专利名称：胶粘式爬壁多足机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及爬壁机器人，它能在危险场合和恶劣环境下工作，完成特定的任务，尤
其是它能附着在垂直的壁面和天花板上。
背景技术：
在许多场合，人类自身是很难到达并完成相应任务的。比如高层建筑的外墙、核工 业的辐射场、高的天花板、火灾、地震或其它灾难发生的地方，这些地方如采用人工作业则 危险性很高，这就使得爬壁机器人应运而生。爬壁机器人因为其足部能够产生吸附力，从而 极大的提高了机器人的活动范围和应用场合，它能够在垂直的壁面爬行甚至还能承受一定 的负载。 爬壁机器人的核心技术是如何提供吸附力使得爬壁机器人能够稳固的停在工作 表面。根据吸附原理的不同，目前的爬壁机器人主要有磁吸式、气吸式、真空吸附式。以上 几种吸附方式存在适应壁面材质范围窄，噪声大，功耗高等缺点。并且，基于以上吸附方式 的爬壁机器人往往过于笨重，移动缓慢，所能承担的负载小，持续工作时间短。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足，而提供一种基于胶 粘吸附方式的爬壁多足机器人。它具有适应材质范围广，噪声小，自重小，移动轻便等优点。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是 —种胶粘式爬壁多足机器人，包括躯干、运动控制模块、至少四个运动腿以及足， 所述的运动腿一端与躯干连接，所述的运动腿的另一端设置所述的足，在所述的躯干上还 设置有储胶罐，在所述的运动腿上设置有输胶通道，所述的足的底座的底面为柔性接触面， 在所述的足的底面上设置有出胶孔，所述的储胶罐的出胶口经输胶通道与所述的足的出胶 孔连通，所述的储胶罐还包括压力装置，所述的储胶罐的胶水在压力装置的作用下输送到 足的出胶孔。 所述的储胶罐包括罐体，所述的压力装置包括活塞盘和气囊，所述的活塞盘设置 在罐体中间，在所述的罐体的一端设置所述的出胶口，在罐体的另一端设置气囊进气孔，所 述的气囊设置在罐体的进气孔端。 所述的机器人的足由底座、支架和端盖三部分组成，在支架和端盖直接设置有弹 簧，端盖和底座通过胶粘密封，在支架的下端设置支架腿，在底座上设置底座孔，所述的支 架腿与所述的底座孔相适配。 本发明机器人采用多足设计，可以取4个、6个、8个等足或以上，足底是一个柔性 接触面。机器人的躯干上安装储胶罐，在机器人工作之前，从注胶口灌入工作时使用的胶 水，封好注胶口。再从进气孔(气门芯)给气囊冲足气，气囊膨胀的趋势始终将活塞盘向下 压，逼迫胶水通过输胶管输送至机器人的每个足底。在足底覆盖薄胶层，粘附在工作表面。
机器人机动采用仿生的爬行方式，即其所有脚都与表面抓着，每次只允许有一只脚是脱空的，并产生移动动作。其机动是通过轮流使其所有脚实施"脱空(拔出)-移动-抓 着"来进行的。运动控制模块通过单片机编程控制，依次轮流给每只足发出控制电压信号， 使得腿部的控制电机运转(其它的足保持不动)，完成拔出_向前移动_抓着动作，当所有 腿都完成一次该动作时，机器人总体即移动一步。设总脚数为n，这样，总是有n-l只脚通过 胶与表面连接，从而保证其能够贴附于表面。但是其移动也方便，因为，只需要花少量力抽 出被胶粘住的这只脚就行了 。设想倒挂状态，假设每只足粘着力是f ，则机器人能承受的总 的力是(n-l)f，但是机器人拔出一只足需要用的力是f。因此采用多足设计可以保证机器 人方便的移动但又不会掉下来。 多足的设计使得机器人整体的粘着力很大，保证机器人工作时牢固地附着在工作 表面，但单足拔出所用的力却不大，以保证其机动方便。
