CN201176193Y

CN201176193Y - 一种气动柔性爬壁机器人

Info

Publication number: CN201176193Y
Application number: CNU2008200842480U
Authority: CN
Inventors: 张立彬; 王志恒; 杨庆华; 鲍官军
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2008-03-07
Filing date: 2008-03-07
Publication date: 2009-01-07
Anticipated expiration: 2018-03-07

Abstract

一种气动柔性爬壁机器人，包括气动柔性驱动器、气动柔性球关节、真空吸盘以及吸盘连接架，气动柔性驱动器包括前端盖、中间端盖和粗橡胶管，粗橡胶管两端分别与前端盖、中间端盖密封联结，前端盖上设有一个与大气相连接的通孔，粗橡胶管管壁中嵌套有螺旋钢丝；气动柔性关节包括后端盖和三根细橡胶管，中间端盖一侧与粗橡胶管密封联结，中间端盖的另一侧间隔120度设有三个台阶分别与三根细橡胶管的一侧密封联结，三根细橡胶管的另一侧与后端盖密封连接，细橡胶管管壁中嵌套有螺旋钢丝；前端盖、中间端盖和后端盖的两侧分别与吸盘连接架固定连接，吸盘连接架与真空吸盘固定连接。本实用新型结构简单、体积小、灵活性强。

Description

一种气动柔性爬壁机器人

技术领域

本实用新型属于爬壁机器人，它可以代替人类在一些危险场合和恶劣环境中工作，完成一些人类难以完成的任务，比如在高空中清洗建筑物壁面等。

背景技术

爬壁机器人是一种能够在垂直壁面上移动的极限作业机器人，一般具有吸附和移动两大功能。目前，国内外的爬壁机器人设计大都采用电机驱动和液压驱动两大驱动方式。电机驱动的爬壁机器人应用相对广泛，技术较成熟；液压驱动的爬壁机器人具有很好的稳定性和可靠性，很高的力矩/体积比等优点。采用上述两种驱动方式的爬壁机器人，通常必需有一套复杂的机械装置，把电机的旋转运动或者液压缸的往复运动转换成所要求的其他运动方式。因此，采用上述两种驱动方式设计的爬壁机器人可能具有高精确度、大输出功率等优点；但往往有着体积大、结构复杂以及价格昂贵，而且灵活性也不够等缺点。

发明内容

为了克服已有的爬壁机器人的结构复杂、体积大、灵活性差的不足，本实用新型提供一种结构简单、体积小、灵活性强的气动柔性爬壁机器人。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种气动柔性爬壁机器人，包括气动柔性驱动器、气动柔性球关节、真空吸盘、与吸盘相连接的管接口以及吸盘连接架，所述气动柔性驱动器与所述气动柔性关节联接；所述气动柔性驱动器包括前端盖、中间端盖和粗橡胶管，所述的粗橡胶管两端分别与前端盖、中间端盖密封联结，前端盖上设有一个与大气相连接的通孔，所述的粗橡胶管管壁中嵌套有螺旋钢丝且螺旋钢丝是沿着粗橡胶管的径向螺旋密绕在粗橡胶管的内壁中；所述气动柔性关节包括后端盖和三根细橡胶管，所述中间端盖一侧与粗橡胶管密封联结，所述中间端盖的另一侧间隔120度设有三个台阶分别与三根细橡胶管的一侧密封联结，所述三根细橡胶管的另一侧与后端盖密封连接，所述的细橡胶管管壁中嵌套有螺旋钢丝且螺旋钢丝是沿着细橡胶管的径向螺旋密绕在粗橡胶管的内壁中，所述后端盖与每根细橡胶管的连接处设有与大气连通的通孔；所述前端盖、中间端盖和后端盖的两侧分别与吸盘连接架固定连接，所述吸盘连接架与真空吸盘固定连接。

作为优选的一种方案：所述的后端盖上间隔120度设置3个台阶，且每个台阶上都设有与大气联结的通孔。

作为优选的另一种方案：所述吸盘连接架下方安装所述真空吸盘，所述吸盘连接架上方安装管接口，所述管接口与真空吸盘连通。

再进一步，所述前端盖、中间端盖和后端盖的两侧分别与吸盘连接架之间螺纹连接。

本实用新型涉及一种新型的气动柔性爬壁机器人，这种爬壁机器人具有很好的柔性及适应性，可以直接驱动，具有结构简单，易于控制，成本低廉，环保性强，易于小型化设计等特点。

