CN205819363U - 新型仿生爬壁机器人 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及的是可实现行走和转向的新型仿生爬壁机器人。包括：行走控制系统、转向控制系统、吸盘腿系统、头部、尾巴，其特征在于：行走控制系统安装于机器人主体内，固定在下底板上，与吸盘腿系统通过连杆二和球形柱联接。机器人共6条吸盘腿，左右各分布3条。吸盘腿以同边的前后两条与另一边的中间一条共为一组，通过3条腿为一组同步行走而形成一个稳定的三角形行走步态。转向控制系统安装于下底板的下方，由吸盘升降机构和与齿轮转向机构组成。
Description
(一)技术领域
本实用新型涉及的是机器人吸附于墙壁并行走的工作原理，具体涉及机器人的行走与转向结构。
(二)背景技术
爬壁机器人是智能机器人的一种，同时也属于特种机器人。因为爬壁机器人是在恶劣、危险、极限等情况下进行特定作业的一种自动化机械装置，如今越来越受到人们的重视。目前，爬壁机器人已在核工业、石化工业、建筑工业、消防部门、造船业等领域得到了应用。
现有的爬壁机器人以电路、传感器控制为主，稳定性不高，接线比较复杂。本实用新型在实现行走与转向的功能中，以机械结构为主，大大提高了爬壁机器人的工作稳定性，结构也更为简洁。
(三)发明内容
本实用新型的目的在于实现爬壁机器人的行走与转向功能，通过稳定的机械结构，使得爬壁机器人的工作效率越来越高。
为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种新型仿生爬壁机器人，包括：行走控制系统、转向控制系统、吸盘腿系统、头部、尾巴，其特征在于：行走控制系统安装于机器人主体内，固定在下底板上，与吸盘腿系统通过连杆二和球形柱联接。机器人共6条吸盘腿，左右各分布3条。吸盘腿以同边的前后两条与另一边的中间一条共为一组，通过3条腿为一组同步行走而形成一个稳定的三角形行走步态。转向控制系统安装于下底板的下方，由吸盘升降机构和与齿轮转向机构组成。
其中，所述的行走控制系统特征在于：下底板中央固定一个减速电机，驱动同轴的主动齿轮转动，主动齿轮与从动齿轮啮合，实现传动。从动齿轮同轴 联接两个皮带轮，皮带传动系统通过皮带将动力由中间轴传到前后两个带轮轴，进而可以实现三轴同步转动。前、中、后三根轴分别带动一对曲柄圆盘转动。
就每条吸盘腿而言，导轨上套有滑块。连杆一的一端与滑块相连，另一端与曲柄圆盘偏心联接，从而化转动为线动。在曲柄圆盘转动的同时，滑块可以在导轨上前后移动，并将动力传到腿部。球形柱固定在上下底板，对腿部起支承作用。连杆二穿过球形柱，一端与滑块相连，另一端与吸盘腿相连。
6条吸盘腿由对应的6个曲柄圆盘协调控制，同边的前后两个曲柄圆盘与另一边的中间一个共为一组，6个曲柄圆盘分为两组，每组曲柄圆盘上的偏心点相差180度，这样即可实现之前所述的三角形行走步态。真空泵安装于下底板上，通过电控使每组吸盘(同边的前后两个吸盘与另一边的中间一个吸盘共为一组)间歇性的拥有吸附力，从而给与吸盘腿前后行走的动力。
为了使吸盘腿有上下的运动从而离开墙面，腿部增加了液压控制系统。液压缸与连杆二相连，液压杆与吸盘腿相连，可以让腿部在一定范围内上下转动，从而使腿部有向上的移动，完成了抬腿的动作。所以，机器人在攀爬过程中每组吸盘腿可以间歇性离开墙面，以稳定的三角形步态行走。
其中，所述的转向控制系统特征在于：转向控制系统由吸盘升降机构与齿轮转向机构两部分组成，两部分各自通过一个电机协调控制。吸盘升降机构安装于下底板的下方并贴近墙面，齿轮转向机构安装在下底板与吸盘升降机构之间。下底板、齿轮转向机构和吸盘升降机构之间通过中心轴联接。
吸盘升降机构的运动方式类似于雨伞撑开原理。中心轴、吸盘底座、中心旋转块与导向圆环在轴向上均处于同心。中心轴上端固定在下底板上，对吸盘升降机构起定位与支承作用。导向圆环固定在中心轴上，中心旋转块只有旋转运动，无法轴向移动。导向圆环被3条小导轨均匀划分为三个扇形区域。吸盘底座只有轴向移动，无法实现旋转运动。
吸盘升降机构首先工作，中心旋转块、3根连杆四与3个小滑块分别构成了三组曲柄滑块机构。一开始，3个小滑块的外接圆直径最大。当中心旋转块在电机带动下开始旋转，转动化为线动，从而推动小滑块由外向内移动，3个小滑块的外接圆直径逐渐变小。此时，由于连杆三一端与小滑块相连，另一端与吸盘底座相连，所以吸盘底座会在连杆三的推动下向贴近墙壁的方向移动，从而可以使吸盘组接触墙面。这时，真空泵让吸盘组形成负压，给与其吸附力。接着，6条吸盘腿均关闭吸附阀门，失去吸附力，准备进行机器人主体的旋转运动。
