CN101439735A - 采用方波振动的吸附机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于爬壁机器人的采用方波振动的吸附机构，该方波振动的吸附机构由动力组件、支架组件、排气组件组成，排气组件安装在支架组件的下方，动力组件安装在支架组件上。该机构采用一个舵机进行气路的开/闭；一个电机驱动两根光轴，并使光轴上的六个凸轮带动六个吸盘进行振动吸附，从而实现本发明机构的方波振动。在凸轮安装上采用了120度相位的装配方式，且使每两个凸轮为一组，在同一时段、同时有四个吸盘产生与壁面的吸附力，另外两个吸盘产生与壁面的支反力，该对支反力以矩形的对角线交点中心对称，使得本发明机构在壁面上吸附时产生的拉力和压力均衡分布。

Description

采用方波振动的吸附机构

技术领域

本发明涉及一种适用于爬壁机器人的方波振动吸附机构。

背景技术

吸盘吸附是通过在橡胶吸盘中产生高真空状态而使其附着在壁面上的方法。最常用的吸盘抽真空装置是气动真空发生器，它应用文丘里效应产生真空，因此采用这种方式的机器人通常需要拖带很长的气管从地面接入压缩空气。用真空发生器使吸盘产生真空的优点是真空度高、吸附力大，但缺点是真空吸盘对吸附表面的质量要求较高，壁面上的杂质和缺陷容易造成吸盘真空破坏；另外气动管路和器件复杂，不利于机器人小型化和轻量化。另一种使吸盘产生高真空的方法是用真空泵，但一般工业真空泵由于体积、重量等原因很少在爬壁机器人上使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用方波振动的吸附机构，该机构由动力组件(1)、支架组件(2)、排气组件(3)组成，排气组件(3)安装在支架组件(2)的下方，动力组件(1)安装在支架组件(2)上。在排气组件(3)中采用一个舵机进行气路的开/闭；在动力组件(1)中采用一个电机驱动两根光轴，并使光轴上的六个凸轮带动六个吸盘进行振动吸附，从而实现本发明机构的方波振动。在凸轮安装上采用了120度相位的装配方式，且使每两个凸轮为一组，在同一时段、同时有四个吸盘产生与壁面的吸附力，另外两个吸盘产生与壁面的支反力，该对支反力以矩形的对角线交点中心对称，使得本发明机构在壁面上吸附时产生的拉力和压力均衡分布。

本发明采用方波振动的吸附机构的优点在于：(1)采用加速度突变的振动方式，充分发挥吸盘有限容积的利用率。(2)在同一时段内，同时有四个吸盘同时与壁面吸附，两个吸盘产生与壁面的支反力，且为最大扩容量，增加了可靠性。(3)采用舵机与活塞组合的放气驱动组件，使放气效果更加稳定可靠。(4)该吸附机构集成度高，空间利用率大，可作为爬壁机器人的吸附机构。

附图说明

图1是本发明振动吸附机构的结构图。

图1A是本发明振动吸附机构未装配上盖的的结构图。

图2是本发明支架组件的结构图。

图2A是本发明未装配上盖的支架组件的结构图。

图2B是本发明支架组件的仰视结构图。

图3是本发明动力组件的结构图。

图4是本发明排气组件的结构图。

图4A是本发明舵机与活塞的分解图。

图5是本发明六个吸盘构成的矩形布局。

图5A是本发明六个吸盘在同一时段上的吸附状态。

图中：      1.动力组件     1A.A光轴      1B.B光轴       101.A齿轮102.B齿轮     103.C齿轮      104.直流电机  111.A凸轮      112.B凸轮113.C凸轮     114.D凸轮      115.E凸轮     116.F凸轮      2.支架组件21.上盖       21a.减重孔     22.底板       201.A轴承座    202.B轴承座203.C轴承座   204.D轴承座    211.A轴承     212.B轴承      213.C轴承214.D轴承     215.E轴承      216.F轴承     217.G轴承      218.H轴承219.I轴承     220.J轴承      221.A凸台     222.B凸台      223.C台224.D凸台     225.E凸台      226.F凸台     23.电机安装板  231.A通孔232.A长形槽   233.B长形槽    3.排气组件    301.安装板     302.舵机303.偏心轮    304.压气板     305.气流座    311.E轴承座    312.B轴承座313.K轴承     314.L轴承      315.活塞      316.B端        317.A端318.活塞腔    11.A吸盘       12.B吸盘      13.C吸盘       14.D吸盘15.E吸盘      16.F吸盘       31.A挡片      32.B挡片       33.C挡片34.D挡片      35.E挡片       36.F挡片      41.A导气柱     42.B导气柱43.C导气柱    44.D导气柱     45.E导气柱    46.F导气柱     51.A弹簧52.B弹簧      53.C弹簧       54.D弹簧      55.E弹簧       56.F弹簧

