專利名稱：輪足式爬壁機(jī)器人機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及移動(dòng)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，具體地說是一種輪足式爬壁機(jī)器人機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有的微小型爬壁機(jī)器人機(jī)構(gòu)中，大部分采用腿足式的移動(dòng)機(jī)構(gòu)(參考文獻(xiàn)1 H. R. Choi, S. Μ. Ryew, Τ. H. Kang, J. H. Lee, and H. Μ. Kim, "A Wall Climbing Robot with Closed Link Mechanism,，，in Proc. of the 2000 IEEE/RSJ Int. Con. on Intelligent Robots and Systems, 2000，vol. 3，pp. 2006-2011，“一種具有閉合連桿 機(jī)構(gòu)的爬壁機(jī)器人”，智能機(jī)器人及系統(tǒng)，2000年，第3卷，2006-2011頁；文獻(xiàn)2 :R. Pack, J. Christopher, and K. Kawamura, "A rubbertuator-based structure-climbing inspection robot,，，in Proc. IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, 1997, vol. 3，pp. 1869-1874. “一種具有閉合連桿機(jī)構(gòu)的爬壁機(jī)器人”，機(jī)器人及自動(dòng)化技 術(shù)，1997年，第3卷，1869-1874頁)，或者采用由多個(gè)單元模塊組成的可重構(gòu)機(jī)構(gòu)(文 K 3 :D0MENIC0 L0NG0 AND GIOVANNI MUSCAT0, "The Alicia3 climbing robot: a three-module robot for automatic wall inspection，，， IEEE Robotics & Automation Magazine, 2006，Vol 13，pp. 42 - 50, “Alicia3爬壁機(jī)器人一種具有自動(dòng)壁面?zhèn)刹楣?能的三模塊機(jī)器人”，機(jī)器人與自動(dòng)化技術(shù)雜志，第13卷，42-50頁)，吸附方式多采用負(fù)壓 吸附(文獻(xiàn)4 爬壁機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用，劉淑霞，王炎，徐殿國，趙言正，Vol. 21 No. 2 1999)這 些機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、重量大、功耗多而且綜合運(yùn)動(dòng)性能(機(jī)動(dòng)性、穩(wěn)定性及越障能力)較差， 因此，難以應(yīng)用于實(shí)際的應(yīng)用作業(yè)中。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功耗大并且運(yùn)動(dòng)性能較差等不足之處，本 實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種移動(dòng)速度快、越障能力強(qiáng)和曲面適應(yīng)性好的輪足式 爬壁機(jī)器人機(jī)構(gòu)。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是本實(shí)用新型一種輪足式爬壁機(jī)器人機(jī)構(gòu)包括半圓柱形的第1本體及第2本體、連 桿、第1吸盤足以及第2吸盤足，其中第1本體及第2本體下部分別設(shè)有第1吸盤足以及第 2吸盤足，第1本體及第2本體軸線平行，以接觸方式并行設(shè)置，在兩本體并行設(shè)置的兩端部 分別通過連桿連接成具有能夠相對(duì)旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)；第1吸盤足采用負(fù)壓吸附結(jié)構(gòu)，第2吸盤足 采用真空吸附結(jié)構(gòu)；第1本體內(nèi)設(shè)有行走輪。所述第1本體第2本體結(jié)構(gòu)相同，均具托板，托板上安裝可使兩本體進(jìn)行相對(duì)滾動(dòng) 的半圓形軌道；軌道為表面加工有齒的半圓柱結(jié)構(gòu)，兩本體上的軌道通過齒嚙合；軌道表 面為能夠提供足夠摩擦力的材料。所述負(fù)壓吸附結(jié)構(gòu)為托板底部安裝有密封裙，通過引風(fēng)機(jī)產(chǎn)生吸附負(fù)壓；所述真 空吸附結(jié)構(gòu)采用真空吸盤足，通過真空泵產(chǎn)生吸附負(fù)壓；所述連桿兩端分別設(shè)有旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，各旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)與兩本體的半圓柱形同心；所述行走輪至少為三個(gè)，設(shè)于同一水平面上，至少兩 個(gè)輪為主動(dòng)輪，通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)；所述第2吸盤足通過垂直設(shè)置的移動(dòng)關(guān)節(jié)連接在第2本體 上；所述第2吸盤足通過水平設(shè)置的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接在第2本體上。