此时，齿轮转向机构开始工作。中心齿轮固定在中心轴上，外啮合齿轮在与其同轴的小电机的带动下开始旋转，从而会带动机器人的主体开始旋转。机器人的转动角度由目标位置的传感器控制单片机确定，最大转角为90度。
当机器人完成转向后，机器人的一组吸盘腿先开启吸附阀门，形成吸附力。然后转向控制系统开始反向工作，使吸盘组收起。
由于本仿生爬壁机器人形似壁虎，因此安装有机器人头部和尾巴。机器人尾巴的作用是让机器人在爬壁过程中保持平衡。机器人头部由头部壳体和摄像头组成，方便机器人在爬行过程中拍摄有价值的图像。
(四)附图说明
图1是本实用新型整体结构立体剖视图；
图2是行走控制系统立体结构图；
图3是吸盘腿系统立体示意图；
图4是吸盘升降机构立体结构图；
图5是齿轮转向机构立体结构图；
图6是转向控制系统立体结构图；
图7是机器人头部立体示意图。
其中，01.头部，02.吸盘腿系统，03.尾巴，04.转向控制系统，05.行走控制系统，0201.连杆二，0202.液压缸，0203.液压杆，0204.吸盘腿，0401.吸盘底座，0402.连杆三，0403.小滑块，0404.连杆四，0405.中心旋转块，0406.中 心轴，0407.导向圆环，0408.小导轨，0409.吸盘组，0410.中心齿轮，0411.外啮合齿轮，0412.小电机，0501.下底板，0502.带轮轴，0503.球形柱，0504.皮带，0505.皮带轮，0506.主动齿轮，0507.从动齿轮，0508.滑块，0509.曲柄圆盘，0510.连杆一，0511.中间轴，0512.减速电机，0513.真空泵，0514.导轨。
(五)具体实施方式
以下结合具体实例对上述方案做进一步说明。应理解这些实施例是用于说明本实用新型而不是限制本实用新型的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
一种新型仿生爬壁机器人，包括：行走控制系统05、转向控制系统04、吸盘腿系统02、头部01、尾巴03，其特征在于：行走控制系统04安装于机器人主体内，固定在下底板0501上，与吸盘腿系统02通过连杆二0201和球形柱0503联接。机器人共6条吸盘腿，左右各分布3条。吸盘腿以同边的前后两条与另一边的中间一条共为一组，通过3条腿为一组同步行走而形成一个稳定的三角形行走步态。转向控制系统安装于下底板0501的下方，由吸盘升降机构和与齿轮转向机构组成。
其中，所述的行走控制系统05(参见图2、3)特征在于：下底板0501中央固定一个减速电机0512，驱动同轴的主动齿轮0506转动，主动齿轮0506与从动齿轮0507啮合，实现传动。从动齿轮0507同轴联接两个皮带轮0505，皮带传动系统通过皮带0504将动力由中间轴0511传到前后两个带轮轴0502，进而可以实现三轴同步转动。前、中、后三根轴分别带动一对曲柄圆盘0509转动。
就每条吸盘腿而言，导轨0514上套有滑块0508。连杆一0510一端与滑块0508相连，另一端与曲柄圆盘0509偏心联接，从而化转动为线动。在曲柄圆盘0509转动的同时，滑块0508可以在导轨0514上前后移动，并将动力传到腿部。球形柱0503固定在上下底板，对腿部起支承作用。连杆二0201穿过球形柱0503，一端与滑块0508相连，另一端与吸盘腿相连。
6条吸盘腿0204由对应的6个曲柄圆盘0509协调控制，同边的前后两个曲柄圆盘0509与另一边的中间一个共为一组，6个曲柄圆盘0509分为两组，每组曲柄圆盘0509上的偏心点相差180度，这样即可实现之前所述的三角形行走步态。真空泵0513安装于下底板0501上，通过电控使每组吸盘间歇性的拥有吸附力，从而给与吸盘腿前后行走的动力。
为了使吸盘腿0204有上下的运动从而离开墙面，腿部增加了液压控制系统。液压缸0202与连杆二0201相连，液压杆0203与吸盘腿0204相连，可以让腿部在一定范围内上下转动，从而使腿部有向上的移动，完成了抬腿的动作。所以，机器人在攀爬过程中每组吸盘腿0204可以间歇性离开墙面，以稳定的三角形步态行走。
其中，所述的转向控制系统04(参见图4、5、6)特征在于：转向控制系统04由吸盘升降机构与齿轮转向机构两部分组成，两部分各自通过一个电机协调控制。吸盘升降机构安装于下底板0501的下方并贴近墙面，齿轮转向机构安装在下底板0501与吸盘升降机构之间。下底板0501、齿轮转向机构和吸盘升降机构之间通过中心轴0406联接。
