附壁爬行机器人足部多盘自适应吸附贴壁装置的制作方法

本实用新型涉及一种附壁爬行机器人足部多盘自适应吸附贴壁装置。

背景技术：
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目前的附壁爬行机器人足部负压吸附贴壁装置，主要由橡胶密封垫、活塞式气缸和带中心孔的芯轴等组成。在进排气孔(A6)处可换接高压气瓶和快速排气阀，中心孔(A8)处可换接真空泵和高压气瓶。工作原理：当需要贴壁吸附时，贴壁装置放在固体壁面上，进排气孔(A6)接通高压气瓶，高压气体进入气缸，推动活塞左行，挤压橡胶密封垫(A1)的外缘，使密封垫(A1)与固体壁面间形成密封腔，中心孔(A8)接通真空泵，将密封腔中的空气尽可能抽出，在密封腔内外形成压差，产生真空吸附力，使贴壁装置吸附固定在壁面上，以承受附壁爬行机器人的重量(通常由多个气动负压吸附贴壁装置并联组合，构成吸附贴壁机构，增加承载能力)。当附壁爬行机器人需要提足时(需解除吸附作用)，进排气孔(A6)接通快速排气阀，排出活塞右腔的气体，同时中心孔(A8)接通高压气源，高压气体进入橡胶密封垫下部，使橡胶密封垫恢复凹形状态，消除压差，解除贴壁吸附作用。现有的气动负压吸附贴壁装置存在三个缺点：第一，现有的气动负压吸附贴壁装置采用真空泵抽吸形成负压，需要安装一套真空泵装置，增加了机器人的结构复杂性和自重，同时真空泵的运转需要能量，增大了机器人的装机功率和能耗。第二，由于仅在圆弧形橡胶密封垫的外缘形成密封面，密封面积较小，一旦壁面存在小坑或凹凸不平，密封的效果较差，难以可靠地形成负压区。第三，采用单一的密封垫，不能适应壁面倾斜、台阶、弧面等的各种不平整壁面，限制了使用范围。

技术实现要素：
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本实用新型的目的在于提供一种附壁爬行机器人足部多盘自适应吸附贴壁装置，该附壁爬行机器人足部多盘自适应吸附贴壁装置结构简单、设计合理，有利于对存在沟槽、坑洼、倾斜、台阶等各种不平整情况的壁面，能自动调整密封元件的姿态，适应不同壁面的状况，保证密封的可靠性。

本实用新型附壁爬行机器人足部多盘自适应吸附贴壁装置，其特征在于：包括主汽缸和与主汽缸万向铰接的支架，所述支架表面阵列有多个负压吸附元件，所述吸附元件由真空吸附装置和姿态自动调节缸构成，所述姿态自动调节缸为一罩状缸体，所述真空吸附装置套设在姿态自动调节缸体内；所述真空吸附装置包括中部具有凹腔的橡胶密封垫，所述橡胶密封垫后侧中部连接有芯轴，所述芯轴中部具有与凹腔联通的通孔，所述通孔背离凹腔的一端具有插入通孔内的抽空柱塞，所述芯轴外部靠近橡胶密封垫的一端外设有活塞，背离橡胶密封垫的一端外罩设有柱塞缸筒，所述柱塞缸筒外还套有与活塞外周侧紧密贴合的气缸筒，所述气缸筒与活塞及柱塞缸筒之间形成封闭的活塞内腔，所述气缸筒上具有与活塞内腔联通的进排气孔，所述柱塞缸筒内与抽空柱塞之间设有紧压弹簧，所述芯轴外周壁与柱塞缸筒内壁之间具有间隙，柱塞缸筒与气缸筒固定连接，所述柱塞缸筒上具有使活塞内腔与间隙联通的导气孔，所述导气孔位于活塞内侧面。

进一步的，上述姿态自动调节缸的外周壁面具有球面状环圈，该球面状环圈与支架为万向铰接。

进一步的，上述主汽缸体内设有主活塞和与主活塞固定连接且伸出主汽缸体外的伸缩杆，所述伸缩杆的端部具有球头，与支架后面的球形凹槽万向铰接，所述主汽缸上设有用于通入高压气的通孔道。