本實(shí)用新型具有以下有益效果及優(yōu)點(diǎn)1.本實(shí)用新型有機(jī)地結(jié)合了輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)和足式移動(dòng)機(jī)構(gòu)的各自優(yōu)點(diǎn)，機(jī)構(gòu)具 有較好的運(yùn)動(dòng)特性和力特性。2.移動(dòng)速度快。在通過引風(fēng)機(jī)產(chǎn)生負(fù)壓的吸盤足中，電機(jī)通過驅(qū)動(dòng)行走輪的旋轉(zhuǎn) 關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)了機(jī)構(gòu)的輪式移動(dòng)行走功能。3.越障能力強(qiáng)。通過兩個(gè)半圓柱體的相對(duì)滾動(dòng)調(diào)節(jié)吸盤足的空間姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu) 對(duì)不同角度的交叉壁面跨越能力。4.曲面適應(yīng)性好。本實(shí)用新型的行走移動(dòng)機(jī)構(gòu)位于負(fù)壓吸盤足內(nèi)，同時(shí)由于兩個(gè) 半圓柱體可相對(duì)滾動(dòng)，因此該機(jī)構(gòu)可適應(yīng)的曲面曲率范圍廣。5.應(yīng)用范圍廣。本實(shí)用新型可以作為反恐偵查及壁面檢測(cè)的機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)。
圖1為本實(shí)用新型機(jī)構(gòu)示意圖；圖加為直線行走示意圖(第一吸盤足4吸附)；圖2b為直線行走示意圖(第二吸盤足5收縮)；圖2c為直線行走示意圖(驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)行走)；圖3a_l為原地旋轉(zhuǎn)過程示意圖(吸附第一吸盤足4情況俯視圖)；圖3a_2為原地旋轉(zhuǎn)過程示意圖(吸附第一吸盤足4情況主視圖)；圖北-1為原地旋轉(zhuǎn)過程示意圖(抬起第二吸盤足5情況俯視圖)；圖北-2為原地旋轉(zhuǎn)過程示意圖(抬起第二吸盤足5情況主視圖)；圖3c_l為原地旋轉(zhuǎn)過程示意圖(機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)至目標(biāo)位置狀態(tài)俯視圖)；圖3c_2為原地旋轉(zhuǎn)過程示意圖(機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)至目標(biāo)位置狀態(tài)主視圖)；圖如為交叉壁面跨越過程示意圖(機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)步驟1)；圖4b為交叉壁面跨越過程示意圖(機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)步驟2)；圖如為交叉壁面跨越過程示意圖(機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)步驟3)；圖4d為交叉壁面跨越過程示意圖(機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)步驟4)；圖如為交叉壁面跨越過程示意圖(機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)步驟5)；圖5為本實(shí)用新型另一實(shí)施例機(jī)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，輪足式爬壁機(jī)器人機(jī)構(gòu)包括半圓柱形的第1本體1及第2本體2、連 桿3、第1吸盤足4以及第2吸盤足5，其中第1本體1及第2本體2下部分別設(shè)有第1吸 盤足4以及第2吸盤足5，第1本體1及第2本體2軸線平行，以接觸方式并行設(shè)置，在兩本 體并行設(shè)置的兩端部分別通過連桿連接成具有能夠相對(duì)旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)；第1吸盤足4采用負(fù) 壓吸附結(jié)構(gòu)，第2吸盤足5采用真空吸附結(jié)構(gòu)；第1本體1內(nèi)設(shè)有行走輪。第1本體1和第 2本體2結(jié)構(gòu)相同，均具托板，托板上安裝可使兩本體進(jìn)行相對(duì)滾動(dòng)的半圓形軌道。[0031]本實(shí)施例采用有齒的半圓柱結(jié)構(gòu)，使兩本體上的軌道通過齒嚙合。也可為能夠提 供足夠摩擦力的材料，如摩擦系數(shù)較大的橡膠。負(fù)壓吸附結(jié)構(gòu)為托板底部安裝有密封裙，通過引風(fēng)機(jī)產(chǎn)生吸附負(fù)壓；真空吸附結(jié) 構(gòu)采用真空吸盤足，通過真空泵產(chǎn)生吸附負(fù)壓。