CN104015829B - 一种爬壁机器人的负压吸附式双足 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种爬壁机器人的负压吸附式双足。采用两个足部模块固定在同轴线上，运动时后足直接从前足上方跨越，吸附在壁面上变为前足，周转运动单步跨越距离大，运动灵活。机器人大腿关节电机位于大腿连杆的下方,两个大腿杆与两个大腿关节电机连接，两个大腿杆另一端分别与两个空腔足上部的踝关节电机连接。空腔足凹壳内侧镶嵌有密封垫圈,底部凹腔内有气嘴，空腔足上部有真空泵并通过三通接头与气嘴连接，三通接头另一端与进气阀连接，踝关节电机与足部转向电机固连，足部转向电机与空腔足壳连接。机器人在运动时，单步跨越距离大于两倍空腔足壳的长度，机器人通过控制大腿连杆的周转运动达到降低运动腿对整个机器人的力矩。
Description
技术领域
本发明属于机器人技术领域，具体地说,涉及一种爬壁机器人的负压吸附式双足。
背景技术
随着机器人技术的不断成熟，爬壁机器人作为特种机器人的分支，有着非常广阔的应用前景。常见的爬壁机器人运动方式有履带式、轮式和关节足式，关节足式爬壁机器人的关节足又分为双足式和多足式。关节足式克服了轮式和履带式爬壁机器人运动方式单一、越障困难的缺点，同时关节足式机器人自由度灵活，适用于环境复杂的壁面。但是，目前的关节足式负压爬壁机器人存在移动速度慢、单步跨度小、步态复杂、越障时倾覆力矩大的缺陷，与工程实际应用需求之间差距较大。发明专利CN201010102133.1中公开了一种六足仿生爬壁机器人，六足仿生爬壁机器人通过六个电机带动连杆分别控制六个足部有规律的运动，从而实现壁面上的攀爬。但是该爬壁机器人的足部结构较为复杂，在攀爬移动时步态较慢，单步步态周期下行走距离有限，越障功能较差。
发明内容
为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种爬壁机器人的负压吸附式双足，机器人通过控制大腿连杆的周转运动达到降低运动腿对整个机器人的力矩；机器人采用两个足部模块位于同一轴线上，运动时后足直接从前足上方跨过，吸附在壁面变为前足，单步跨越距离大，运动灵活性强，越障时倾覆力矩小。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括空腔足、密封垫圈、真空泵、进气阀、三通接头、足部转向电机、踝关节电机、大腿杆、大腿关节电机、大腿连杆,所述大腿关节电机固定在大腿连杆的下面,两个大腿关节电机位于同一轴线安装,两个大腿杆一端分别与两个大腿关节电机输出轴连接，两个大腿杆另一端分别与两个空腔足上部的踝关节电机输出轴连接；所述空腔足为椭圆形凹壳结构,密封垫圈镶嵌在空腔足凹壳内侧,空腔足凹壳内有气嘴，空腔足上部有真空泵,真空泵通过三通接头与进气阀连接，三通接头另一端口与空腔足凹壳内的气嘴连接，踝关节电机与足部转向电机连接，足部转向电机与空腔足固连；机器人在步行时后足直接从前足上方跨过吸附在壁面变为前足，机器人单步跨越距离大于两倍空腔足长度，并且通过控制大腿连杆的周转运动降低运动腿对整个机器人的力矩；机器人在越障过程时大腿连杆进行周转运动，通过与吸附在壁面的空腔足同侧的大腿关节电机控制周转姿态，另一个大腿关节电机带动大腿杆及空腔足与大腿连杆进行相对转动，实现机器人越障功能。
有益效果