本实用新型的有益效果表现在：1、通过对气动柔性驱动器、气动柔性球关节以及真空吸盘的控制可以实现爬壁机器人进行直线、转弯、以及爬坡越障等运动；2、结构简单合理、动作灵活、尺寸小、易于小型化；3、可以在气动柔性爬壁机器人上配套摄像头等辅助装置，从而可以实现越障，高楼壁面上清洗等工作，具有较大的实施价值；4、采用气动技术，柔顺性和适应性好。

附图说明

图1是气动柔性爬壁机器人的三维效果图。

图2是初始状态的气动爬壁机器人结构示意图。

图3是图2的前视图的剖面图。

图4是图3的左视图。

图5是实现转弯运动某一工作状态时的气动爬壁机器人结构示意图。

图6是实现爬坡越障运动某一工作状态时的气动爬壁机器人结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。

参照图1～图6，一种气动柔性爬壁机器人，包括气动柔性驱动器1、气动柔性球关节2、真空吸盘4、与吸盘相连接的管接口5以及吸盘连接架6。所述的气动柔性驱动器1包括前端盖11、中间端盖12、粗橡胶管13，所述的粗橡胶管两端分别与前端盖11、中间端盖12密封联结，其中前端盖11上设有一个与大气相连接的通孔，所述的粗橡胶管管壁中嵌套有螺旋钢丝14且螺旋钢丝是沿着粗橡胶管13的径向螺旋密绕在粗橡胶管的内壁中，当高压气管3通过前端盖11的通孔把压缩气体通入粗橡胶管13内腔，由于螺旋钢丝14的径向限制作用，在压缩气体的压力下，粗橡胶管13与螺旋钢丝14发生轴向形变，而其径向变形可以忽略，从而产生驱动效果。所述的气动柔性球关节2包括中间端盖12、后端盖21、三根同样的细橡胶管22，所述的中间端盖12一侧与气动柔性球关节1中的粗橡胶管13密封联结，另一侧间隔120度设有三个台阶分别与三根细橡胶管22密封联结，所述的后端盖21上间隔120度设置3个台阶，且每个台阶上都设有与大气联结的通孔，通过三个台阶将三根细橡胶管22与后端盖21密封连接，所述的细橡胶管22与粗橡胶管13中的内部结构原理一样，工作时通过高压气管把压缩气体从后端盖21的三个通孔分别通入三个细橡胶管的内腔，通过控制通入三根细橡胶管22内腔的压缩气体的压力，可以实现整个球关节向不同方向发生弯曲，通过中间端盖12将气动柔性驱动器1与气动柔性球关节2连接起来构成气动柔性爬壁机器人的“躯干”，所述的六个同样吸盘连接架6以螺纹连接方式固定在每个端盖的两侧，每个吸盘连接架上安装一个真空吸盘4，因此六只相同的真空吸盘4呈三三对称分布在气动柔性爬壁机器人的两侧，构成机器人的“脚”。气动柔性爬壁机器人运动时，气动柔性驱动器1起到推进器的作用，而气动柔性球关节2主要是控制行进方向的，固本实用新型不仅可以实现直线运动，还可以实现转弯、爬坡等运动。

参照图2～图4，便于表述清楚，我们定义气动柔性球关节2一端为气动柔性爬壁机器人的前端，气动柔性驱动器1的一端为机器人的后端。气动柔性爬壁机器人实现直线运动其实质就是控制气动柔性驱动器1配合真空吸盘4的吸放顺序有节奏的工作。气动爬壁机器人直线运动一个步距的动作可以分解如下：首先开启后两个吸盘的真空发生器，使吸盘吸附在地面上，从而固定前端盖11，关闭其他四个吸盘的真空发生器，使他们能够自由移动，此时气动柔性爬壁机器人处于原始状态。此时，通过前端盖11的通孔向气动柔性驱动器1的内腔中通入压缩气体，由于后两个吸盘吸附在地面上，气动柔性驱动器只能向前伸展，驱动器向前伸长一个步距的距离时，开启前面两个吸盘的真空发生器，使得后端盖21固定，此时将气动柔性驱动器1内腔中的气压减小为零，并关闭后两个真空吸盘的真空发生器，两个真空吸盘松开，前端盖11处于自由状态，在橡胶管以及螺旋钢丝的回弹力作用下，后两个吸盘向前运动一个步距，恢复原长，此时机器人整体向前移动一个步距，整个工程中间两个真空吸盘以及气动柔性球关节没有工作。