連桿兩端分別設(shè)有旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，各旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)與兩本體的半圓柱形同心；行走輪至少 為三個(gè)，設(shè)于同一水平面上，至少兩個(gè)輪為主動(dòng)輪，通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)；第2吸盤足5通過垂直設(shè) 置的移動(dòng)關(guān)節(jié)連接在第2本體2上。本實(shí)用新型機(jī)構(gòu)具有四個(gè)自由度，第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)9、第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)10、第四旋轉(zhuǎn)關(guān) 節(jié)12以及第一移動(dòng)關(guān)節(jié)14分別由四個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)行走輪轉(zhuǎn)動(dòng)、原地旋轉(zhuǎn)、俯仰和第 二吸盤足5的伸縮移動(dòng)。并且第四旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)12與第五旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)13存在1 :1的耦合關(guān)系。第一吸盤足4采用負(fù)壓吸附方式，通過驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇產(chǎn)生負(fù)壓實(shí)現(xiàn)吸盤足的吸附與釋 放。第二吸盤足5采用真空吸附方式，利用真空泵和排氣閥實(shí)現(xiàn)吸盤足的吸附與釋放。本實(shí)用新型機(jī)構(gòu)可在水平、垂直或傾斜壁面爬行。本實(shí)用新型機(jī)構(gòu)的直線行走如圖加-c所示，其中有陰影填充部分代表第一吸盤 足4。如圖加所示，第一吸盤足4吸附工作壁面，釋放第二吸盤足5 ；如圖2b所示，電機(jī)驅(qū) 動(dòng)第一移動(dòng)關(guān)節(jié)14移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)第二吸盤足5的收縮；如圖2c所示，電機(jī)驅(qū)動(dòng)第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) 9和第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)10，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在水平或垂直壁面的連續(xù)運(yùn)動(dòng)。本實(shí)用新型機(jī)構(gòu)的原地轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)過程圖，其中有陰影填充的代表第一吸盤足4。如 圖3a-l和3a-2所示，第一吸盤足4吸附工作壁面，釋放第二吸盤足5 ；如圖北_1和北_2所 示，驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)第一移動(dòng)關(guān)節(jié)14移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)第二吸盤足5的收縮；圖3c-l和3c-2所示， 電機(jī)驅(qū)動(dòng)第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)9和第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)10，第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)9和第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)10的差速運(yùn) 動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的原地轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)。本實(shí)用新型機(jī)構(gòu)可以跨越0度至180度之間的任意的內(nèi)角以及一定的外角交叉壁 面?，F(xiàn)僅以90度交叉壁面為例，說明實(shí)用新型機(jī)構(gòu)跨越交叉壁面的過程，其陰影部分代表 第一吸盤足4。如圖如所示，首先本實(shí)用新型機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)到交叉壁面合適的位置，收縮第二吸 盤足5 ；如圖4b所示，電機(jī)驅(qū)動(dòng)連桿3使第二本體2的底面旋轉(zhuǎn)到目標(biāo)交叉壁面平行的位 置；如圖如所示，伸長第二吸盤足5，吸附第二吸盤足5 ；如圖4d所示，釋放第一吸盤足4 ； 電機(jī)驅(qū)動(dòng)連桿3使第一本體1由初始交叉壁面運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)交叉壁面；如圖4e所示，吸附第 一吸盤足4，釋放第二吸盤足5，本實(shí)用新型通過第一吸盤足4吸附目標(biāo)交叉壁面也可以實(shí) 現(xiàn)交叉壁面的跨越。第一移動(dòng)關(guān)節(jié)14可以采用旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。借助旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)也可本用實(shí)現(xiàn)新型機(jī)構(gòu)的第 二吸盤足5的抬起或落下。
