆周均布，包括：第一端部7-1、连接关节7-2与第二端部7-3；第一端部7-1水平方向可转动设置于机身主体8上；连接关节7-2的头端竖直方向可转动设置于第一端部7-1上；第二端部7-3竖直方向可转动设置于连接关节7-2的尾端上；足部固定机构1与第二端部7-3连接；电控系统安装于机身主体8上，用于通过仿生移动机构7控制足部固定机构1水平方向和竖直方向移动。
进一步地，第一端部7-1水平方向转动的方式可以有多种，例如可以绕机身主体8转动，在这种方式下，可以在机身主体8上设置环绕的滑轨等方式，各个足部固定机构均可以沿整个滑轨绕整个圆周面转动，转动范围更大；而在本实施例中，是通过在仿生移动机构上设置水平旋转舵机的方式；水平旋转舵机与电控系统电连接；第一端部7-1通过水平旋转舵机水平方向绕自身可旋转设置于机身主体8上。
具体来说，第一端部7-1可以通过齿轮传动等方式连接水平旋转舵机的输出轴，使得第一端部7-1可绕轴在水平方向转动，输出轴设置于第一端部内时，第一端部7-1即可绕自身转动；通过这种方式，多个足部固定机构可以转动至相互平行等方式，攀爬过程中单词跨距可以更远。
进一步地，仿生移动机构7还包括第一竖直旋转舵机；第一竖直旋转舵机与电控系统电连接；连接关节7-2的头端通过第一竖直旋转舵机竖直方向可转动设置于第一端部7-1上。
具体来说，通过第一竖直旋转舵机，连接关节7-2可以在竖直方向上饶第一端部7-1转动。
进一步地，仿生移动机构7还包括第二竖直旋转舵机；第二竖直旋转舵机与电控系统电连接；连接关节7-2的尾端通过第二竖直旋转舵机竖直方向可转动设置于第二端部7-3上。
具体来说，通过第二竖直旋转舵机，连接关节7-2可以在竖直方向上饶第二端部7-3转动；水平旋转舵机、第一竖直旋转舵机与第二竖直旋转舵机三者均与电控系统连接，统一调控；同时连接关节7-2的头端与尾端均可以竖直方向上旋转，使得攀爬过程中爬墙机器人整体更加灵活。
进一步地，仿生移动机构7具体包括三个。对应的，足部固定机构1具体也为三个，三个足部固定机构1相互配合，确保其中一个足部固定机构移动时，有另外两个足部固定机构提供着力点。
请参阅图3，足部固定机构1通过仿生移动机构7，可以在水平方向的正负九十度区间内竖直移动，在需跨越凸台或阶梯式障碍时，可以控制一足部固定机构变为抬高姿态，跨越后与壁面固定，再解除其他足部固定机构的固定，转动到合适角度后与壁面固定，重复此过程完成跨越凸台和阶梯式障碍的功能；如需转向，水平旋转舵机跨越带动第一端面7-1转动到合适角度后带动足部固定机构1转向，从而带动整个装置转向。
进一步地，机身主体8包括上板与下板；上板与下板固定连接，且形成安装腔；电控系统、第一端部与水平旋转舵机均安装于安装腔内。
进一步地，足部固定机构1包括：多个钉足4、制动压缩模块3、活扣松合模块2与动力模块；制动压缩模块3包括：制动平台3-1、弹性件3-2、钉柱3-3与钉头5；弹性件3-2安装于制动平台3-1上，且与钉柱3-3抵接；钉柱3-3沿弹性件3-2伸缩方向可往复运动设置于制动平台3-1上；钉头5设置于钉柱3-3的第一端；多个钉足4绕钉柱3-3圆周均布安装于制动平台3-1上，用于在爬墙时与壁面接触；活扣松合模块2包括：活动扣2-1与引导槽2-2；引导槽2-2设置于机构主体1上，包括第一槽位与第二槽位；第一槽位与第二槽位相互连通；活动扣2-1可转动安装于钉柱3-3上，且设置有凸块2-11与连接部2-12；凸块2-11安装于引导槽2-2内，且可于第一槽位以及第二槽位之间移动切换；动力模块与电控系统电连接，包括设置有传动部的传动部6；当凸块2-11位于第一槽位时，连接部2-12与传动部6传动配合，活动扣2-1带动钉柱3-3往弹性件3-2压缩方向移动至凸块2-11进入第二槽位；当凸块2-11位于第二槽位时，连接部2-12与传动部6分离，弹性件3-2带动钉柱3-3往弹性件3-2伸展方向移动至凸块2-11进入第一槽位。