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。

参见图1、图1A所示，本发明是一种适用于爬壁机器人的采用方波振动的吸附机构，该方波振动的吸附机构由动力组件1、支架组件2、排气组件3组成，排气组件3安装在支架组件2的下方，动力组件1安装在支架组件2上。

参见图5、图5A所示，本发明设计的一种方波振动的吸附机构，六个吸盘(A吸盘11、B吸盘12、C吸盘13、D吸盘14、E吸盘15和F吸盘16)的布局构成一个矩形(如图5所示)。在矩形布局上A吸盘11与B吸盘12横向平行，C吸盘13与D吸盘14横向平行，E吸盘15与F吸盘16横向平行；A吸盘11、C吸盘13和E吸盘15纵向平行；B吸盘12、D吸盘14和F吸盘16纵向平行。在振动布局上A吸盘11与F吸盘16的振动相同；B吸盘12与E吸盘15的振动相同；C吸盘13与D吸盘14的振动相同。在直流电机104的驱动下，第一时段t₁、第二时段t₂和第三时段t₃构成光轴的一个转动周期(即A光轴1A随B齿轮102转动一周，B光轴1B随C齿轮103转动一周)。因此在第二时段t₂，将同时有四个吸盘(A吸盘11与F吸盘16、B吸盘12与E吸盘15)产生与壁面的吸附力，另外两个吸盘(C吸盘13、D吸盘14)产生与壁面的支反力(如图5A所示)，该对支反力以矩形的对角线交点O中心对称，使得本发明机构在壁面上吸附时产生的拉力和压力均衡分布。由于光轴上安装的三个凸轮存在120度的相位差，故吸盘随时间的振动波形为方波。

参见图1、图1A、图3所示，动力组件1包括有直流电机104、A齿轮101、B齿轮102、C齿轮103、A光轴1A、B光轴1B和六个凸轮(A凸轮111、B凸轮112、C凸轮113、D凸轮114、E凸轮115、F凸轮116)；

直流电机104安装在电机安装座23上，直流电机104的输出轴穿过A通孔231后与A齿轮101连接；

A光轴1A的一端顺次穿过C轴承213(C轴承213安装在C轴承座203上)、A轴承211(A轴承211安装在A轴承座201上)后与B齿轮102连接；

B光轴1B的一端顺次穿过D轴承214(D轴承214安装在D轴承座204上)、B轴承212(B轴承212安装在B轴承座202上)后与C齿轮103连接；

A齿轮101、B齿轮102和C齿轮103的中心在同一条水平线上，B齿轮102与C齿轮103以A齿轮101中心对称；B齿轮102与C齿轮103之间为A齿轮101，A齿轮101的齿与B齿轮102和C齿轮103的齿啮合；若直流电机104顺时针转动，则A齿轮101也为顺时针转动；当A齿轮101顺时针转动时B齿轮102、C齿轮103为逆时针转动；从而使B齿轮102的转动带动A光轴1A和键合安装在A光轴1A上的三个凸轮(A凸轮111、C凸轮113、E凸轮115)转动，三个凸轮的运动分别与三个挡片配合，致使三个吸盘交错下压和抬起；C齿轮103的转动带动B光轴1B和键合安装在B光轴1B上的三个凸轮(B凸轮112、D凸轮114、F凸轮116)转动，三个凸轮的运动分别与三个挡片配合，致使三个吸盘交错下压和抬起。

在本发明中，六个凸轮分别安装在两根光轴(两根光轴同向转动)上，即A凸轮111、C凸轮113和E凸轮115顺次安装在A光轴1A上，B凸轮112、D凸轮114和F凸轮116顺次安装在B光轴1B上。A凸轮111与B凸轮112横向平行，C凸轮113与D凸轮114横向平行，E凸轮115与F凸轮116横向平行，A凸轮111、C凸轮113和E凸轮115纵向平行，B凸轮112、D凸轮114和F凸轮116纵向平行。该六个凸轮安装上采用了120度相位的装配方式，且使每两个凸轮为一组。即A凸轮111与C凸轮113在A光轴1A上以120度相位差进行安装，C凸轮113与E凸轮115在A光轴1A上以120度相位差进行安装；B凸轮112与D凸轮114在B光轴1B上以120度相位差进行安装，D凸轮114与F凸轮116在B光轴1B上以120度相位差进行安装；且A凸轮111与F凸轮116的安装相位相同，B凸轮112与E凸轮115的安装相位相同，C凸轮113与D凸轮114的安装相位相同。