进一步的，上述芯轴具有内筒体和设在内筒体外的外筒体，呈T字形的抽空柱塞伸入内筒体体内，外筒体外边固定套设活塞。

进一步的，上述活塞朝向橡胶密封垫的一端为平面。

进一步的，上述柱塞缸筒与气缸筒固定连接。

进一步的，上述活塞外周与气缸筒之间、活塞与柱塞缸筒之间、抽空柱塞与柱塞缸筒之间均设有密封圈。

本实用新型的工作原理：对于平整的壁面，主气缸进气，推动支架使各个吸附元件贴向壁面，进排气孔进气，推动每一个吸附元件的吸附装置贴向壁面，然后与进排气孔连接的进排气管向气缸输入高压气体，推动活塞左行，活塞在左行过程中，首先推动凹形橡胶密封垫的中部，使中部变形紧贴固体壁面，然后使整个橡胶密封垫被压紧贴在固体壁面上，橡胶密封垫在被压紧之前，已经向外缘充分伸展开了，可以避免产生褶皱。活塞在推动橡胶密封垫的中部向左运动时，连接在橡胶密封垫上的芯轴也向左运动，在运动即将结束时，柱塞缸筒上的导气孔露出，活塞右腔的高压气体由导气孔进入抽空柱塞与柱塞缸筒间的间隙空间，在抽空柱塞大圆柱体的左端形成高压区，推动抽空柱塞向右运动，使壁面和密封垫间已经形成体积接近于零的容腔增大数十倍，原来密闭空间中的残留空气膨胀，密闭空间中的压力下降，形成负压，在橡胶密封垫的内外形成压差，产生负压贴壁吸附力，以承受附壁爬行机器人的重量。对于不平整的壁面(如倾斜面、台阶面、弧形面等)，当支架在主气缸作用下推动吸附元件贴向壁面时，壁面不平整，由于主气缸与支架为球铰连接，主气缸压力升高后，使支架自动适应变化的形状，产生一次调节。这时有的吸附元件仍不能与壁面接触或只能部分接触，姿态调节气缸进气，推动气动柱塞真空吸附装置继续贴向壁面，由于吸附元件与支架为球铰连接，吸附元件遵从最小阻力原理自动调整姿态，使其与壁面完全接触，压力升高，使进排气管向气缸输入高压气体，推动活塞左行，使绝大多数吸附元件都能紧贴壁面产生真空吸附，以承受附壁爬行机器人的重量。

本实用新型与现有技术具有以下优点：其一，采用多盘贴壁吸附，对于存在台阶、沟槽、划痕、小坑等缺陷的壁面，由于这些小缺陷只能影响少数吸附元件的吸附作用，其余各个吸附元件仍能正常发挥作用，吸附能力基本不受影响；其二，采用空间球铰与支架连接，支架本身可以全向自动倾斜，提高对壁面的适应能力；其三，采用姿态调节缸，且与支架为空间球铰连接，既可以伸缩以补偿壁面的高低不平，又可以自动全向倾斜，以适应壁面的倾斜、弧形、阶梯等不平整性。因此，本实用新型提出的贴壁装置，能自动调整姿态，适应各种不同壁面的状况，吸附效果更好。

附图说明：

图1是现有技术的构造示意图；

其中A1-橡胶密封垫；A2-活塞；A3、4-O密封圈；A5-气缸筒；A6-进排气孔；A7-芯轴；A8-中心孔；

图2是本实用新型的构造示意图；

图3是本实用新型负压吸附元件的剖面构造示意图；

图4是本实用新型负压吸附元件使用状态剖面构造示意图；

图5是本实用新型装置使用在倾斜壁面上的构造示意图；

图6是本实用新型装置使用在弧形壁面上的构造示意图；

图7是本实用新型装置使用在阶梯壁面上的构造示意图。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明。

本实用新型附壁爬行机器人足部多盘自适应吸附贴壁装置包括主汽缸B4和与主汽缸B4万向铰接的支架B2，所述支架B2表面阵列有多个负压吸附元件B1，所述吸附元件B1由真空吸附装置B5和姿态自动调节缸3构成，所述姿态自动调节缸3为一罩状缸体，所述真空吸附装置B5套设在姿态自动调节缸3体内；所述真空吸附装置B5包括中部具有凹腔的橡胶密封垫19，所述橡胶密封垫19后侧中部连接有芯轴5，所述芯轴5中部具有与凹腔联通的通孔，所述通孔背离凹腔的一端具有插入通孔内的抽空柱塞18，所述芯轴5外部靠近橡胶密封垫19的一端外设有活塞2，背离橡胶密封垫19的一端外罩设有柱塞缸筒6，所述柱塞缸筒6外还套有与活塞外周侧紧密贴合的气缸筒1，所述气缸筒1与活塞2及柱塞缸筒6之间形成封闭的活塞内腔，所述气缸筒1上具有与活塞内腔联通的进排气孔20，该进排气孔20连接进排气管13，所述柱塞缸筒6内与抽空柱塞18之间设有紧压弹簧10，所述芯轴外周壁与柱塞缸筒内壁之间具有间隙22，柱塞缸筒与气缸筒固定连接，所述柱塞缸筒上具有使活塞内腔与间隙联通的导气孔23，所述导气孔23位于活塞内侧面。

