CN103587603A

CN103587603A - 一种可灵活转向的钩刺式爬壁机器人

Info

Publication number: CN103587603A
Application number: CN201210288324.0A
Authority: CN
Inventors: 刘彦伟; 孙少明; 梅涛; 胡重阳; 张勇杰; 吴暄; 黄�俊; 吴益靓
Original assignee: Hefei Institutes of Physical Science of CAS
Current assignee: Hefei Institutes of Physical Science of CAS
Priority date: 2012-08-14
Filing date: 2012-08-14
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2032-08-14
Also published as: CN103587603B

Abstract

本发明属于机械制造技术领域，具体是一种可灵活转向的钩刺式爬壁机器人。一种可灵活转向的钩刺式爬壁机器人，包括上机体板、下机体板、曲柄滑块结构、柔性钩刺脚爪、电机，其中上机体板与下机体板中间连接有曲柄滑块结构，曲柄滑块结构驱动电机的旋转，使上机体板与下机体板做线性相对运动，实现机器人的前进或后退运动。本发明柔性钩刺脚爪的刚性钩刺尖端表面包裹一层弹性橡胶层，当刚性钩刺抓附在壁面凹坑里时，弹性橡胶膜发生变形，填充凹坑，使抓附更加稳定。另外，本发明结构简单、方便操作使用、造价成本不高，适合在相关技术领域中推广应用。

Description

一种可灵活转向的钩刺式爬壁机器人

技术领域

本发明属于机械制造技术领域，具体是一种可灵活转向的钩刺式爬壁机器人。

背景技术

爬壁机器人对于航天航空、星球探测、极限环境搜救、军事侦察等有重要意义。而爬壁机器人为实现爬行功能，必须具有吸附和移动两个基本功能。一般爬壁机器人通过负压吸附和磁吸附，以及近年来发展很快的仿生纳米粘附材料，其中负压吸附要求壁面光滑平整，磁吸附要求壁面具有铁磁性，而仿生纳米粘附材料制造比较困难，现阶段仿生纳米材料容易被灰尘等污染而使粘附性能下降甚至失效，且对于粗糙的壁面粘附效果不佳。三种吸附方式都具有局限性，本发明基于粗糙壁面的任务要求，提出仿生柔性钩刺粘附方式。爬壁机器人的移动方式主要有腿式和履带式两种，腿式结构都比较复杂，需要的驱动较多，攀爬稳定性不好，履带式要求壁面光滑，爬壁机器人在壁面上运动受到机构和粘附方式的限制，不能自由地转向，因此设计一种可攀爬粗糙壁面，同时结构简单，驱动较少，可灵活转向的爬壁机器人具有重要意义。

中国专利文献CN100455473C提供了一种《钩爪式爬壁机器人》，该专利文件在一定程度上解决了爬壁机器人在粗糙壁面上攀爬的问题，但这种机器人抓附不够稳定，不可以实现转向运动，实用性不强。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种可攀爬粗糙壁面，结构简单，可灵活转向的钩刺式爬壁机器人。

一种可灵活转向的钩刺式爬壁机器人，包括上机体板、下机体板、曲柄滑块结构、柔性钩刺脚爪、电机，其中上机体板与下机体板中间连接有曲柄滑块结构，曲柄滑块结构驱动电机的旋转，使上机体板与下机体板做线性相对运动，实现机器人的前进或后退运动。

本发明的上机体板与下机体板之间具有一个转动自由度，机器人每步上机体板与下机体板之间转动的范围是-60°-60°，爬壁机器人可以灵活的转向运动。

本发明的曲柄滑块结构包括滑块、连杆、曲柄，曲柄安装在上机体板上，电机的输出轴与曲柄连接，滑块与下机体板通过电机连接，之间可以相对转动。上机体板上设置有滑槽。

本发明的爬壁机器人转向自由，曲柄滑块结构中的滑块与下机体板通过电机连接，驱动电机可以实现滑块与下机体板的相对转动，而上机体板与滑块之间没有相对转动，从而实现了上机体板与下机体板的相对转动。

本发明的柔性钩刺脚爪有六只，其中三只安装在上机体板上，三只安装在下机体板上。爬壁机器人的六只柔性钩刺脚爪可以圆周对称分布，也可以左右对称分布。每只柔性钩刺脚爪由电机、脚爪基座、主动齿轮、脚趾、刚性钩刺、弹性橡胶膜组成，其中弹性橡胶膜包裹在刚性钩刺的尖端表面周围。每只柔性钩刺脚爪的脚趾数是4至10根。

