專利名稱：一種爬壁機器人的運動機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種爬壁機器人的運動機構(gòu)，特別是一種采用復(fù)合連桿機構(gòu)加絲桿驅(qū)動來實現(xiàn)爬壁機器人在各種墻面障礙上的尺蠖式仿生移動的機構(gòu)。
背景技術(shù)：
目前在墻面上移動的機器人一般有以下幾種運動機構(gòu)和方式1、輪式。在主吸盤的下方裝上輪子，一般采用差動方式進行轉(zhuǎn)向。結(jié)構(gòu)簡單，但對于墻面障礙基本無法通過， 僅限于平整光滑的墻面移動，屬于動態(tài)密封，較難保證吸附力的連續(xù)穩(wěn)定；2、履帶式。與輪式情況相當(dāng)，但過障能力有所提高；3、仿生腿、足式。一般在每條腿上都裝有吸盤，運動時模仿動物的腳步，能克服大多數(shù)墻面上的障礙，但腿多自由度也多，控制比較復(fù)雜，成本也很高；4、軌道式。采用爪鉤并利用墻面的凸起固定一或二根導(dǎo)軌，機器人沿導(dǎo)軌作上下、左右移動。該結(jié)構(gòu)利用了墻面凸起作受力點，可以承載較大的載荷，在軌道內(nèi)移動時可獲得較高的速度，但受墻面凸筋條及其分布規(guī)律的限制，應(yīng)用范圍有限，適應(yīng)性較差；5、尺蠖式。采用多關(guān)節(jié)驅(qū)動方式模仿尺蠖蟲動作實現(xiàn)爬壁運動，能克服絕大多數(shù)的墻面障礙，是一種較為先進的移動方式。目前其所用驅(qū)動形式多為關(guān)節(jié)電機(一種安裝在關(guān)節(jié)上的減速電機)直接驅(qū)動，要求關(guān)節(jié)電機的功率和扭矩都很大，傳動齒輪受力情況比較惡劣，關(guān)節(jié)一般不能自鎖，要實現(xiàn)關(guān)節(jié)鎖定需通過專門的制動或電機通電來實現(xiàn)，機構(gòu)復(fù)雜而笨重。由于各關(guān)節(jié)均為大減速比驅(qū)動，要提高移動速度較為困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的是現(xiàn)有爬壁機器人運動機構(gòu)所存在的上述不足，提供一種結(jié)構(gòu)輕巧簡潔，驅(qū)動功率小，工作效率高的復(fù)合連桿式仿尺蠖動作機構(gòu)，旨在改善現(xiàn)有尺蠖式爬壁機器人運動機構(gòu)的工作效率，裝配該機構(gòu)的爬壁機器人可以較低的功耗實現(xiàn)仿尺蠖動作， 且能夠?qū)崿F(xiàn)快速移動，使爬壁機器人更加接近實用。本發(fā)明的目的將通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)一種爬壁機器人的運動機構(gòu)，其特征在于包括主支架、從支架、下吸盤、上吸盤、伸縮推桿、下俯仰推桿、上俯仰推桿、拉伸彈簧、 推力彈簧、滑套、連桿；主支架和從支架上端通過鉸鏈聯(lián)接；套在主支架上的滑套與固定在主支架上的伸縮推桿形成一個具有位置鎖定功能的移動副；連桿跨接于滑套和從支架之間并通過鉸接頭聯(lián)接；下吸盤安裝于主支架下端，上吸盤安裝于從支架下端；下俯仰推桿將下吸盤與主支架通過鉸支座聯(lián)接在一起，上俯仰推桿與從支架通過鉸支座聯(lián)接在一起；推力彈簧安置在主支架與下吸盤之間與下俯仰推桿并聯(lián)，拉伸彈簧安置于從支架和上吸盤之間與上俯仰推桿并聯(lián)。采用本發(fā)明所述機構(gòu)的爬壁機器人，其運動機構(gòu)可以模仿尺蠖蟲的動作，實現(xiàn)伸縮、俯仰與提升動作，可較靈活的面對墻面上的各種凸起、管線和溝槽，也能方便的在各墻面間實現(xiàn)過渡。由于連桿機構(gòu)的運動放大作用，機構(gòu)可以實現(xiàn)快速移動。