CN113086042A - 一种爬壁机器人负压吸附腔位姿主动顺应调整机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种爬壁机器人负压吸附腔位姿主动顺应调整机构，包括底盘和多个吸附组件；吸附组件包括多个驱动机构、多个连接件、吸附腔底板、风机和柔性风琴罩，连接件包括连接端和移动杆，连接端与底盘铰接，移动杆可沿上下移动安装于连接端上，移动杆下端与吸附腔底板铰接，驱动机构与连接件一一对应设置，固定于连接端上，驱动移动杆上下移动；柔性风琴罩固定于吸附腔底板底部，柔性风琴罩底面用于与工件表面相抵，形成密闭吸附空间，风机固定于吸附腔底板上，与密闭吸附空间连通。本发明提出的技术方案的有益效果是：使吸附腔底板朝各个方向转动不同角度来满足所需位姿要求，曲面进行主动顺应，适应复杂曲率的曲面，保证密闭吸附空间的密闭性。

Description

一种爬壁机器人负压吸附腔位姿主动顺应调整机构

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种爬壁机器人负压吸附腔位姿主动顺应调整机构。

背景技术

爬壁机器人是一种能够在壁面上实现如检查、检测、焊接、打磨等功能的一种自动化机械装置。这种机器人可以自由在各种壁面上爬行，同时携带多种传感器完成任务。

负压型爬壁机器人采用恒定转速的风机将吸附腔内的空气抽出产生负压来吸附。而运动系统只需要克服吸附力作用下的摩擦力和机器人自身的重力，就可以实现在壁面上的自由运动。

一般的爬壁机器人所配备的真空吸附腔没有针对曲面进行设计，缺乏曲面适应能力，在遇到曲率变化过大的表面时容易产生较大的气隙使吸附力变小到不足以维持爬壁机器人的吸附，爬壁机器人从壁面上下滑、坠落。

因此，有待设计一种能够适应变曲率的壁面的吸附腔位姿调整机构，提高爬壁机器人的稳定性和适应性。

发明内容

有鉴于此，为解决上述问题，本发明的实施例提供了一种爬壁机器人负压吸附腔位姿主动顺应调整机构。

本发明的实施例提供一种爬壁机器人负压吸附腔位姿主动顺应调整机构，包括底盘和多个吸附组件；

多个所述吸附组件绕所述底盘周向间隔设置，所述吸附组件包括多个驱动机构、多个连接件、吸附腔底板、风机和柔性风琴罩，所述连接件包括连接端和移动杆，所述连接端与所述底盘铰接，所述移动杆可沿上下移动安装于所述连接端上，所述移动杆下端与所述吸附腔底板铰接，所述驱动机构与所述连接件一一对应设置，固定于所述连接端上，驱动所述移动杆上下移动；

所述柔性风琴罩固定于所述吸附腔底板底部，所述柔性风琴罩底面用于与工件表面相抵，形成密闭吸附空间，所述风机固定于所述吸附腔底板上，与所述密闭吸附空间连通。

进一步地，所述连接端呈两端开口的筒状设置，所述移动杆套设于所述连接端内，所述驱动机构包括舵机和连接绳，所述连接绳一端连接于所述舵机的驱动轴上，另一端位于所述连接端内、与所述移动杆连接，所述舵机驱动所述驱动轴旋转，使所述连接绳缠绕于所述驱动轴上，带动所述移动杆上下移动。