本发明提出的一种爬壁机器人的负压吸附式双足,采用两个足部模块固定在同一轴线上，运动时后足直接从前足上方跨过吸附在壁面上变为前足，周转运动单步跨越距离大，运动灵活性强，越障时倾覆力矩小。机器人大腿关节电机位于大腿连杆的下方,两个大腿关节电机同轴安装,两个大腿杆一端分别与两个大腿关节电机输出轴连接，两个大腿杆另一端分别与两个空腔足上部的踝关节电机输出轴连接。空腔足为椭圆形凹壳结构,密封垫圈镶嵌在空腔足凹壳内侧,空腔足凹腔内有气嘴，空腔足上部固定有真空泵,真空泵通过三通接头与进气阀连接，三通接头另一端口与空腔足凹壳内的气嘴连接，踝关节电机与足部转向电机连接，足部转向电机与空腔足固连。机器人在运动时，单步跨越距离大于两倍空腔足壳长度，实现面面转换和跨越障碍沟槽，机器人通过控制大腿连杆的周转运动达到降低运动腿对整个机器人的力矩。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明一种爬壁机器人的负压吸附式双足作进一步详细说明。
图1为本发明爬壁机器人的负压吸附式双足示意图。
图2为本发明爬壁机器人的负压吸附式双足主视图。
图3为本发明的足部结构示意图。
图4为本发明的大腿连杆结构示意图。
图5为本发明爬壁机器人的负压吸附式双足行走时姿态一图。
图6为本发明爬壁机器人的负压吸附式双足行走时姿态二图。
图7为本发明爬壁机器人的负压吸附式双足行走时姿态三图。
图8为本发明爬壁机器人的负压吸附式双足行走时避障一图。
图9为本发明爬壁机器人的负压吸附式双足行走时避障二图。
图10为本发明爬壁机器人的负压吸附式双足行走时避障转向一图。
图11为本发明爬壁机器人的负压吸附式双足行走时避障转向二图。
图中:
1.空腔足2.密封垫圈3.真空泵4.三通接头5.进气阀6.足部转向电机7.踝关节电机8.大腿杆9.大腿关节电机10.大腿连杆
具体实施方式
本实施例是一种爬壁机器人的负压吸附式双足。
参阅图1-图4,本实施例爬壁机器人的负压吸附式双足，由空腔足1、密封垫圈2、真空泵3、三通接头4、进气阀5、足部转向电机6、踝关节电机7、大腿杆8、大腿关节电机9、大腿连杆10组成。机器人的大腿关节电机9通过电机座和螺钉固定在大腿连杆10的下面,两个大腿关节电机9位于同一轴线安装,两个大腿杆8一端通过连接法兰和螺钉分别与两个大腿关节电机9输出轴连接，两个大腿杆8另一端通过连接法兰和螺钉分别与两个空腔足1上部的踝关节电机7输出轴连接。
机器人的空腔足1为椭圆形凹壳结构,密封垫圈2镶嵌在空腔足1凹壳内侧,空腔足1凹腔内有气嘴，空腔足1上部安装有真空泵3,真空泵3通过三通接头4与进气阀5固定连接，三通接头4的另一端口与空腔足1凹腔内的气嘴连接。踝关节电机7与足部转向电机6固定连接，足部转向电机6与空腔足1通过连接法兰和螺钉连接。机器人在步行时后空腔足直接从前空腔足上方跨过吸附在壁面变为前空腔足，机器人单步跨越距离大于两倍空腔足长度，并且通过控制大腿连杆10的周转运动降低运动腿对整个机器人的力矩；机器人在越障过程时大腿连杆10进行周转运动，通过与吸附在壁面的空腔足1同侧的大腿关节电机9控制周转姿态，另一个大腿关节电机9带动大腿杆8及空腔足1与大腿连杆10进行相对转动，实现机器人越障功能。机器人的大腿杆8制做成凹形结构，以避开运动时的空腔足；各个部件固定安装在空腔足上部，降低部件的高度，减小倾覆力矩。