参见图2、图2A、图2B所示，支架组件2包括有上盖21、底板22、电机安装板23，上盖21的两侧分别与底板22的两侧边固定安装，电机安装板23固定安装在底板22的上板面的中心位置，电机安装板23上安装有直流电机104。

上盖21为U形结构，上盖21上开有减重孔21a。

底板22的上板面上设有四个轴承座(A轴承座201、B轴承座202、C轴承座203、D轴承座204)，每个轴承座的轴孔内安装有轴承，即A轴承座201上的轴孔内安装有A轴承211、B轴承座202上的轴孔内安装有B轴承212、C轴承座203上的轴孔内安装有C轴承213、D轴承座204上的轴孔内安装有A轴承214；底板22的下板面上设有六个凸台(A凸台221、B凸台222、C凸台223、D凸台224、E凸台225、F凸台226)，每个凸台的圆孔内安装有轴承，即A凸台221的圆孔内安装有E轴承215，B凸台222的圆孔内安装有F轴承216，C凸台223的圆孔内安装有G轴承217，D凸台224的圆孔内安装有H轴承218，E凸台225的圆孔内安装有I轴承219，F凸台226的圆孔内安装有J轴承220。

电机安装板23为L形结构；电机安装板23的前顶板面上设有A通孔231，该A通孔231用于电机104的输出轴通过；电机安装板23的底板面上相对设有A长形槽232、B长形槽233，A长形槽232、B长形槽233用于螺钉通过。

参见图1、图1A、图4、图4A所示，排气组件3包括有舵机302、偏心轮303、活塞315、压气板304、气流座305、六个挡片、六个弹簧、六个导气柱和六个吸盘；

六个挡片是指A挡片31、B挡片32、C挡片33、D挡片34、E挡片35和F挡片36。

六个弹簧是指A弹簧51、B弹簧52、C弹簧53、D弹簧54、E弹簧55和F弹簧56。

六个导气柱是指A导气柱41、B导气柱42、C导气柱43、D导气柱44、E导气柱45和F导气柱46。

六个吸盘是指A吸盘11、B吸盘12、C吸盘13、D吸盘14、E吸盘15和F吸盘16。

导气柱的一端安装在吸盘上，导气柱的另一端穿过安装在底板22上凸台内的轴承后套接上弹簧后螺纹连接上挡片；不失一般性，参见图2A、图2B和图4所示。

A导气柱41的一端安装在A吸盘11上，A导气柱41的另一端穿过安装在底板22上A凸台221内的E轴承215、套接上A弹簧51后螺纹连接上A挡片31。A挡片31与A凸轮111接触。

B导气柱42的一端安装在B吸盘12上，B导气柱42的另一端穿过安装在底板22上B凸台222内的F轴承216、套接上B弹簧52后螺纹连接上B挡片32。B挡片32与B凸轮112接触。

C导气柱43的一端安装在C吸盘13上，C导气柱43的另一端穿过安装在底板22上C凸台223内的G轴承217、套接上C弹簧53后螺纹连接上C挡片33。C挡片33与C凸轮113接触。

D导气柱44的一端安装在D吸盘14上，D导气柱44的另一端穿过安装在底板22上D凸台224内的H轴承218、套接上D弹簧54后螺纹连接上D挡片34。D挡片34与D凸轮114接触。

E导气柱45的一端安装在E吸盘15上，E导气柱45的另一端穿过安装在底板22上E凸台225内的I轴承219、套接上E弹簧55后螺纹连接上E挡片35。E挡片35与E凸轮115接触。

F导气柱46的一端安装在F吸盘16上，F导气柱46的另一端穿过安装在底板22上F凸台226内的J轴承220、套接上F弹簧56后螺纹连接上F挡片36。F挡片36与F凸轮116接触。

在本发明中，六个挡片、六个弹簧、六个导气柱和六个吸盘在直流电机104驱动A齿轮101转动，而B齿轮102和C齿轮103随A齿轮101随动的条件下，带动A光轴1A和B光轴1B同向转动，使得六个凸轮两两为一组分别与六个挡片接触，实现六个吸盘两两为一组交错下压和抬起，实现了本发明设计的采用方波振动的吸附机构与壁面的吸附。