具体来说，动力模块6带动活动扣2-1往弹性件3-2压缩方向运动的方式可以有多种，例如可以是输出端为齿轮，传动部6为齿牙，相应的连接部2-12为齿条，当连接部2-12与传动部6接触时，即可随齿轮转动方向移动；也可以是输出端为链条，传动部6为可增加摩擦力的面板如啮合齿，相应的连接部2-12为与传动部6啮合的啮合齿，链条朝向活动扣2-1方向的运动方向为往弹性件3-2压缩方向即可。
足部固定机构1采用钉入式的方式，且设置制动压缩模块3与活扣松合模块2，解决了现有的爬墙机器人运动灵活性差、负载能力不足、消耗零件造价高昂、对环境因素要求高等问题。通过活动扣带动定投对附着体的固定，消除了对吸附材料的平整度和粗糙度要求高、对环境因素要求高等问题。可广泛应用于恶劣环境的救援和探索，以及利用高负载能力以及高机动性完成高难度任务。
进一步地，第一槽位与第二槽位为长条形槽位；二者可以具备一定倾斜度，在本实施例中，二者沿弹性件3-2伸缩方向平行间隔分布；引导槽2-2上还设置有第一过渡面与第二过渡面；第一过渡面沿弹性件3-2压缩方向由第一槽位往第二槽位倾斜；第二过渡面沿弹性件3-2伸展方向由第二槽位往第一槽位倾斜。
具体来说，引导槽2-2上还设置有隔开第一槽位与第二槽位的凸台，避免凸块2-11的滑动过程中脱离。
为方便说明，活动扣2-1靠近弹性件3-2的一端称为底部，远离弹性件3-2的一端称为顶部；请参与图4，当凸块2-11运动至进入第一槽位，活动扣2-1上的连接部2-12与传动部6连接，传动部6带动活动扣2-1往顶部运动，这期间凸块在长条形第一槽位中滑动，至接触第一过渡面；请参阅图5，第一过渡面朝向传动部6一侧，使得凸块2-11沿第一过渡面滑动的过程中，逐渐靠近传动部6，依据杠杆原理使得活动扣2-1顺时针转动，从而连接部2-12脱离传动部6，同时凸块沿第一过渡面滑入第二槽位；请参阅图6，凸块2-11进入第二槽位后，受弹性件3-2的弹力带动，沿第二槽位滑动至进入第二过渡面；第二过渡面供凸块2-11滑动至进入第一槽位，进入下一个钉头5拔出过程，重复多次形成完整的钉入与拔出循环系统。
进一步地，第一过渡面为内凹的圆弧面；第二过渡面为外凸的圆弧面；圆弧面使得凸块2-11滑动过渡的过程活动扣2-1可以更加平稳的转动；为了方便加工，两个过渡面可以相互平行。
进一步地，制动压缩模块3还包括制动平台3-1；制动平台3-1安装于机构主体1上；弹性件3-2两端分别抵接制动平台3-1与钉柱3-3；钉柱3-3设置于制动平台3-1上。
具体来说，弹性件3-2可以是起到蓄能作用的碟簧、高弹力橡胶等，在本实施例中，弹性件3-2具体为弹簧；弹簧分布的方式可以有多种，例如设置多条弹簧绕钉柱圆周均布的方式，在本实施例中，弹簧为一根，钉柱3-3套接于弹簧内，且第二端穿过制动平台3-1，与活动扣2-1连接。
进一步地，输出端具体为圆轴；传动部6具体为外螺纹；连接部2-12具体为与传动部6配合的内螺纹。
具体来说，钉柱3-3的第二端设置有与活动扣2-1转动配合的转动口，且沿轴向的轴芯设置有供圆轴伸入的通孔。
进一步地，输出端与钉柱3-3同轴心。
进一步地，钉足4用于在钉头5冲击与拔出的过程中连接壁面，起到辅助支撑作用。
进一步地，钉头5可拆卸安装于钉柱3-3上；
钉柱3-3上设置有用于固定钉头5的钉扣，在钉头多次使用发生损坏后可以通过放松钉口更换钉头5。
足部固定机构通过以弹性件3-2为主要蓄能元件，利用活动扣2-1定位松合，控制连接部与传动部接触与分离以压缩或放松弹性件3-2，利用弹性件3-2弹性变形产生的冲力装击钉柱3-3使钉头5顶入附着材料，并同时利用活动扣2-1重新卡紧使连接部与传动部传动配合将钉头5与附着材料分离的并且可更换钉头5。
本申请通过采用钉入式的足部固定结构搭配三足仿生蜘蛛腿运动方式，可以通过仿生移动机构主动制造着力点，旋转适合位置着力，可以在复杂多变的壁面攀爬，对各种表面环境均具备高稳定性、高负载能力；对附着体的固定是利用钉头5穿入附着材料过程中挤压产生的静摩擦力；可以很好地解决目前普遍存在的对附着材料表面平整度和粗糙度要求高、负载能力弱以及对环境因素要求高等问题。