进一步的，为了方便自由转动，上述姿态自动调节缸的外周壁面具有球面状环圈B6，该球面状环圈B6与支架B2为万向铰接，通过球面状环圈B6与支架B2万向铰接，使该装置可以适应多种墙面。

进一步的，上述主汽缸B4体内设有主活塞B7和与主活塞固定连接且伸出主汽缸体外的伸缩杆B8，所述伸缩杆的端部具有球头B9，与支架后面的球形凹槽万向铰接，所述主汽缸上设有用于通入高压气的通孔道B10。

进一步的，上述芯轴5具有内筒体501和设在内筒体外的外筒体502，呈T字形的抽空柱塞伸入内筒体体内，外筒体502外边固定套设活塞2。

进一步的，上述活塞朝向橡胶密封垫的一端为平面。

进一步的，上述柱塞缸筒与气缸筒固定连接。

进一步的，上述活塞外周与气缸筒之间、活塞与柱塞缸筒之间、抽空柱塞与柱塞缸筒之间均设有密封圈，即图中标号4、7、9、12、14、15、16、17。

本实用新型的工作原理：对于平整的壁面，主气缸进气，推动支架使各个吸附元件贴向壁面，进排气孔进气，推动每一个吸附元件的吸附装置贴向壁面，然后与进排气孔连接的进排气管向气缸输入高压气体，推动活塞左行，活塞在左行过程中，首先推动凹形橡胶密封垫的中部，使中部变形紧贴固体壁面，然后使整个橡胶密封垫被压紧贴在固体壁面上，橡胶密封垫在被压紧之前，已经向外缘充分伸展开了，可以避免产生褶皱。活塞在推动橡胶密封垫的中部向左运动时，连接在橡胶密封垫上的芯轴也向左运动，在运动即将结束时，柱塞缸筒上的导气孔露出，活塞右腔的高压气体由导气孔进入抽空柱塞与柱塞缸筒间的间隙空间，在抽空柱塞大圆柱体的左端形成高压区，推动抽空柱塞向右运动，使壁面和密封垫间已经形成体积接近于零的容腔增大数十倍，原来密闭空间中的残留空气膨胀，密闭空间中的压力下降，形成负压，在橡胶密封垫的内外形成压差，产生负压贴壁吸附力，以承受附壁爬行机器人的重量。对于不平整的壁面(如倾斜面、台阶面、弧形面等)，当支架在主气缸作用下推动吸附元件贴向壁面时，壁面不平整，由于主气缸与支架为球铰连接，主气缸压力升高后，使支架自动适应变化的形状，产生一次调节。这时有的吸附元件仍不能与壁面接触或只能部分接触，姿态调节气缸进气，推动气动柱塞真空吸附装置继续贴向壁面，由于吸附元件与支架为球铰连接，吸附元件遵从最小阻力原理自动调整姿态，使其与壁面完全接触，压力升高，使进排气管向气缸输入高压气体，推动活塞左行，使绝大多数吸附元件都能紧贴壁面产生真空吸附，以承受附壁爬行机器人的重量。

本实用新型与现有技术具有以下优点：其一，采用多盘贴壁吸附，对于存在台阶、沟槽、划痕、小坑等缺陷的壁面，由于这些小缺陷只能影响少数吸附元件的吸附作用，其余各个吸附元件仍能正常发挥作用，吸附能力基本不受影响；其二，采用空间球铰与支架连接，支架本身可以全向自动倾斜，提高对壁面的适应能力；其三，采用姿态调节缸，且与支架为空间球铰连接，既可以伸缩以补偿壁面的高低不平，又可以自动全向倾斜，以适应壁面的倾斜、弧形、阶梯等不平整性。因此，本实用新型提出的贴壁装置，能自动调整姿态，适应各种不同壁面的状况，吸附效果更好。