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點和效果1、可模仿尺蠖蟲運動，因而能夠?qū)崿F(xiàn)在墻面上的跨越式越障和墻面間的過渡；2、由于在驅(qū)動部位安置了能起助力作用的儲能元件——彈簧，使得驅(qū)動功率和能耗大幅下降，驅(qū)動部分重量得以減輕；3、采用復(fù)合連桿機構(gòu)，與齒輪機構(gòu)相比在保持結(jié)構(gòu)鋼度的同時進一步降低了機器人的整體重量；4、同重量級下具有更強的載荷能力和更長的工作時間；5、所配吸盤采用靜態(tài)密封，更容易適應(yīng)復(fù)雜墻面；6、具有更快的移動速度。


圖1是本發(fā)明的機構(gòu)簡圖。圖2是本發(fā)明的機構(gòu)運動狀態(tài)簡圖。圖3是本發(fā)明的一個實施例示意圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖，詳細說明本發(fā)明的實施方式。1、參照圖1，本發(fā)明一種爬壁機器人的運動機構(gòu)包括主支架7、從支架9和分別安裝于它們下端的下吸盤1和上吸盤2，所述主、從支架7、9上端通過鉸鏈聯(lián)接。所述上吸盤 2和下吸盤1及其聯(lián)接件上俯仰推桿11和下俯仰推桿4為兩個重復(fù)單元，所不同的是并接于上俯仰推桿11上的彈簧為拉伸彈簧8，而并接于下俯仰推桿4上的彈簧為推力彈簧3。 套在主支架7上的滑套5與固定在主支架7上的伸縮推桿10形成一個絲桿副，用于推動滑套5作沿主支架7導(dǎo)桿的直線移動；連桿6跨接于滑套5和從支架9之間并通過鉸接頭聯(lián)接，用于傳導(dǎo)滑套5的動作，使從支架9作相對于主支架7的伸張和收合動作。下俯仰推桿 4將下吸盤1與主支架7通過鉸支座聯(lián)接在一起，上俯仰推桿11將上吸盤2與從支架9通過鉸支座聯(lián)接在一起，調(diào)整俯仰推桿的長度可以改變吸盤相對于支架的角度；所述上俯仰推桿11和下俯仰推桿4由減速電機和絲桿組成，電機帶動絲桿在絲套中轉(zhuǎn)動能改變絲套的相對位置進而實現(xiàn)長度變化。推力彈簧3安置在主支架7與下吸盤1之間并與下俯仰推桿 4并聯(lián)，用于減輕下俯仰推桿4的受力；拉伸彈簧8安置于從支架9和上吸盤2之間且與上俯仰推桿11并聯(lián)，用于減輕上俯仰推桿11的受力。所述拉伸彈簧8和推力彈簧3是實現(xiàn)本發(fā)明低能耗的關(guān)鍵零件，其剛度特性需根據(jù)載荷做精確調(diào)整后才能達到預(yù)期效果。值得提醒的是，作為彈性元件，其形式并不局限于螺旋彈簧一種，它也可以用氣彈簧、卷簧等來代替。所述伸縮推桿10、上俯仰推桿11和下俯仰推桿4的作用是輸出和 控制直線移動， 在本實施例中采用了電動推桿，但這并不表示其它形式如液壓、氣動的直線移動控制方式在本發(fā)明中無效。圖2是本發(fā)明一種爬壁機器人的運動機構(gòu)在各種壁面狀態(tài)下的工作情況示意圖。收攏狀態(tài)(a)，設(shè)此時為初始狀態(tài)，伸縮推桿10拉動滑套5在最下端，上俯仰推桿 11和下俯仰推桿4呈中度收縮位，與下俯仰推桿4并聯(lián)的推力彈簧3處于半壓縮狀態(tài)，而與上俯仰推桿11并聯(lián)的拉伸彈簧8則處于半拉伸狀態(tài)。展開狀態(tài)(b)，設(shè)下吸盤1為固定端，上吸盤2作為活動腳向上移動，此時伸縮推桿 10推動滑套5上移，上俯仰推桿11和下俯仰推桿4展開，推力彈簧3伸展并釋放能量輔助下俯仰推桿4上推上吸盤2 ；拉伸彈簧8此時也被拉伸儲能，但由于此時上吸盤2處于懸空狀態(tài)，上俯仰推桿11克服的主要是拉伸彈簧8的拉力和少量上吸盤2的重量。上爬狀態(tài)(e )、( g)，當(dāng)上吸盤2穩(wěn)定的吸附在墻面上后，下吸盤1釋放成為活動腳。 此時上俯仰推桿11和下俯仰推桿4、伸縮推桿10均開始收縮。并裝于上俯仰推桿11的拉伸彈簧8釋放能量輔助上俯仰推桿4收縮拉動下吸盤1上移，而推力彈簧3則在下俯仰推桿4的作用下開始壓縮儲能，同樣由于此時下吸盤1處于懸空狀態(tài)，下俯仰推桿4所克服的主要是推力彈簧3的彈力和少量下吸盤1的重力。當(dāng)上爬狀態(tài)完成后就又進入了收攏狀態(tài)，如此交替即實現(xiàn)了機器人的仿尺蠖上爬
