[發(fā)明專利]一種基于靜電吸附的垂直表面攀爬任務(wù)平臺

在審

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• 申請日: 2017-03-24
• 公開（公告）號: CN106985925A
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王少萍;汪海濤;徐紹宸
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B62D57/024
• 分類號: B62D57/024
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實專利事務(wù)所11121
• 代理人: 周長琪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于運動探測機器人技術(shù)領(lǐng)域,涉及一種基于靜電吸附的垂直表面攀爬任務(wù)平臺。

背景技術(shù)

目前在生產(chǎn)生活以及科學考察領(lǐng)域，存在很多需要進行垂直移動的實際應用場景，如高層建筑玻璃外墻的清潔，壁面探傷，垂直巖壁攀爬等，并且在消防，核工業(yè)，造船等具有一定危險性的行業(yè)同樣存在這需要進行垂直攀爬和探測的實際需求，在這些使用場景中，傳統(tǒng)機器人存在著一些難以克服的問題，從而限制了傳統(tǒng)機器人的使用場景，靜電吸附的基本原理是依靠高壓電場使得放入其中的物體產(chǎn)生極化從而帶點，異種電荷間產(chǎn)生吸力，當異種電荷間可靠絕緣時，產(chǎn)生穩(wěn)定的吸力，其優(yōu)點是功耗較小，附加設(shè)備較少，重量較輕，單位面積負載能力強，可以適用于有縫隙和灰塵較多的表面，并且其吸附力量較為穩(wěn)定可調(diào)，噪音很小，垂直方向吸附力大。

目前垂直攀爬機器人運動方式一般有以下幾種：

1、依靠涵道風扇或螺旋槳產(chǎn)生風力負壓產(chǎn)生吸附力，配合輪式移動方式，此種方式移動速度較快，較為靈活，但是功耗大，受制于機器人重量和體積，續(xù)航時間很短，并且控制復雜，無法實現(xiàn)自主靜止吸附，而且運動時噪音和震動較大。

2、依靠多路真空吸盤吸附足進行吸附和移動，此種方式法向吸附力較大，可以自主靜止吸附，但是移動速度慢，功耗較大，并且對于表面平整度要求高，氣路重量大，設(shè)計和控制都很復雜，在表面存在接縫或伸縮縫時無法工作。

3、仿生吸附和移動：模仿自然界中具有垂直攀爬能力的動物的微觀結(jié)構(gòu)，環(huán)境適應力較強，但是實現(xiàn)難度大，并且成本高昂，吸附力小并且存在結(jié)構(gòu)易受到污染不易清潔，不能實現(xiàn)模塊化等缺點。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出一種基于靜電吸附原理的垂直表面攀爬任務(wù)平臺單體，即一種使用靜電吸附原理完成垂直攀爬和勘察，負重等指定任務(wù)需求的機器人，以其創(chuàng)新的靜電吸附原理和靜電吸附結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)超低功耗，長續(xù)航時間能夠適應有縫隙表面的特點，完成傳統(tǒng)垂直攀爬機器人難以完成的任務(wù)，充分利用靜電吸附作用的優(yōu)點，實現(xiàn)低功耗的垂直表面移動，并且控制簡單，尺寸和載重容易等比例放大，從而為不同任務(wù)提供完整的解決方案體系。

本發(fā)明一種基于靜電吸附的垂直表面攀爬任務(wù)平臺，包括機體支架、張緊輥、張緊支架與靜電吸附膜。所述機體支架具有相互平行的左側(cè)架與右側(cè)架。所述張緊輥為兩根，垂直于左側(cè)架和右側(cè)架設(shè)置，分別位于左側(cè)架與右側(cè)架前端和后端之間；其中一個張緊輥電動機驅(qū)動轉(zhuǎn)動，另一個張緊輥被動轉(zhuǎn)動。所述張緊支架為倒U型結(jié)構(gòu)，安裝于機體支架上；通過兩根縱梁伸縮實現(xiàn)頂部橫梁上下位置調(diào)節(jié)。

所述靜電吸附薄膜為由柔性線路板工藝制成的具有梳齒型電極結(jié)構(gòu)的薄膜，繞過前張緊輥、后張緊輥、張緊支架頂部橫梁后兩端相接固定，形成履帶結(jié)構(gòu)；通過張緊支架調(diào)節(jié)靜電吸附薄膜張緊程度。

上述張緊支架的橫梁上安裝有簧片，同時在靜電吸附膜上安裝有接觸條與簧片接觸；并將高壓供電模塊與簧片相連，使高壓供電模塊的輸出端通過簧片與接觸條間導電，實現(xiàn)為靜電吸附薄膜的供電；進而通過靜電吸附薄膜提供吸力，使本發(fā)明垂直表面攀爬任務(wù)平臺吸附于攀爬面上。

高壓供電模塊的輸入端連接供電電池，供電電池還通過5V穩(wěn)壓器連接電動機的驅(qū)動電路，實現(xiàn)為高壓供電模塊與電動機的供電。供電電池還連接主控單片機，主控單片機連接電動機的驅(qū)動電路，通過主控單片機中的藍牙模塊實現(xiàn)上位機對電動機的藍牙遙控，由上位機通過藍牙模塊發(fā)送控制信號至主控單片機，進而通過主控單片機控制電動機的轉(zhuǎn)動速度和方向，由電動機驅(qū)動張緊輥轉(zhuǎn)動，利用摩擦力帶動靜電吸附薄膜形成的履帶結(jié)構(gòu)運動，實現(xiàn)垂直表面攀爬任務(wù)平臺在攀爬面上的移動。

本發(fā)明一種基于靜電吸附的垂直表面攀爬任務(wù)平臺，還具有負載掛架，包括左尾架、右尾架與掛架。其中，左尾架與右尾架平行設(shè)置，前端分別固定于左側(cè)架與右側(cè)架后端；掛架為圓柱形支架，設(shè)置于左尾架與右尾架之間；掛架用來定位及安裝負載，且使負載位置可調(diào)，進而實現(xiàn)本發(fā)明垂直表面攀爬任務(wù)平臺的重心可調(diào)。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

1、本發(fā)明基于靜電吸附的垂直表面攀爬任務(wù)平臺，具有梳齒形薄膜靜電吸附結(jié)構(gòu)和運動的機械結(jié)構(gòu)，建構(gòu)簡單，可靠性高；

2、本發(fā)明基于靜電吸附的垂直表面攀爬任務(wù)平臺，具有較高的效率，能夠在較低的功耗下實現(xiàn)對于垂直表面的攀爬，吸附裝置重量較輕，節(jié)約能源，提高負載重量；

3、本發(fā)明基于靜電吸附的垂直表面攀爬任務(wù)平臺，采用了獨創(chuàng)的履帶薄膜吸附與行走一體化結(jié)構(gòu)，對于含有縫隙的垂直表面能夠?qū)崿F(xiàn)移動，在垂直表面較為粗糙時仍能保證可靠的吸附力；