进一步地，所述移动杆上套设有弹簧，所述弹簧下端与所述移动杆下端固定连接，上端与所述连接端固定连接。

进一步地，所述连接端下端周缘向内弯折形成环形限位部，所述连接端和所述移动杆之间设有滚珠导向衬套，所述环形限位部以将所述滚珠导向衬套限位于所述连接端内。

进一步地，所述移动杆位于所述连接端外的一端固定有环形挡圈，所述环形挡圈上表面用于与所述连接端底面相抵。

进一步地，所述移动杆呈两端开口的筒状设置，所述移动杆下端与所述吸附腔底板通过第一铰接座连接，所述连接绳下端穿过所述移动杆，与所述第一铰接座固定连接。

进一步地，所述第一铰接座通过轴承安装于所述吸附腔底板上，以使所述移动杆可轴向旋转。

进一步地，所述连接端与所述底盘之间通过第二铰接座连接。

进一步地，所述连接端固定于所述底盘上表面，所述底盘与所述移动杆相对的位置设有让位孔。

进一步地，所述连接件和所述驱动机构分别设有三个，绕所述风机周向间隔设置。

本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：根据所爬行曲面的形状约束，通过多个驱动机构驱动多个移动杆分别上下移动，即可使吸附腔底板朝各个方向转动不同角度来满足所需位姿要求，柔性风琴罩被挤压，使得柔性风琴罩底面始终与工件表面更好的贴合吸附，对曲面进行主动顺应，可适应复杂曲率的曲面，保证密闭吸附空间的密闭性。

每一驱动机构对每一移动杆独立控制，可实现吸附腔底板在吸附状态下的灵活运动。连接件下端与吸附腔底板铰接，能够增加吸附腔底板整体的运动自由度，以满足吸附腔底板根据不同曲率的曲面位姿调整过程中所需要的自由度要求。连接件上端与底盘铰接，给移动杆提供转动自由度，以满足移动杆根据不同曲率的曲面位姿调整过程中所需要的自由度要求。结构简单，环保无噪声，解决了大型复杂曲面的攀爬吸附问题，能够更好的吸附，为后续移动和工作打下基础。

附图说明

图1是本发明提供的爬壁机器人负压吸附腔位姿主动顺应调整机构一实施例的结构示意图；

图2是图1中吸附组件的机构示意图；

图3是图1中连接件的结构示意图；

图4是图1中驱动机构和连接件的俯视图；

图5是图1中连接件的剖面图。

图中：底盘1、第二铰接座11、铰接座固定板12、吸附组件2、驱动机构3、舵机31、连接绳32、连接件4、连接端41、移动杆42、第一铰接座43、环形限位部44、滚珠导向衬套45、环形挡圈46、弹簧47、轴承48、吸附腔底板5、风机6、柔性风琴罩7。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

请参见图1至图5，本发明的实施例提供一种爬壁机器人负压吸附腔位姿主动顺应调整机构，包括底盘1和多个吸附组件2。

多个所述吸附组件2绕所述底盘1周向间隔设置，所述吸附组件2包括多个驱动机构3、多个连接件4、吸附腔底板5、风机6和柔性风琴罩7，所述连接件4包括连接端41和移动杆42，所述连接端41与所述底盘1铰接，为了便于安装，所述连接端41与所述底盘1之间通过第二铰接座11连接，所述第二铰接座11通过铰接座固定板12与所述底盘1固定连接。

所述移动杆42可沿上下移动安装于所述连接端41上，所述移动杆42下端与所述吸附腔底板5铰接，为了便于安装，所述移动杆42下端与所述吸附腔底板5通过第一铰接座43连接。所述驱动机构3与所述连接件4一一对应设置，固定于所述连接端41上，驱动所述移动杆42上下移动。本实施例中，所述第二铰接座11固定于所述底盘1上表面，所述底盘1与所述连接件4相对的位置设有让位孔，驱动机构3固定于第二铰接座11上，使底盘1为连接端41和驱动机构3提供支撑作用。

所述柔性风琴罩7固定于所述吸附腔底板5底部，所述柔性风琴罩7底面用于与工件表面相抵，形成密闭吸附空间，所述风机6固定于所述吸附腔底板5上，与所述密闭吸附空间连通，柔性风琴罩7具有一定柔顺性，能够在小曲率情况下被动顺应工件表面。