在吸盘升降机构中，中心轴0406、吸盘底座0401、中心旋转块0405与导向圆环0407在轴向上均处于同心。中心轴0406上端固定在下底板0501上，对吸盘升降机构起定位与支承作用。导向圆环0407固定在中心轴0406上，中心旋转块0405只有旋转运动，无法轴向移动。导向圆环0407被3条小导轨0409均匀划分为三个扇形区域。吸盘底座0401只有轴向移动，无法实现旋转运动。
吸盘升降机构首先工作，中心旋转块0405、3根连杆四0404与3个小滑块0403分别构成了三组曲柄滑块机构。一开始，3个小滑块0403的外接圆直径最大。当中心旋转块0405在电机带动下开始旋转，转动化为线动，从而推动小滑块0403由外向内移动，3个小滑块0403的外接圆直径逐渐变小。此时，由于连杆三0402一端与小滑块0403相连，另一端与吸盘底座0401相连，所以吸盘底 座0401会在连杆三0402的推动下向贴近墙壁的方向移动，从而可以使吸盘组0409接触墙面。这时，真空泵0513让吸盘组0409形成负压，给与其吸附力。接着，6条吸盘腿0204均关闭吸附阀门，失去吸附力，准备进行机器人主体的旋转运动。
此时，齿轮转向机构开始工作。中心齿轮0410固定在中心轴0406上，外啮合齿轮0411在与其同轴的小电机0412的带动下开始旋转，从而会带动机器人的主体开始旋转。机器人的转动角度由目标位置的传感器控制单片机确定，最大转角为90度。
当机器人完成转向后，机器人的一组吸盘腿0204先开启吸附阀门，形成吸附力。然后转向控制系统开始反向工作，使吸盘组0409收起。
由于本仿生爬壁机器人形似壁虎，因此安装有机器人头部01(参见图7)和尾巴03。机器人尾巴03的作用是让机器人在爬壁过程中保持平衡。机器人头部01由头部壳体0101和摄像头0102组成，方便机器人在爬行过程中拍摄图像。
最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本实用新型的技术方案而非对本实用新型保护范围的限制。尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。
Claims (3)
1.新型仿生爬壁机器人，包括：行走控制系统(05)、转向控制系统(04)、吸盘腿系统(02)、头部(01)、尾巴(03)，其特征在于：行走控制系统(05)安装于机器人主体内，固定在下底板(0501)上，与吸盘腿系统(02)通过连杆二(0201)和球形柱(0503)联接；机器人共6条吸盘腿(0204)，左右各分布3条，吸盘腿(0204)以同边的前后两条与另一边的中间一条共为一组，通过3条腿为一组同步行走而形成一个稳定的三角形行走步态；转向控制系统(04)安装于下底板(0501)的下方，由吸盘升降机构和与齿轮转向机构组成。
2.如权利要求1所述的一种新型仿生爬壁机器人，其特征在于：所述的行走控制系统(05)安装在下底板(0501)上，下底板(0501)中央固定一个减速电机(0512)，电机伸出端安装主动齿轮(0506)，主动齿轮(0506)与从动齿轮(0507)啮合，从动齿轮(0507)同轴联接两个皮带轮(0505)，两个皮带轮(0505)又分别与前后皮带轮(0505)联接；就每条吸盘腿(0204)而言，导轨(0514)上套有滑块(0508)，连杆一(0510)一端与滑块(0508)相连，另一端与曲柄圆盘(0509)偏心联接，球形柱(0503)固定在上下底板，连杆二(0201)穿过球形柱(0503)，一端与滑块(0508)相连，另一端与吸盘腿(0204)相连；6条吸盘腿(0204)与对应的6个曲柄圆盘(0509)联接，同边的前后两个曲柄圆盘(0509)与另一边的中间一个共为一组，这样6个曲柄圆盘(0509)就分为两组，每组曲柄圆盘(0509)上的偏心点相差180度。
3.如权利要求1所述的一种新型仿生爬壁机器人，其特征在于：所述的转向控制系统(04)由吸盘升降机构与齿轮转向机构两部分组成，两部分各自通过一个电机协调控制，吸盘升降机构安装于下底板(0501)的下方并贴近墙面，齿轮转向机构安装在下底板(0501)与吸盘升降机构之间，下底板(0501)、齿轮转向机构和吸盘升降机构之间通过中心轴(0406)联接；在吸盘升降机构中，中心轴(0406)、吸盘底座(0401)、中心旋转块(0405)与导向圆环(0407)在轴向上均处于同心，中心轴(0406)上端固定在下底板(0501)上，导向圆 环(0407)固定在中心轴(0406)上，导向圆环(0407)被3条小导轨(0409)均匀划分为三个120度角的扇形区域。
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