本发明采用钩刺式粘附方式，能够实现机器人在粗糙或柔性壁面上的稳定爬行，而且可以灵活转向；本发明的上机体板与下机体板通过曲柄滑块结构连接，用旋转电机驱动曲柄转动，减轻了机器人的重量；本发明柔性钩刺脚爪的刚性钩刺尖端表面包裹一层弹性橡胶层，当刚性钩刺抓附在壁面凹坑里时，弹性橡胶膜发生变形，填充凹坑，使抓附更加稳定。另外，本发明结构简单、方便操作使用、造价成本不高，适合在相关技术领域中推广应用。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明的动作示意图；

图3是本发明的脚爪结构示意图；

图4是本发明的脚趾结构示意图。

图中：1、滑块；2、上机体板；3、转向驱动电机；4、下机体板；5、连杆；6、曲柄；7、机构驱动电机；8、柔性钩刺脚爪；9、脚爪基座；10、电机；11、主动齿轮；12、脚趾；13、刚性钩刺；14、弹性橡胶膜；15、脚爪末端的黑圆点；16、脚爪末端的白圆点。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和特点更加清楚，下面结合实施例和附图，对本发明做进一步的详细说明。在此，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，本发明爬壁机器人包括上机体板2，下机体板4、转向驱动电机3，曲柄滑块结构的滑块1、连杆5、曲柄6，曲柄滑块的机构驱动电机7，柔性钩刺脚爪8。另外，滑槽设置在上机体板上2，曲柄滑块结构的机构驱动电机7安装在上机体板2上，电机输出轴与曲柄6连接，驱动曲柄滑块结构运动，使上机体板2与下机体板4产生相对运动。滑块1与下机体板4通过转向驱动电机3连接，通过转向驱动电机3的旋转运动驱动机器人转向运动。

如图2所示，爬壁机器人可以实现顺时针和逆时针灵活转向，一步转向角度范围在0度至40度。图中所示为机器人转向过程，脚爪末端的黑圆点15表示脚爪处于抓附状态，脚爪末端的白圆点16表示脚爪处于脱离壁面的状态。

这里定义：下机体为下机体板4与安装于下机体板4上的脚爪的总称，上机体为上机体板2与安装于上机体板2上的脚爪的总称。爬壁机器人转向的具体过程为：下机体脱附→下机体转向→下机体抓附；上机体脱附→上机体转向→上机体抓附，如此循环可实现机器人自由灵活的转向运动。

如图3、4所示，柔性钩刺脚爪8由电机10、脚爪基座9、主动齿轮11、脚趾12、刚性钩刺13、弹性橡胶膜14组成。电机10输出轴与主动齿轮11连接，通过齿轮传动，驱动脚趾运动，进而实现脚爪与壁面的抓附和脱附。另外，弹性橡胶膜14(或其他柔性材料)包裹在刚性钩刺13尖端表面周围，在刚性钩刺13抓附壁面凹坑时，刚性钩刺13表面的弹性橡胶膜14由于挤压受力发生形变，填充凹坑，使抓附更加稳定，不易发生晃动。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims

1.一种可灵活转向的钩刺式爬壁机器人，包括上机体板、下机体板、曲柄滑块结构、柔性钩刺脚爪、电机，其中上机体板与下机体板中间连接有曲柄滑块结构，其特征在于曲柄滑块结构驱动电机的旋转，使上机体板与下机体板做线性相对运动，实现机器人的前进或后退运动。

2.根据权利要求1所述的一种可灵活转向的钩刺式爬壁机器人，其特征在于上机体板与下机体板之间具有一个转动自由度，机器人每步上机体板与下机体板之间转动的范围是-60°-60°，爬壁机器人可以灵活的转向运动。

3.根据权利要求1所述的一种可灵活转向的钩刺式爬壁机器人，其特征在于曲柄滑块结构包括滑块、连杆、曲柄，曲柄安装在上机体板上，电机的输出轴与曲柄连接，滑块与下机体板通过电机连接，之间可以相对转动。

4.根据权利要求1所述的一种可灵活转向的钩刺式爬壁机器人，其特征在于上机体板上设置有滑槽。

5.根据权利要求1所述的一种可灵活转向的钩刺式爬壁机器人，其特征在于柔性钩刺脚爪有六只，其中三只安装在上机体板上，三只安装在下机体板上。

6.根据权利要求5所述的一种可灵活转向的钩刺式爬壁机器人，其特征在于爬壁机器人的六只柔性钩刺脚爪可以圆周对称分布，也可以左右对称分布。

7.根据权利要求5或6所述的一种可灵活转向的钩刺式爬壁机器人，其特征在于每只柔性钩刺脚爪由电机、脚爪基座、主动齿轮、脚趾、刚性钩刺、弹性橡胶膜组成，其中弹性橡胶膜包裹在刚性钩刺的尖端表面周围。

8.根据权利要求7所述的一种可灵活转向的钩刺式爬壁机器人，其特征在于每只柔性钩刺脚爪的脚趾数是4至10根。