驱动机构3可以为单向气缸等，单向气缸的活塞杆与移动杆42固定连接，也可以为驱动电机，驱动电机的驱动轴上设有齿轮，移动杆42为与齿轮相啮合的螺杆，螺杆可轴向旋转安装于吸附腔底板5上，驱动电机驱动齿轮旋转，可带动移动杆42上下移动。本实施例中，所述连接端41呈两端开口的筒状设置，所述移动杆42套设于所述连接端41内，所述驱动机构3包括舵机31和连接绳32，所述连接绳32一端连接于所述舵机31的驱动轴上，另一端位于所述连接端41内、与所述移动杆42连接，所述舵机31驱动所述驱动轴旋转，使所述连接绳32缠绕于所述驱动轴上，带动所述移动杆42上下移动，连接绳32反向转动时，移动杆42可在吸附力作用下向下移动，结构简单。

本实施例中，所述移动杆42呈两端开口的筒状设置，所述连接绳32下端穿过所述移动杆42，与所述第一铰接座43固定连接，舵机31使连接绳32缠绕至驱动轴上，连接绳32带动整个移动杆42向上移动，便于连接绳32与移动杆42之间的固定连接，连接绳32从移动杆42内部穿过，可避免连接绳32对移动杆42的移动造成干扰。

进一步地，所述连接端41下端周缘向内弯折形成环形限位部44，所述连接端41和所述移动杆42之间设有滚珠导向衬套45，所述环形限位部44以将所述滚珠导向衬套45限位于所述连接端41内，可减小连接端41和移动杆42之间的摩擦力，给移动杆42提供上下向的灵活滑动自由度和转动自由度。

移动杆42位于连接端41外的一端固定有环形挡圈46，所述环形挡圈46上表面用于与连接端41底面相抵，防止移动杆42向上移动的位置过大，从而避免柔性风琴罩7移动距离过大影响密闭吸附空间的密封性。

所述移动杆42上套设有弹簧47，所述弹簧47下端与所述移动杆42下端固定连接，本实施例中，弹簧47下端与第一铰接座43固定连接，上端与所述连接端41固定连接，本实施例中，弹簧47上端通过与第二铰接座11固定连接实现与连接端41间接连接，当移动杆42在吸附力作用下向下移动时，弹簧47被拉伸可对移动杆42提供向上的拉力，可防止移动杆42从连接端41上脱离，当移动杆42向上被拉动时，弹簧47被挤压对移动杆42提供向下的推力，可防止移动杆42移动速度过大影响密闭吸附空间的密封性，使移动杆42始终保持回复原位置的趋势。当舵机31驱动轴上的连接绳32断裂或放至最大程度时，由于连接端41和移动杆42之间连接有弹簧47，弹簧47可对移动杆42提供拉力，避免移动杆42掉落。

所述第一铰接座43通过轴承48安装于所述吸附腔底板5上，以使所述移动杆42可轴向旋转，移动杆42一方面可通过第一铰接座43转动，另一方面可轴向转动，实现移动杆42在两个方向的转动自由度。

本实施例中，所述连接件4和所述驱动机构3分别设有三个，绕所述风机6周向间隔设置，由于三个点即可确定一个平面，通过三个驱动机构3分别控制三个移动杆42上下移动，即可使吸附腔底板5朝各个方向转动不同角度来满足所需位姿要求。所述吸附组件2设有三个，绕所述底盘1周向间隔设置，每一吸附组件2包含有各自的主动顺应调整装置和被动柔顺吸附腔，可实现爬壁机器人在变曲率构件表面的真空吸附。每一吸附组件2的三组驱动机构3和连接件4共同作用于一个吸附腔上，实现吸附腔整体姿态主动顺应大曲率表面。除弹簧47和柔性风琴罩7以外，其他部件均采用铝合金制成，可保证整个机构的强度。

本发明提供的爬壁机器人负压吸附腔位姿主动顺应调整机构，根据所爬行曲面的形状约束，舵机31的驱动轴转动带动连接绳32缠绕至驱动轴上，使得连接绳32带动移动杆42向上移动，驱动轴反向转动使移动杆42在吸附力作用下向下移动，通过三个舵机31分别控制三个移动杆42上下移动，即可使吸附腔底板5朝各个方向转动不同角度来满足所需位姿要求，柔性风琴罩7被挤压，使得柔性风琴罩7底面始终与工件表面更好的贴合吸附，对曲面进行主动顺应，可适应复杂曲率的曲面，保证密闭吸附空间的密闭性。