以上为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实例对本申请进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种足部附着固定机构的爬墙机器人，其特征在于，包括：电控系统、机身主体、多个足部固定机构与多个仿生移动机构；
多个所述仿生移动机构绕所述机身主体水平方向圆周均布，包括：第一端部、连接关节与第二端部；
所述第一端部沿水平方向可转动设置于所述机身主体上；
所述连接关节的头端竖直方向可转动设置于所述第一端部上；
所述第二端部沿竖直方向可转动设置于所述连接关节的尾端上；
所述足部固定机构与所述第二端部连接；
所述电控系统安装于所述机身主体上，用于通过所述仿生移动机构控制所述足部固定机构水平方向和竖直方向移动；
所述足部固定机构包括：多个钉足、制动压缩模块、活扣松合模块与动力模块；
所述制动压缩模块包括：制动平台、弹性件、钉柱与钉头；
所述第二端部与所述制动平台固定连接；
所述钉柱沿弹性件伸缩方向可往复运动设置于所述机构主体上；
所述弹性件安装于所述制动平台上，且与所述钉柱抵接；
所述钉头设置于所述钉柱的第一端；
多个所述钉足绕所述钉柱圆周均布安装于所述制动平台上，用于在爬墙时与壁面接触；
所述活扣松合模块包括：活动扣与引导槽；
所述引导槽设置于所述制动平台上，包括第一槽位与第二槽位；
所述第一槽位与第二槽位相互连通；
所述活动扣可转动安装于所述钉柱上，且设置有凸块与连接部；
所述凸块安装于所述引导槽内，且可于所述第一槽位以及所述第二槽位之间移动切换；
所述动力模块与所述电控系统电连接，并包括设置有传动部的输出端；
当所述凸块位于所述第一槽位时，所述连接部与所述传动部传动配合，所述活动扣带动所述钉柱往所述弹性件压缩方向移动至所述凸块进入所述第二槽位；
当所述凸块位于所述第二槽位时，所述连接部与所述传动部分离，所述弹性件带动所述钉柱往所述弹性件伸展方向移动至所述凸块进入所述第一槽位。
2.根据权利要求1所述的足部附着固定机构的爬墙机器人，其特征在于，所述仿生移动机构还包括水平旋转舵机；
所述水平旋转舵机与所述电控系统电连接；
所述第一端部通过所述水平旋转舵机沿水平方向绕自身可旋转设置于所述机身主体上。
3.根据权利要求2所述的足部附着固定机构的爬墙机器人，其特征在于，所述仿生移动机构还包括第一竖直旋转舵机；
所述第一竖直旋转舵机与所述电控系统电连接；
所述连接关节的头端通过所述第一竖直旋转舵机沿竖直方向可转动设置于所述第一端部上。
4.根据权利要求3所述的足部附着固定机构的爬墙机器人，其特征在于，所述仿生移动机构还包括第二竖直旋转舵机；
所述第二竖直旋转舵机与所述电控系统电连接；
所述连接关节的尾端通过所述第二竖直旋转舵机竖直方向可转动设置于所述第二端部上。
5.根据权利要求1所述的足部附着固定机构的爬墙机器人，其特征在于，所述仿生移动机构具体包括三个。
6.根据权利要求2所述的足部附着固定机构的爬墙机器人，其特征在于，所述机身主体包括上板与下板；
所述上板与下板固定连接，且形成安装腔；
所述电控系统、所述第一端部与所述水平旋转舵机均安装于所述安装腔内。
7.根据权利要求1所述的足部附着固定机构的爬墙机器人，其特征在于，所述的第一槽位与第二槽位为长条形槽位，且二者沿所述弹性件伸缩方向平行间隔分布；
所述引导槽上还设置有第一过渡面与第二过渡面；
所述第一过渡面沿所述弹性件压缩方向由所述第一槽位往所述第二槽位倾斜；
所述第二过渡面沿所述弹性件伸展方向由所述第二槽位往所述第一槽位倾斜。
8.根据权利要求7所述的足部附着固定机构的爬墙机器人，其特征在于，所述第一过渡面为内凹的圆弧面；所述第二过渡面为外凸的圆弧面。
9.根据权利要求1所述的足部附着固定机构的爬墙机器人，其特征在于，所述输出端具体为圆轴；
所述传动部具体为外螺纹；
所述连接部具体为与所述传动部配合的内螺纹。
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