参见图4A所示，安装板301安装在底板22的背部，E轴承座311、F轴承座312和舵机302安装在安装板301上，E轴承座311的通孔同安装有K轴承313，F轴承座312的通孔同安装有L轴承314；舵机302的输出轴上连接有偏心轮303，偏心轮303放置于活塞315的活塞腔318中，活塞315的A端317安装在K轴承313上，活塞315的B端316穿过L轴承314后与压气板304连接，压气板304的背部与气流座305接触，气流座305上设有多个气管插孔，每个气管插孔内安装有导气管，导气管的另一端穿过导气柱上的通孔后与吸盘连接。

本发明是一种适用于爬壁机器人的采用方波振动的吸附机构，在直流电机104的驱动下，A齿轮101(A齿轮101与直流电机的输出轴连接)带动B齿轮102和C齿轮103同向运动，使安装在A光轴1A上的A凸轮111、C凸轮113和E凸轮115，安装在B光轴1B上的B凸轮112、D凸轮114和F凸轮116也同向转动，六个凸轮分别与六个挡片交替接触，致使六个吸盘也交替的下压和抬起，从而实现了方波振动吸附。通过舵机302带动偏心轮303旋转，使活塞315带动压气板304纵向方向上往复运动，从而实现气路的开/闭。

Claims (6)

1、一种适用于爬壁机器人的采用方波振动的吸附机构，其特征在于：该方波振动的吸附机构由动力组件(1)、支架组件(2)、排气组件(3)组成，排气组件(3)安装在支架组件(2)的下方，动力组件(1)安装在支架组件(2)上；

动力组件(1)包括有直流电机(104)、A齿轮(101)、B齿轮(102)、C齿轮(103)、A光轴(1A)、B光轴(1B)、A凸轮(111)、B凸轮(112)、C凸轮(113)、D凸轮(114)、E凸轮(115)和F凸轮(116)；直流电机(104)安装在电机安装座(23)上，直流电机(104)的输出轴穿过A通孔(231)后与A齿轮(101)连接；A光轴(1A)的一端顺次穿过C轴承(213)、A轴承(211)后与B齿轮(102)连接；B光轴(1B)的一端顺次穿过D轴承(214)、B轴承(212)后与C齿轮(103)连接；B齿轮(102)与C齿轮(103)之间有A齿轮(101)，且A齿轮(101)的齿与B齿轮(102)和C齿轮(103)的齿啮合；A凸轮(111)、C凸轮(113)和E凸轮(115)顺次安装在A光轴(1A)上，B凸轮(112)、D凸轮(114)和F凸轮(116)顺次安装在B光轴(1B)上；A凸轮(111)与C凸轮(113)在A光轴(1A)上以120度相位差进行安装，C凸轮(113)与E凸轮(115)在A光轴(1A)上以120度相位差进行安装；B凸轮(112)与D凸轮(114)在B光轴(1B)上以120度相位差进行安装，D凸轮(114)与F凸轮(116)在B光轴(1B)上以120度相位差进行安装；

支架组件(2)包括有上盖(21)、底板(22)、电机安装板(23)，上盖(21)的两侧分别与底板(22)的两侧边固定安装，电机安装板(23)固定安装在底板(22)的上板面的中心位置，电机安装板(23)上安装有直流电机(104)；上盖(21)为U形结构，上盖(21)上开有减重孔(21a)；底板(22)的上板面上设有A轴承座(201)、B轴承座(202)、C轴承座(203)、D轴承座(204)，A轴承座(201)上的轴孔内安装有A轴承(211)、B轴承座(202)上的轴孔内安装有B轴承(212)、C轴承座(203)上的轴孔内安装有C轴承(213)、D轴承座(204)上的轴孔内安装有A轴承(214)；底板(22)的下板面上设有A凸台(221)、B凸台(222)、C凸台(223)、D凸台(224)、E凸台(225)、F凸台(226)，A凸台(221)的圆孔内安装有E轴承(215)，B凸台(222)的圆孔内安装有F轴承(216)，C凸台(223)的圆孔内安装有G轴承(217)，D凸台(224)的圆孔内安装有H轴承(218)，E凸台(225)的圆孔内安装有I轴承(219)，F凸台(226)的圆孔内安装有J轴承(220)；电机安装板(23)为L形结构；电机安装板(23)的前顶板面上设有A通孔(231)，电机安装板(23)的底板面上相对设有A长形槽(232)、B长形槽(233)；