每一驱动机构3对每一移动杆42独立控制，可实现吸附腔底板5在吸附状态下的灵活运动。连接件4下端与吸附腔底板5铰接，能够增加吸附腔底板5整体的运动自由度，以满足吸附腔底板5根据不同曲率的曲面位姿调整过程中所需要的自由度要求。连接件4上端与底盘1铰接，给移动杆42提供转动自由度，以满足移动杆42根据不同曲率的曲面位姿调整过程中所需要的自由度要求。结构简单，环保无噪声，解决了大型复杂曲面的攀爬吸附问题，能够更好的吸附，为后续移动和工作打下基础。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种爬壁机器人负压吸附腔位姿主动顺应调整机构，其特征在于，包括底盘和多个吸附组件；

多个所述吸附组件绕所述底盘周向间隔设置，所述吸附组件包括多个驱动机构、多个连接件、吸附腔底板、风机和柔性风琴罩，所述连接件包括连接端和移动杆，所述连接端与所述底盘铰接，所述移动杆可沿上下移动安装于所述连接端上，所述移动杆下端与所述吸附腔底板铰接，所述驱动机构与所述连接件一一对应设置，固定于所述连接端上，驱动所述移动杆上下移动；

所述柔性风琴罩固定于所述吸附腔底板底部，所述柔性风琴罩底面用于与工件表面相抵，形成密闭吸附空间，所述风机固定于所述吸附腔底板上，与所述密闭吸附空间连通。

2.如权利要求1所述的爬壁机器人负压吸附腔位姿主动顺应调整机构，其特征在于，所述连接端呈两端开口的筒状设置，所述移动杆套设于所述连接端内，所述驱动机构包括舵机和连接绳，所述连接绳一端连接于所述舵机的驱动轴上，另一端位于所述连接端内、与所述移动杆连接，所述舵机驱动所述驱动轴旋转，使所述连接绳缠绕于所述驱动轴上，带动所述移动杆上下移动。

3.如权利要求2所述的爬壁机器人负压吸附腔位姿主动顺应调整机构，其特征在于，所述移动杆上套设有弹簧，所述弹簧下端与所述移动杆下端固定连接，上端与所述连接端固定连接。

4.如权利要求2所述的爬壁机器人负压吸附腔位姿主动顺应调整机构，其特征在于，所述连接端下端周缘向内弯折形成环形限位部，所述连接端和所述移动杆之间设有滚珠导向衬套，所述环形限位部以将所述滚珠导向衬套限位于所述连接端内。

5.如权利要求2所述的爬壁机器人负压吸附腔位姿主动顺应调整机构，其特征在于，所述移动杆位于所述连接端外的一端固定有环形挡圈，所述环形挡圈上表面用于与所述连接端底面相抵。

6.如权利要求2所述的爬壁机器人负压吸附腔位姿主动顺应调整机构，其特征在于，所述移动杆呈两端开口的筒状设置，所述移动杆下端与所述吸附腔底板通过第一铰接座连接，所述连接绳下端穿过所述移动杆，与所述第一铰接座固定连接。

7.如权利要求6所述的爬壁机器人负压吸附腔位姿主动顺应调整机构，其特征在于，所述第一铰接座通过轴承安装于所述吸附腔底板上，以使所述移动杆可轴向旋转。

8.如权利要求1所述的爬壁机器人负压吸附腔位姿主动顺应调整机构，其特征在于，所述连接端与所述底盘之间通过第二铰接座连接。

9.如权利要求8所述的爬壁机器人负压吸附腔位姿主动顺应调整机构，其特征在于，所述第二铰接座固定于所述底盘上表面，所述底盘与所述连接件相对的位置设有让位孔。

10.如权利要求1所述的爬壁机器人负压吸附腔位姿主动顺应调整机构，其特征在于，所述连接件和所述驱动机构分别设有三个，绕所述风机周向间隔设置。

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