權(quán)利要求1.一種輪足式爬壁機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于包括半圓柱形的第1本體(1)及第2本體 (2)、連桿(3)、第1吸盤足(4)以及第2吸盤足(5)，其中第1本體(1)及第2本體(2)下部 分別設(shè)有第1吸盤足(4)以及第2吸盤足(5)，第1本體(1)及第2本體(2)軸線平行，以 接觸方式并行設(shè)置，在兩本體并行設(shè)置的兩端部分別通過連桿連接成具有能夠相對(duì)旋轉(zhuǎn)的 結(jié)構(gòu)；第1吸盤足(4)采用負(fù)壓吸附結(jié)構(gòu)，第2吸盤足(5)采用真空吸附結(jié)構(gòu)；第1本體(1) 內(nèi)設(shè)有行走輪。
2.按權(quán)利要求1所述的輪足式爬壁機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于所述第1本體(1)和第2 本體(2)結(jié)構(gòu)相同，均具托板，托板上安裝可使兩本體進(jìn)行相對(duì)滾動(dòng)的半圓形軌道。
3.按權(quán)利要求2所述的輪足式爬壁機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于軌道為表面加工有齒的 半圓柱結(jié)構(gòu)，兩本體上的軌道通過齒嚙合。
4.按權(quán)利要求1所述的輪足式爬壁機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于所述負(fù)壓吸附結(jié)構(gòu)為托 板底部安裝有密封裙，通過引風(fēng)機(jī)產(chǎn)生吸附負(fù)壓。
5.按權(quán)利要求1所述的輪足式爬壁機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于所述真空吸附結(jié)構(gòu)采用 真空吸盤足，通過真空泵產(chǎn)生吸附負(fù)壓。
6.按權(quán)利要求1所述的輪足式爬壁機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于所述連桿兩端分別設(shè)有 旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，各旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)與兩本體的半圓柱形同心。
7.按權(quán)利要求1所述的輪足式爬壁機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于所述行走輪至少為三個(gè)， 設(shè)于同一水平面上，至少兩個(gè)輪為主動(dòng)輪，通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
8.按權(quán)利要求1所述的輪足式爬壁機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于所述第2吸盤足(5)通 過垂直設(shè)置的移動(dòng)關(guān)節(jié)(14)連接在第2本體(2)上。
9.按權(quán)利要求1所述的輪足式爬壁機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于所述第2吸盤足(5)通過 水平設(shè)置的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接在第2本體(2)上。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種輪足式爬壁機(jī)器人機(jī)構(gòu)，包括半圓柱形的第1本體及第2本體、連桿、第1吸盤足以及第2吸盤足，其中第1本體及第2本體下部分別設(shè)有第1吸盤足以及第2吸盤足，第1本體及第2本體軸線平行，以接觸方式并行設(shè)置，在兩本體并行設(shè)置的兩端部分別通過連桿連接成具有能夠相對(duì)旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)；第1吸盤足采用負(fù)壓吸附結(jié)構(gòu)，第2吸盤足采用真空吸附結(jié)構(gòu)；第1本體內(nèi)設(shè)有行走輪。本實(shí)用新型有機(jī)地結(jié)合了輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)和足式移動(dòng)機(jī)構(gòu)的各自優(yōu)點(diǎn)，機(jī)構(gòu)具有較好的運(yùn)動(dòng)特性和力特性，移動(dòng)速度快，越障能力強(qiáng)，曲面適應(yīng)性好。
文檔編號(hào)B62D57/024GK201914349SQ20102061764
公開日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2010年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月22日
發(fā)明者劉愛華, 景鳳仁, 李貞輝, 王洪光, 董偉光 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所