[實用新型]一種模塊化的仿生爬壁機器人

無效

• 申請號: 201020247874.4
• 申請日: 2010-07-02
• 公開（公告）號: CN201756146U
• 公開（公告）日: 2011-03-09
• 發明（設計）人: 管貽生;朱海飛;蔡傳武;張憲民;張宏
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B62D57/024
• 分類號: B62D57/024
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本實用新型涉及機器人技術領域，是一種模塊化的仿生爬壁機器人。

背景技術

現代社會有很多對人類來說屬于艱難困苦而危險的作業和任務。例如核工業中對核度液儲罐進行視覺檢查及探傷，建筑業中巨型墻面噴涂、高樓大廈瓷磚或玻璃幕墻的清潔，造船業中對內外船體表面的探傷和噴涂等等。這類工作依靠人類搭建腳手架、爬上爬下地完成，不僅效率低、成本高，更是一項危險的任務。因此，能替代人類執行和從事類似任務的爬壁機器人便應運而生。

目前國內外已研制出各種各樣來的爬壁機器人，其形式各異，吸附方式和移動機能各不相同，如有磁履帶式、多吸盤履帶式、單吸盤輪式、多吸盤框架式、旋翼輪式、基于范德華力的仿壁虎式等等。雖然目前爬壁機器人種類繁多，但它們存在若干問題和不足，例如：(1)單吸盤整體滑移式爬壁機器人為防止滑落，必須提供足夠的壓力來產生與墻面的摩擦力，同時為移動又必須克服摩擦力做切向運動，這是一對矛盾，磨損嚴重、能量消耗大；(2)輪式和多吸盤框架式爬壁機器人轉彎困難，缺乏運動靈活性；多吸盤框架式和多足式爬壁機器人結構復雜，體型較大，控制不方便，攀爬速度慢；(4)旋翼式爬壁機器人噪聲大且吸附不可靠，動力消失后馬上失效；(5)仿壁虎式爬壁機器人制造成本高、材料問題目前仍待進一步研究解決。尤其是很多爬壁機器人普遍缺乏越障能力和壁面間過渡能力；本體構型固定不變，不可根據環境和任務做出調整或者改變，對環境的適應性較差；沒有具備操作功能，若要求機器人實施操作，就必須額外加裝操作臂或末端執行器。

在眾多的吸附方式中，負壓吸附無污染、成本低、使用方便、維護容易、對環境有良好的適應性而廣泛采用，但是很多系統采用集中氣源，依靠地面上高功率空氣壓縮機通過很長的氣管對機器人足部吸盤進行抽真空(基于文丘里原理)，又造成系統額外的負擔，限制了其運動范圍。在結構形式和攀爬方式上，仿生雙足是爬壁機器人的一個重要的發展方向。仿生雙足爬壁機器人具有很強的越障能力和壁面過渡能力，結構和控制也較為簡單。真空吸附與仿生雙足攀爬結合可解決上面提到的眾多問題。目前真空吸附爬壁機器人的開發多集中在小電機或者舵機驅動的微小型輕便機器人上，如美國密西根州大學的可重構微小型機器人RAMR1和Crawler，以及國內北京航天航空大學的串聯式模塊化機器人(申請號：200710179041.1)。由于只有手掌大小，它們的運動和負載能力很弱，實用價值有限，而后者基于密閉氣腔擴容，通過振動產生負壓進行吸附，效率欠高、可靠性較低。因此，開發一種常規尺寸的，結構和控制相對簡單、構建容易、吸附穩定可靠、攀爬能力強、對攀爬對象有較強適應性，同時兼具操作功能的爬壁機器人符合機器人發展的趨勢和社會生產生活的需要。

實用新型內容

本實用新型目的在于面向建筑、化工、核工業和船泊業等領域的高空作業，克服現有爬壁機器人所存在的轉向困難、機動性較差、越障和壁面過渡能力較弱等缺點和不足之處，受尺蠖等動物攀爬動作的啟發，提供一種新型的由若干獨立完整的模塊組成的便于拆裝、攀爬功能強大且雙端吸附的模塊化的仿生爬壁機器人。

本實用新型的模塊化仿生爬壁機器人采用串聯式關節型仿手臂結構，具有五個自由度，由七個模塊構成，包括三個T型關節模塊、兩個I型關節模塊和兩個真空吸附模塊；所述I型關節模塊是指只有一個轉動自由度且關節轉軸與模塊本身中心線重合或平行的模塊，也稱回轉關節模塊；所述T型關節模塊是指只有一個轉動自由度且關節轉軸與模塊本身中心線垂直的關節模塊，也稱擺轉關節模塊；所述真空吸附模塊是一種通過抽真空形成負壓對光潔平整的物體表面進行吸附的功能模塊。各模塊采用串聯方式通過卡環依次連接，順序為：第一真空吸附模塊-第一I型關節模塊-第一T型關節模塊-第二T型關節模塊-第三T型關節模塊-第二I型關節模塊-第二真空吸附模塊。三個T型關節模塊的轉軸互相平行，并與兩端的I型關節模塊的轉軸互相垂直；模塊之間在接口處以四個銷釘定位并阻止模塊間可能的相對轉動。兩個真空吸附模塊分別安裝在機器人的兩端，組成一個雙足式的仿手臂機器人。