[發(fā)明專利]一種模塊化可重構(gòu)蠕蟲式爬壁機器人

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910082198.1
• 申請日: 2009-04-20
• 公開（公告）號: CN101537619A
• 公開（公告）日: 2009-09-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王巍;李大寨;王坤;宗光華
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: B25J11/00
• 分類號: B25J11/00
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實專利事務(wù)所
• 代理人: 周長琪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種爬壁機器人，更特別地說，是指一種將模塊化設(shè)計的多個吸附關(guān)節(jié)相接形成可重構(gòu)蠕蟲式爬壁機器人。

背景技術(shù)

爬壁機器人根據(jù)在非鐵磁性壁面上吸附的原理，可以劃分為三種：①真空抽吸裝置——靠高速氣流的抽吸作用排除吸盤固定密閉空間內(nèi)的氣體形成真空；②擴容真空裝置——利用定質(zhì)量氣體增加容積減低壓力的原理在密封腔(吸盤)內(nèi)產(chǎn)生真空；③旋翼吸附——借助螺旋槳旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的矢量推力把機器人壓向壁面。

總的來說，在面向小型化設(shè)計時，它們都暴露出一些共性問題：

(1)本征矛盾與地面移動相比，壁面移動的難點在重力的影響。在壁面上，吸附和移動兩者始終構(gòu)成一對矛盾：防止跌落，吸盤就須臾不可脫離墻壁，這有賴于足夠的摩擦力，而獲得它的代價是必須保持強大的正壓力；但是要移動，吸盤又不得不克服摩擦力沿壁面做切向滑動。機器人正向壓迫壁面越重，摩擦力越大，就越安全，但是移動就越困難，顯然這是一種“內(nèi)斗”、“內(nèi)耗”，降低了能量的利用效率。

(2)尺度效應(yīng)如同飛行器，在翼展＜150mm后，傳統(tǒng)飛行理論已經(jīng)不再適用，而需要低雷諾數(shù)、非定常條件下的氣動力學(xué)理論，機翼也應(yīng)該改成撲翼。為了提供足夠的吸附力以及適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)，上述①、②兩種吸附方式都需要相對較大的平面吸盤面積，否則無法可靠地吸附。爬壁機器人在小型化時同樣面臨所謂“尺度效應(yīng)”的困難，需要有創(chuàng)新的吸附理論來化解。

(3)真空的維持吸盤難免泄漏，而吸附力對泄漏十分敏感，因此國內(nèi)外幾十種有代表性的爬壁機器人中不乏巧妙的設(shè)計用以維系原來已經(jīng)形成的真空環(huán)境，不過為此也付出了高昂的代價。如果面對粗糙壁面(工作面)，如瓷磚、水泥砂漿、馬賽克、土磚墻等，泄漏更是一個困擾因素。眾所周知，按照目前氣路設(shè)計的水平，為了構(gòu)建和維持真空環(huán)境，大量氣流被自自地排空到大氣中，能源的利用率不會大于20％。小型爬壁機器人具有輕巧、低功耗、低危險性等特點，因此被廣泛應(yīng)用于建筑檢測、城市搜救以及對未知環(huán)境的探測等。但由于其工作表面大多為復(fù)雜曲面，并需要克服重力，已有的爬壁機器人很難兼顧結(jié)構(gòu)輕巧和運動靈活。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決小型爬壁機器人自由度低、越障能力差和運動靈活性弱等問題，本發(fā)明設(shè)計出了一種模塊化可重構(gòu)蠕蟲式爬壁機器人。該機器人采用多個結(jié)構(gòu)相同的吸附關(guān)節(jié)相接成可重構(gòu)蠕蟲式爬壁機器人，在前行方向上，通過多個吸附關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)動作使各自的吸盤與工作面接觸或分離，從而達到前進和轉(zhuǎn)向的目的。本發(fā)明應(yīng)用模塊化設(shè)計理念，對于每一個吸附關(guān)節(jié)采用相同的結(jié)構(gòu)，提高了機器人關(guān)節(jié)模塊的互換性，降低了制造成本，減少了機械加工周期。

本發(fā)明的一種模塊化可重構(gòu)蠕蟲式爬壁機器人，該爬壁機器人的相鄰兩個吸附關(guān)節(jié)為正交連接；即A吸附關(guān)節(jié)上的舵機的驅(qū)動軸沿x軸方向放置，B吸附關(guān)節(jié)上的舵機的驅(qū)動軸沿y軸方向放置，C吸附關(guān)節(jié)上的舵機的驅(qū)動軸沿x軸方向放置，D吸附關(guān)節(jié)上的舵機的驅(qū)動軸沿y軸方向放置，E吸附關(guān)節(jié)上的舵機的驅(qū)動軸沿x軸方向放置，F(xiàn)吸附關(guān)節(jié)上的舵機的驅(qū)動軸沿y軸方向放置，G吸附關(guān)節(jié)上的舵機的驅(qū)動軸沿x軸方向放置；

A吸附關(guān)節(jié)、B吸附關(guān)節(jié)、C吸附關(guān)節(jié)、D吸附關(guān)節(jié)、E吸附關(guān)節(jié)、F吸附關(guān)節(jié)和G吸附關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)相同；

A吸附關(guān)節(jié)包括有骨架、定位塊、A舵盤、B舵盤、吸排組件和舵機；A舵盤與B舵盤結(jié)構(gòu)相同；

骨架為一體成型件，骨架上設(shè)有支撐體和A半環(huán)凸耳、B半環(huán)凸耳、C半環(huán)凸耳和D半環(huán)凸耳四個半環(huán)凸耳，四個半環(huán)凸耳分別置于支撐體的前端；

在支撐體的前端設(shè)有A半環(huán)凸耳、B半環(huán)凸耳、C半環(huán)凸耳、D半環(huán)凸耳，且A半環(huán)凸耳與C半環(huán)凸耳對稱，B半環(huán)凸耳與D半環(huán)凸耳對稱；

A半環(huán)凸耳上設(shè)有A光孔，A半環(huán)凸耳的端部設(shè)有A半環(huán)口，該A半環(huán)口用于與相鄰吸附關(guān)節(jié)上的一個舵盤配合；

B半環(huán)凸耳上設(shè)有B光孔，該B光孔用于與B舵盤上的H通孔配合實現(xiàn)B舵盤與B半環(huán)凸耳的連接；B半環(huán)凸耳的端部設(shè)有B半環(huán)口，該B半環(huán)口用于與B舵盤的B圓凸臺的定位；B舵盤的B軸孔內(nèi)連接有舵機的隨動軸；

C半環(huán)凸耳上設(shè)有C光孔，C半環(huán)凸耳的端部為C半環(huán)口，該C半環(huán)口用于與相鄰吸附關(guān)節(jié)上的另一個舵盤配合；

D半環(huán)凸耳上設(shè)有D光孔，該D光孔用于與A舵盤上的G通孔配合實現(xiàn)A舵盤與D半環(huán)凸耳的連接；D半環(huán)凸耳的端部設(shè)有D半環(huán)口，該D半環(huán)口用于與A舵盤的A圓凸臺的定位；A舵盤的A軸孔內(nèi)連接有舵機的驅(qū)動軸；

在支撐體的上面板上設(shè)有A通孔，該A通孔用于A導(dǎo)柱穿過，且A導(dǎo)柱的A擋塊與上面板粘接；

在支撐體的下面板上設(shè)有B通孔，該B通孔用于B導(dǎo)柱穿過，且B導(dǎo)柱的B擋塊與下面板粘接；