参照图2～图5，便于表述清楚，我们定义气动柔性球关节2一端为气动柔性爬壁机器人的前端，气动柔性驱动器1的一端为机器人的后端。气动柔性爬壁机器人实现弯曲运动是通过分别控制气动柔性驱动器1、气动柔性球关节2以及六个吸盘的工作顺序来实现的。机器人转弯动作可以分解如下：转弯时首先打开中间两个真空吸盘的真空发生器，使中间吸盘吸附在地面上，从而固定中间端盖12，关闭其他四个真空吸盘的真空发生器，使其他四个真空吸盘能够自由移动，接着通过后端盖21上的三个通孔向三根细橡胶管22内腔中通入压缩气体，通过控制通入三根细橡胶管22内腔气压大小，使气动柔性球关节可以左右弯曲，如图5所示，接着打开前两个真空吸盘的真空发生器，使前两个吸盘吸附在地面上，从而固定后端盖21，此时关闭中间两个真空吸盘真空发生器，使中间两个吸盘自由移动，并释放气动柔性球关节2的三根细橡胶管内腔中的气体，此时前两个吸盘吸附，其他四个吸盘松开，在三个细橡胶管以及螺旋钢丝的回弹力作用下，机器人的后半部分会弯曲一个角度，此时整个气动柔性爬壁机器人弯曲了一个角度，从而实现了机器人的转弯运动。

参照图6，气动柔性爬壁机器人实现爬坡，以及上台阶越障等动作，其工作过程转弯运动相同。

本实施例采用气动技术，爬壁机器人具有很好的柔性和适应性，且结构简单合理、动作灵活、尺寸小、易于小型化，可以在气动柔性爬壁机器人上配套摄像头等辅助装置，从而可以实现越障，高楼壁面上清洗等工作，具有较大的实施价值。

Claims

1、一种气动柔性爬壁机器人，其特征在于：所述气动柔性爬壁机器人包括气动柔性驱动器、气动柔性球关节、真空吸盘以及吸盘连接架，所述气动柔性驱动器与所述气动柔性关节联接；

所述气动柔性驱动器包括前端盖、中间端盖和粗橡胶管，所述的粗橡胶管两端分别与前端盖、中间端盖密封联结，前端盖上设有一个与大气相连接的通孔，所述的粗橡胶管管壁中嵌套有螺旋钢丝且螺旋钢丝是沿着粗橡胶管的径向螺旋密绕在粗橡胶管的内壁中；

所述气动柔性关节包括后端盖和三根细橡胶管，所述中间端盖一侧与粗橡胶管密封联结，所述中间端盖的另一侧间隔120度设有三个台阶分别与三根细橡胶管的一侧密封联结，所述三根细橡胶管的另一侧与后端盖密封连接，所述的细橡胶管管壁中嵌套有螺旋钢丝且螺旋钢丝是沿着细橡胶管的径向螺旋密绕在粗橡胶管的内壁中，所述后端盖与每根细橡胶管的连接处设有与大气连通的通孔；

所述前端盖、中间端盖和后端盖的两侧分别与吸盘连接架固定连接，所述吸盘连接架与真空吸盘固定连接。

2、如权利要求1所述的气动柔性爬壁机器人，其特征在于：所述的后端盖上间隔120度设置3个台阶，且每个台阶上都设有与大气联结的通孔。

3、如权利要求1或2所述的气动柔性爬壁机器人，其特征在于：所述吸盘连接架下方安装所述真空吸盘，所述吸盘连接架上方安装管接口，所述管接口与真空吸盘连通。

4、如权利要求3所述的气动柔性爬壁机器人，其特征在于：所述前端盖、中间端盖和后端盖的两侧分别与吸盘连接架之间螺纹连接。