本发明的有益效果 柔性接触面通过薄胶层可以和大部分材质的表面很好的粘着，即使其表面可能是 不平的，使得爬壁机器人的应用场合很广；2.通过施胶的方式来提供附着力，机构简单，易 于实现。比起传统的吸附方式，可以大大减轻附着机构的重量，并提高附着力的可靠性； 3.粘着力不需要额外的能量消耗，只需要保证薄胶层的覆盖即可，能耗很低，这有利于机器 人的长时间工作；4.吸附装置基本没有噪声产生。
图1 、图2是机器人效果图；
图3是储胶罐结构示意图；
图4是机器人足结构示意图；
图5是足的底座主视图。
图6是图5的俯视图。
具体实施例方式
机器人的结构如图1所示。其主要包括躯干l，运动控制模块2，储胶罐5，运动腿 兼输胶通道3，具有柔性接触面的足4。储胶罐5将胶水不断地通过嵌入在机器人腿上的输 胶管输送到足底的柔性接触面上，使其形成薄胶层。运动控制模块2通过微控制电路控制 微型电机驱动机器人智能的移动和工作，模块中放置电瓶供给运动的能量。
储胶罐5的结构如图3。储胶罐5由罐体7，底座IO，底座端盖11以及压力装置组 成，其中压力装置包括活塞盘9和橡胶囊8。储胶罐5组装好后，罐体7和底座10胶粘密 封。储胶罐5内部由活塞盘9分隔成上下两部分。上部顶端是压縮空气注入孔，从这个孔 伸出来的是一个安装在橡胶囊8上的气门芯14。在机器人实施任务前，用打气筒或空气压 縮机将空气注入橡胶囊8，橡胶囊8的膨胀力作用在活塞盘9上，活塞盘9向下推动下部储 存的胶水通过底座端盖的小孔12流出，8个小孔12是通过塑料软管分别与机器人的8只足 4部相连的。底座端盖11中部是胶水的注入孔13。 足4的设计如图4，由上端盖15，支架16，底座17构成。在支架16和端盖15连 接处有弹簧20。足部端盖15和底座17通过胶粘密封。底座17的底面采用非金属的柔性 材料，比如橡胶，形成柔性接触面，增大胶水产生的粘性力，并且使机器人可以在更多材质的表面爬行。上部开口21是通过输胶软管与储胶罐相连通的。胶水被从储胶罐5压出，由 足4底9个底座孔18流出，在足4底形成薄胶层。每只足4移动一步，储胶罐5都向其输 胶一次，每次输胶的数量可以调整。 本发明机器人输胶装置的工作过程。在机器人实施任务之前，从底座端盖11的注 胶口 13向罐内注入工作所需的胶水，封好注胶口 13。用打气筒或空气压縮机将外部空气注 入橡胶囊8，机器人就可以工作了。气门芯14阻止空气外泄，橡胶囊的压力始终存在，所以 在工作时不需要再给气囊打气。 橡胶囊8的膨胀力压迫活塞盘9，始终对储胶罐5下半部储存的胶水产生压力，使 胶水有从端盖小孔12流出的趋势，直至胶水用完。活塞盘9的设计也使得在机器人倒悬在 天花板上时，胶水不会倒流向储胶罐5顶而不能到达足4部。 机器人的足4由底座17、支架16和端盖15三部分组成。并且在支架16和端盖 15连接处有弹簧20。弹簧20是处在压縮状态的，产生较小的力将支架16顶向底座17。支 架下边的支架腿19和底座17的底座孔18下端部刚好贴合，并且支架腿19伸出底座lmm， 根据每次输胶的量可以调整该参数，支架腿19的直径比底座孔18小2mm，支架腿19的下端 和底座孔18的下端均为锥形，当足4悬空时，因为弹簧20的作用以及胶水的压力，使得支 架腿19的前端和底座孔18的前端逐渐抵住，胶水将不会外溢。