動作。 其余越障和墻面過渡動作可參見圖2的分解圖示(C)、(d)、(f)、(h)，所有動作都是通過上俯仰推桿11、下俯仰推桿4和伸縮推桿10三個推桿的收放來實現(xiàn)的，所不同的只是三個推桿之間行程的比例和時間差。圖3所示實施例是基于圖1的具體應(yīng)用。 應(yīng)該明確的是上述實施例只是對本發(fā)明的說明，而不是對本發(fā)明的限制，任何不超出本發(fā)明實質(zhì)精神范圍內(nèi)的發(fā)明創(chuàng)造，均落入本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種爬壁機器人的運動機構(gòu)，其特征在于包括主支架(7)、從支架(9)、下吸盤(1)、 上吸盤(2)、伸縮推桿(10)、下俯仰推桿(4)、上俯仰推桿(11)、拉伸彈簧(8)、推力彈簧 (3)、滑套(5)、連桿(6)；主支架(7)和從支架(9)上端通過鉸鏈聯(lián)接；套在主支架(7)上的滑套(5)與固定在主支架(7)上的伸縮推桿(10)形成一個具有位置鎖定功能的移動副；連桿(6 )跨接于滑套(5 )和從支架(9 )之間并通過鉸接頭聯(lián)接；下吸盤(1)安裝于主支架(7 ) 下端，上吸盤(2)安裝于從支架(9)下端；下俯仰推桿(4)將下吸盤(1)與主支架(7)通過鉸支座聯(lián)接在一起，上俯仰推桿(11)與從支架(9 )通過鉸支座聯(lián)接在一起；推力彈簧(3 )安置在主支架(7)與下吸盤(1)之間與下俯仰推桿(4)并聯(lián)，拉伸彈簧(8)安置于從支架(9) 和上吸盤(2)之間與上俯仰推桿(11)并聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種爬壁機器人的運動機構(gòu)，其特征在于伸縮推桿(10)、上俯仰推桿(11)和下俯仰推桿(4)可采用電動絲桿，也可以采用液壓或氣動機構(gòu)來代替。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種爬壁機器人的運動機構(gòu)，其特征在于所用推力彈簧(3) 和拉伸彈簧(8)也可以用螺旋彈簧、氣彈簧和蝸卷彈簧實現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種采用復(fù)合連桿機構(gòu)加絲桿驅(qū)動來實現(xiàn)爬壁機器人在各種墻面障礙上的尺蠖式仿生移動的機構(gòu)，本發(fā)明的上吸盤和下吸盤之間通過主、從支架相鉸接，伸縮推桿安裝在主支架上，其輸出絲桿與滑套上的螺紋相配合，可以驅(qū)動滑套在主支架桿上滑動，拉伸彈簧和推力彈簧并聯(lián)于上俯仰推桿和下俯仰推桿上用于在機器人上爬時提供助力，上俯仰推桿通過鉸支座安裝在從支架與上吸盤之間，下俯仰推桿通過鉸支座安裝在主支架與下吸盤之間。本發(fā)明可以模仿尺蠖蟲的動作，實現(xiàn)伸縮、俯仰與提升動作，可較靈活的面對墻面上的各種凸起、管線和溝槽，也能方便的在各墻面間實現(xiàn)過渡。由于連桿機構(gòu)的運動放大作用，機構(gòu)可以實現(xiàn)快速移動。
文檔編號B62D57/024GK102351017SQ20111022103
公開日2012年2月15日 申請日期2011年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月3日
發(fā)明者唐振民, 張浩峰, 朱健聲, 朱凱, 董宏林, 趙春霞 申請人:南京理工大學(xué)