[發明專利]多足式爬壁機器人

在審

• 申請號: 201310654452.7
• 申請日: 2013-12-09
• 公開（公告）號: CN104691641A
• 公開（公告）日: 2015-06-10
• 發明（設計）人: 任波
• 申請（專利權）人: 任波
• 主分類號: B62D57/024
• 分類號: B62D57/024
• 代理公司: 大連智慧專利事務所 21215
• 代理人: 周志艦

技術領域

本發明屬于多足式爬壁機器人裝置，是結合機械、計算機、傳感、控制技術為一體的機電一體化設備。?

背景技術

越來越多的摩天大樓和高層建筑成為了現代都市的新景觀，這些高樓多以瓷磚和玻璃幕墻作為外立面，這些裝飾材料美觀、漂亮，但是每隔一段時間就需要對其進行清洗。一直以來，都是由人工來進行對高層建筑的清洗工作。然而工作業的效率很低、耗時久，且簡單的搭乘吊藍或腰系繩索等安全措施容易出現事故。?

因此，設計制造出一種可以代替人工完成高層建筑清洗任務的裝置，成了相關工作人員的迫切要求。壁面清洗型的爬壁機器人是以清洗高層建筑為主要功能的壁面移動機器人。它的出現將會降低高層建筑的清洗成本，改善工人的勞動條件，提高生產效率，推動清洗業的發展。?

發明內容

本發明的目的在于：提出組合式吸盤配置組內鉸接的方式，對傳統真空吸附系統進行創新設計，建立多足式爬壁機器人的氣動回路及機器人氣動控制策略，構建機器人移動氣動伺服位置控制模型和越障氣腱肌肉控制模型。?

結合爬壁機器人在吸盤工作時所面臨的幾個方面的問題，考慮使用鉸接的鉸接方式鏈接吸盤。相比于固定連接的吸盤結構，鉸接具有適應能力好，并能補償制造和安裝誤差，對復雜壁面的適應情況，吸盤軸線始終能夠與壁面的法線保持一致，保證了吸盤良好的吸附在壁面上等優勢。本設計中內半鉸接的方式，每個吸盤能單獨連接角度補償器，具有±15°的擺動角度，可以更好地適應壁面。?

在本設計中，全部采用氣腱肌肉控制，相比于傳統氣缸驅動方式，初始力最高可到相同缸徑傳統氣缸的10倍。高動態響應，即使在高負載下，依舊保持高動態響應，無移動機械部件相互接觸，超慢速移動時，完全沒有抖動，非常適合設計中每個腳的姿態動作，保證每個腳動作的標準。使用最簡單的技術通過壓力控制，無需位移編譯碼。此外，氣腱肌肉質量比起氣缸可以減小很多，這對提高機器人的負載能力、穩定性都有積極的意義。?

在該設計中使用了高速開關閥取代伺服閥和比例閥，不僅能有限降低了系統成本，而且使用高速開關閥能夠實現快速、精確地氣動位置伺服控制。在該爬壁機器人中，使用了36個氣腱肌肉，首先比例/伺服閥成本高，其二爬壁機器人的質量對其爬壁性能的影響很大，所以必須盡可能的減小其自身重量，從而提高其負載能力。其三采用比例伺服控制系統復雜，而采用PWM控制相對簡單。?

在氣動回路設計中，選用的氣腱肌肉是采取兩端通氣結構。一端接一個高速開關閥，控制氣腱肌肉的進氣流量；另一端接一個相同的開關閥、控制氣腱肌肉的排氣，氣腱肌肉的行程與氣壓幾乎成正比的線性關系，故控制氣腱肌肉的行程只需要控制進氣端的壓力大小即可。?

附圖說明

圖1是本機器人運動控制流程圖；?

圖2是機器人腿部平面簡圖；

圖3是機器人腿部傳感器布置圖；

圖3中，31—機架；32—垂直高度傳感器；33—障礙高度傳感器；34—測距傳感器；35—真空吸盤。

具體實施方式

多足式爬壁機器人由機身結構、腿部結構、和腳部結構組成。機身結構由上下地板組成。地板用于連接腿部結構，夾層內部布置氣缸。機身上地板安裝氣動控制閥島并搭載工作臺。腿部機構的轉動副固定在機身結構上。腿部采用關節式設計，含三個受控的轉動副，固定在機身與腿部的連接處的轉動副，實現腿部相對于機身的水平面擺動運動，其余兩個轉動副用于連接腿的連桿部分，使腿部可以做垂直于機體所在水平面的擺動，以此實現大范圍，高靈活性的運動。使用氣動人工肌肉實現腿部的擺動運動。腳部結構由吸盤和吸盤固定架組成，采用三吸盤結構，吸盤固定架與腿部末端鉸接。因為鉸接式的吸盤組對復雜壁面的適應情況，由于鉸鏈的作用，吸盤軸線始終能夠與壁面的法向保持一致，保證了吸盤良好地吸附在壁面上。姿態反饋確定機器人本身狀態，進而判斷是水平運動、豎直運動或者倒立運動，針對不同的運動狀態，氣缸和肌肉的運動狀態有所不同，進入不同的控制算法，完成對機器人的運動控制。在姿態確定后，多傳感器環境檢測判定機器人運動的方式比如直接垂直前進、抬腿越障、水平前進或者是轉彎壁障。?