当真空泵3工作时，通过三通接头4控制抽取空腔足1内的空气，空腔足1内部气压逐渐降低，密封垫圈被空腔足1和壁面挤压变形，填充了空腔足1和壁面之间的空隙，确保其气密性。在真空泵3连续工作下，空腔足1稳固吸附在壁面上。当空腔足1需要脱离壁面时，进气阀5开通，空腔足1壳内气压恢复正常，空腔足1即脱离壁面。足部转向电机6和踝关节电机7固定在一起，足部转向电机6与空腔足1连接，踝关节电机7的输出轴与大腿杆8通过连接法兰和螺钉连接。
如图4所示，大腿关节电机9固定在大腿连杆10上，大腿关节电机9的输出轴与大腿杆8通过连接法兰和螺钉连接。当机器人运动时，大腿关节电机9带动各自大腿杆8转动，从而使大腿连杆10进行周转运动，实现机器人行走功能。
如图2和图5所示，机器人直线行走过程中，足部转向电机6首先回到中位，即双足位置回到同一轴线上。前空腔足吸附在壁面上，后空腔足通过打开进气阀5使气压恢复正常值。前空腔足的踝关节电机7带动大腿杆8转动，在大腿杆8的带动下，大腿连杆10和后空腔足逐渐抬高。同时两个大腿关节电机9分别进行转动，在后空腔足抬高的同时使后空腔足逐渐靠拢前空腔足。后空腔足的踝关节电机7实时转动调整，使后空腔足足面与壁面保持平行。
如图6、图7所示，机器人直线行走至中间状态时，通过踝关节电机7和大腿关节电机9之间的转动配合，后空腔足位于前空腔足正上方，后空腔足足面与壁面平行，后空腔足足面尽可能靠近墙面从而减小倾覆力矩。踝关节电机7和大腿关节电机9继续转动，后空腔足逐渐越过前空腔足，直至后空腔足与壁面贴合，真空泵3运转使后空腔足吸附在壁面上，从而完成一个直线行走步态。在整个过程中，踝关节电机7和大腿关节电机9之间相互配合实现行走过程，大腿关节电机9带动大腿连杆10进行周转运动，每一个行走步态，大腿连杆10完成一次180度翻转。
如图8、图9、图10、图11所示，当机器人在行走过程中足部转向电机协调转动时，机器人实现转向和避障功能，使整个机器人运动可应对不同的壁面环境，灵活性得以加强。在机器人转向和避障过程中，前空腔足的足部转向电机6可实时调整角度以达到转向和避障目的。但是，当后空腔足没有越过前空腔足时，后空腔足的足部转向电机6必须一直保持在中位，以便后空腔足能够顺利越过前空腔足的大腿杆。当后空腔足越过前空腔足大腿杆后，后空腔足的足部转向电机6可进行转动以达到更好的转向和避障功能。
Claims (1)
1.一种爬壁机器人的负压吸附式双足，其特征在于：包括空腔足、密封垫圈、真空泵、进气阀、三通接头、足部转向电机、踝关节电机、大腿杆、大腿关节电机、大腿连杆，所述大腿关节电机固定在大腿连杆的下面，两个大腿关节电机位于同一轴线安装，两个大腿杆一端分别与两个大腿关节电机输出轴连接，两个大腿杆另一端分别与两个空腔足上部的踝关节电机输出轴连接；所述空腔足为椭圆形凹壳结构，密封垫圈镶嵌在空腔足凹壳内侧，空腔足凹壳内有气嘴，空腔足上部有真空泵，真空泵通过三通接头的端口与进气阀连接，三通接头的另一端口与空腔足凹壳内的气嘴连接，踝关节电机与足部转向电机连接，足部转向电机与空腔足固连；机器人在步行时后足直接从前足上方跨过吸附在壁面变为前足，机器人单步跨越距离大于两倍空腔足长度，并且通过控制大腿连杆的周转运动降低运动腿对整个机器人的力矩；机器人在越障过程时大腿连杆进行周转运动，通过与吸附在壁面的空腔足同侧的大腿关节电机控制周转姿态，另一个大腿关节电机带动大腿杆及空腔足与大腿连杆进行相对转动，实现机器人越障功能。
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