[發明專利]一種仿生式越障爬壁機器人及其越障方法

有效

• 申請號: 201410129946.8
• 申請日: 2014-04-01
• 公開（公告）號: CN103909991A
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發明（設計）人: 劉永;陳和平;沈軍柯;戴啟凡
• 申請（專利權）人: 南京赫曼機器人自動化有限公司
• 主分類號: B62D57/024
• 分類號: B62D57/024;B62D57/028
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國

技術領域

本發明涉及爬壁機器人技術領域，特別是一種仿生式越障爬壁機器人及其越障方法。

背景技術

隨著機器人技術的迅猛發展，爬壁機器人作為特種機器人已經在民用、軍事、航天領域有廣泛的應用。爬壁機器人的應用場合有著其環境特殊性，例如，壁面材料不同，有鐵質、玻璃和混凝土等壁面；壁面的粗糙程度和狀況多樣，有的光滑、有的粗糙，同時伴有大突起、寬凹槽等障礙；攀爬的空間方位復雜，壁面之間存在凹凸，需要從一平面攀爬至另一平面，導致跨越困難等等問題。

申請號為200820079153.X的中國專利公開了一種關節連接小型雙體負壓爬壁機器人，具有前單體負壓爬壁機器人，后單體負壓爬壁機器人和俯仰連接關節三部分，但是僅僅靠一個俯仰連接關節連接，跨越的障礙的高度和溝槽的寬度受到限制；此外，雙體機器人整體質量較重，而且兩個機器人的動吸附方式導致消耗的能量很多。

發明內容

本發明的目的在于提供一種適應性強、能量消耗低的仿生式越障爬壁機器人及其越障方法，能夠模仿長臂猿跨越大突起、寬溝槽等障礙，實現內直角或外直角的面面轉換，使機器人更好的適應環境。

實現本發明目的的具體解決方案為：一種仿生式越障爬壁機器人，包括微型吸附模塊、輕質運動機構和爬壁機器人本體，并且微型吸附模塊通過輕質運動機構與爬壁機器人本體連接；所述輕質運動機構為三個桿件、兩個驅動裝置串聯形成的兩自由度機構，其中一個桿件與微型吸附模塊固定相接、另一個桿件與爬壁機器人本體固定相接，該兩個桿件分別通過軸承連接于第三個桿件的兩端，所述兩個軸承均設有對應的驅動裝置，驅動裝置帶動軸承旋轉從而通過桿件帶動微型吸附模塊、爬壁機器人本體抬起或落下；

當爬壁機器人進行越障時，輕質運動機構的驅動裝置收到驅動信號后開始轉動，通過桿件抬高微型吸附模塊越過障礙，調整微型吸附模塊與壁面之間的夾角使微型吸附模塊吸附在壁面上；待微型吸附模塊吸附穩定后，關閉爬壁機器人本體的吸附作用，輕質運動機構的驅動裝置繼續轉動，通過桿件抬高爬壁機器人本體越過障礙，調整爬壁機器人本體與壁面之間的夾角使爬壁機器人本體吸附在壁面上；待爬壁機器人本體吸附穩定后，取消微型吸附模塊的吸附作用，輕質運動機構的驅動裝置通過桿件將微型吸附模塊從壁面抬起，爬壁機器人本體繼續移動。

一種仿生式越障爬壁機器人的越障方法，步驟如下：

第1步，當爬壁機器人進行越障時，輕質運動機構的驅動裝置收到驅動信號后開始轉動，通過桿件抬高微型吸附模塊越過障礙，調整微型吸附模塊與壁面之間的夾角使微型吸附模塊吸附在壁面上；

第2步，待微型吸附模塊吸附穩定后，關閉爬壁機器人本體的吸附作用，輕質運動機構的驅動裝置繼續轉動，通過桿件抬高爬壁機器人本體越過障礙，調整爬壁機器人本體與壁面之間的夾角使爬壁機器人本體吸附在壁面上；

第3步，待爬壁機器人本體吸附穩定后，取消微型吸附模塊的吸附作用，輕質運動機構的驅動裝置通過桿件將微型吸附模塊從壁面抬起，爬壁機器人本體繼續移動。

本發明與現有技術相比，其顯著優點為：（1）采用四輪驅動、負壓吸附，能夠在壁面上靈活快速移動，在遇到障礙時，通過微型吸附模塊的輔助和輕質運動機構的協同控制實現跨越，并能進行內直角、外直角不同平面的面面轉換，增強了機器人的機動性、工作環境適應性，拓寬了機器人的工作范圍；（2）微型吸附模塊采用靜吸附方式，使得微型吸附模塊在體積小、質量輕的情況下仍能提供很大的吸附力，且只有在越障時工作，大大降低了功耗；根據具體的壁面工作環境，安裝不同吸附類型的微型吸附模塊，可以適應各種粗糙程度的壁面；（3）輕質運動機構為欠驅動機構，減少了電機數量，通過低速運動獲取大力矩輸出，進一步減少了功耗；此外，輕質運動機構采用碳纖維或工業塑料等低密度的材料制作，使得機器人自重小、功耗低、相對載重能力大，在克服相同力矩的情況下，可以使得傳動機構的桿件更長，能跨越更高的突起和更寬的溝槽。

附圖說明

圖1為本發明仿生式越障爬壁機器人中微型吸附模塊的立體圖。

圖2為本發明仿生式越障爬壁機器人中輕質運動機構第一種裝配方式的爆炸圖。

圖3為本發明仿生式越障爬壁機器人中輕質運動機構第二種裝配方式的立體圖。

圖4為本發明仿生式越障爬壁機器人中爬壁機器人本體的立體圖。

圖5為本發明仿生式越障爬壁機器人跨越凸障礙的過程示意圖。

圖6為本發明仿生式越障爬壁機器人跨越凹障礙的過程示意圖。