排气组件(3)包括有舵机(302)、偏心轮(303)、活塞(315)、压气板(304)、气流座(305)、六个挡片、六个弹簧、六个导气柱和六个吸盘；

六个挡片是指A挡片(31)、B挡片(32)、C挡片(33)、D挡片(34)、E挡片(35)和F挡片(36)；

六个弹簧是指A弹簧(51)、B弹簧(52)、C弹簧(53)、D弹簧(54)、E弹簧(55)和F弹簧(56)；

六个导气柱是指A导气柱(41)、B导气柱(42)、C导气柱(43)、D导气柱(44)、E导气柱(45)和F导气柱(46)；

六个吸盘是指A吸盘(11)、B吸盘(12)、C吸盘(13)、D吸盘(14)、E吸盘(15)和F吸盘(16)；

A导气柱(41)的一端安装在A吸盘(11)上，A导气柱(41)的另一端穿过安装在底板(22)上A凸台(221)内的E轴承(215)、套接上A弹簧(51)后螺纹连接上A挡片(31)；A挡片(31)与A凸轮(111)接触；

B导气柱(42)的一端安装在B吸盘(12)上，B导气柱(42)的另一端穿过安装在底板(22)上B凸台(222)内的F轴承(216)、套接上B弹簧(52)后螺纹连接上B挡片(32)；B挡片(32)与B凸轮(112)接触；

C导气柱(43)的一端安装在C吸盘(13)上，C导气柱(43)的另一端穿过安装在底板(22)上C凸台(223)内的G轴承(217)、套接上C弹簧(53)后螺纹连接上C挡片(33)；C挡片(33)与C凸轮(113)接触；

D导气柱(44)的一端安装在D吸盘(14)上，D导气柱(44)的另一端穿过安装在底板(22)上D凸台(224)内的H轴承(218)、套接上D弹簧(54)后螺纹连接上D挡片(34)；D挡片(34)与D凸轮(114)接触；

E导气柱(45)的一端安装在E吸盘(15)上，E导气柱(45)的另一端穿过安装在底板(22)上E凸台(225)内的I轴承(219)、套接上E弹簧(55)后螺纹连接上E挡片(35)；E挡片(35)与E凸轮(115)接触；

F导气柱(46)的一端安装在F吸盘(16)上，F导气柱(46)的另一端穿过安装在底板(22)上F凸台(226)内的J轴承(220)、套接上F弹簧(56)后螺纹连接上F挡片(36)；F挡片(36)与F凸轮(116)接触；

安装板(301)安装在底板(22)的背部，E轴承座(311)、F轴承座(312)和舵机(302)安装在安装板(301)上，E轴承座(311)的通孔同安装有K轴承(313)，F轴承座(312)的通孔同安装有L轴承(314)；舵机(302)的输出轴上连接有偏心轮(303)，偏心轮(303)放置于活塞(315)的活塞腔(318)中，活塞(315)的A端(317)安装在K轴承(313)上，活塞(315)的B端(316)穿过L轴承(314)后与压气板(304)连接，压气板(304)的背部与气流座(305)接触，气流座(305)上设有多个气管插孔，每个气管插孔内安装有导气管，导气管的另一端穿过导气柱上的通孔后与吸盘连接。

2、根据权利要求1所述的适用于爬壁机器人的采用方波振动的吸附机构，其特征在于：A吸盘(11)、B吸盘(12)、C吸盘(13)、D吸盘(14)、E吸盘(15)和F吸盘(16)的布局构成一个矩形。

3、根据权利要求1所述的适用于爬壁机器人的采用方波振动的吸附机构，其特征在于：A齿轮(101)、B齿轮(102)和C齿轮(103)的中心在同一条水平线上，B齿轮(102)与C齿轮(103)以A齿轮(101)中心对称。

4、根据权利要求1所述的适用于爬壁机器人的采用方波振动的吸附机构，其特征在于：直流电机(104)驱动A齿轮(101)转动，而B齿轮(102)和C齿轮(103)随A齿轮(101)随动的条件下，则带动A光轴(1A)和B光轴(1B)同向转动。

5、根据权利要求1所述的适用于爬壁机器人的采用方波振动的吸附机构，其特征在于：在振动布局上A吸盘(11)与F吸盘(16)的振动相同；B吸盘(12)与E吸盘(15)的振动相同；C吸盘(13)与D吸盘(14)的振动相同。

6、根据权利要求1所述的适用于爬壁机器人的采用方波振动的吸附机构，其特征在于：吸盘随时间的振动波形为方波。

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