运动控制模块2控制机器 人的一只足进行"脱空拔出_移动_抓着"动作，在"抓着"时将悬空的足4用力压向物体 表面6，作用力等于或者稍大于弹簧20压力，使得支架腿19和底座孔18分开，胶水从缝隙 处溢出。稍等几秒后，调整这个时间可以改变每次输胶的量，卸去对足的压力，则支架腿19 和底座孔18又逐渐抵住，胶水停止外溢，如图5、图6所示。 因为储胶罐5中的橡胶囊8始终对活塞盘9有压力作用，因此胶水的渗透完全是 自动的，不需借助其它外力。这样机器人在行走过程中。每当足部贴合墙面或者天花板后， 足4底将释放出薄胶层，胶层大约lmm可调整厚时，胶水也会停止外溢。机器人就像是自然 而然的贴在墙面或是天花板上一样，只需考虑对机器人的运动和所要完成任务的动作姿态 进行控制，而不需要考虑机器人是否会掉下来。 本实例所说明的胶粘系统可以应用于大多数多足机器人，很好的解决了机器人的 爬壁或爬天花板问题，却不需要大的能耗，也没有大的噪声，是一种非常实用的吸附方式。
权利要求
一种胶粘式爬壁多足机器人，包括躯干(1)、运动控制模块(2)、至少四个运动腿(3)以及足(4)，所述的运动腿(3)一端与躯干(1)连接，在运动控制模块(2)的作用下运动，所述的运动腿(3)的另一端设置所述的足(4)，其特征在于在所述的躯干(1)上还设置有储胶罐(5)，在所述的运动腿(3)上设置有输胶通道，所述的足(4)的底座(17)的底面为柔性接触面，在所述的足(4)的底面上设置有出胶孔，所述的储胶罐(5)的出胶口经输胶通道与所述的足(4)的出胶孔连通，所述的储胶罐(5)还包括压力装置，所述的储胶罐(5)的胶水在压力装置的作用下输送到足(4)的出胶孔。
2. 根据权利要求1所述的胶粘式爬壁多足机器人，其特征在于所述的储胶罐(5)包 括罐体(7)，所述的压力装置包括活塞盘(9)和气囊(8)，所述的活塞盘(9)设置在罐体(7) 中间，在所述的罐体(7)的一端设置所述的出胶口，在罐体(7)的另一端设置气囊进气孔， 所述的气囊(8)设置在罐体(7)的进气孔端。
3. 根据权利要求1或2所述的胶粘式爬壁多足机器人，其特征在于所述的机器人的 足(4)由底座(17)、支架(16)和端盖(15)三部分组成，在支架(16)和端盖(15)直接设置 有弹簧(20)，端盖(15)和底座(17)通过胶粘密封，在支架(16)的下端设置支架腿(19)， 在底座(17)上设置底座孔(18)，所述的支架腿(19)与所述的底座孔(18)相适配。
全文摘要
本发明公开了一种胶粘式爬壁多足机器人，包括躯干、运动控制模块、至少四个运动腿以及足，所述的运动腿一端与躯干连接，所述的运动腿的另一端设置所述的足，在所述的躯干上还设置有储胶罐，在所述的运动腿上设置有输胶通道，所述的足的底座的底面为柔性接触面，在所述的足的底面上设置有出胶孔，所述的储胶罐的出胶口经输胶通道与所述的足的出胶孔连通，所述的储胶罐还包括压力装置，所述的储胶罐的胶水在压力装置的作用下输送到足的出胶孔。通过施胶的方式来提供附着力，机构简单，易于实现。比起传统的吸附方式，可以大大减轻附着机构的重量，并提高附着力的可靠性，吸附装置基本没有噪声产生。
文档编号B62D57/00GK101734301SQ20101001824
公开日2010年6月16日 申请日期2010年1月20日 优先权日2010年1月20日
发明者刘祥建, 安兴, 陈仁文 申请人:南京航空航天大学