专利名称：轮足式爬壁机器人机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及移动机器人机构，具体地说是一种轮足式爬壁机器人机构。
背景技术：
在现有的微小型爬壁机器人机构中，大部分采用腿足式的移动机构(参考文献1 : H. R. Choi, S. Μ. Ryew, Τ. H. Kang, J. H. Lee, and H. Μ. Kim, "A Wall Climbing Robot with Closed Link Mechanism,，，in Proc. of the 2000 IEEE/RSJ Int. Con. on Intelligent Robots and Systems, 2000，vol. 3，pp. 2006-2011，“一种具有闭合连杆机构的爬壁机器人”，智能机器人及系统，2000年，第3卷，2006-2011页；文献2 :R. Pack, J. Christopher, and K. Kawamura, "A rubbertuator-based structure-climbing inspection robot,，，in Proc. IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, 1997, vol. 3，pp. 1869-1874. “一种具有闭合连杆机构的爬壁机器人”，机器人及自动化技术，1997年，第3卷，1869-1874页)，或者采用由多个单元模块组成的可重构机构(文 K 3 :D0MENIC0 L0NG0 AND GIOVANNI MUSCAT0, "The Alicia3 climbing robot: a three-module robot for automatic wall inspection，，， IEEE Robotics & Automation Magazine, 2006，Vol 13，pp.42 - 50，“Alicia3爬壁机器人一种具有自动壁面侦查功能的三模块机器人”，机器人与自动化技术杂志，第13卷，42-50页)，吸附方式多采用负压吸附(文献4 爬壁机器人技术的应用，刘淑霞，王炎，徐殿国，赵言正，Vol. 21 No. 2 1999)这些机构的结构复杂、重量大、功耗多而且综合运动性能(机动性、稳定性及越障能力)较差， 因此，难以应用于实际的应用作业中。
发明内容
针对现有技术中存在的机构结构复杂、功耗大并且运动性能较差等不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种移动速度快、越障能力强和曲面适应性好的轮足式爬壁机器人机构。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是
本发明一种轮足式爬壁机器人机构包括半圆柱形的第1本体及第2本体、连杆、第1 吸盘足以及第2吸盘足，其中第1本体及第2本体下部分别设有第1吸盘足以及第2吸盘足，第1本体及第2本体轴线平行，以接触方式并行设置，在两本体并行设置的两端部分别通过连杆连接成具有能够相对旋转的结构；第1吸盘足采用负压吸附结构，第2吸盘足采用真空吸附结构；第1本体内设有行走轮。所述第1本体第2本体结构相同，均具托板，托板上安装可使两本体进行相对滚动的半圆形轨道；轨道为表面加工有齿的半圆柱结构，两本体上的轨道通过齿啮合；轨道表面为能够提供足够摩擦力的材料。所述负压吸附结构为托板底部安装有密封裙，通过引风机产生吸附负压；所述真空吸附结构采用真空吸盘足，通过真空泵产生吸附负压；所述连杆两端分别设有旋转关节，各旋转关节与两本体的半圆柱形同心；所述行走轮至少为三个，设于同一水平面上，至少两个轮为主动轮，通过电机驱动；所述第2吸盘足通过垂直设置的移动关节连接在第2本体上；所述第2吸盘足通过水平设置的旋转关节连接在第2本体上。本发明具有以下有益效果及优点
1.本发明有机地结合了轮式移动机构和足式移动机构的各自优点，机构具有较好的运动特性和力特性。2.移动速度快。在通过引风机产生负压的吸盘足中，电机通过驱动行走轮的旋转关节实现了机构的轮式移动行走功能。3.越障能力强。通过两个半圆柱体的相对滚动调节吸盘足的空间姿态，实现机构对不同角度的交叉壁面跨越能力。4.曲面适应性好。本发明的行走移动机构位于负压吸盘足内，同时由于两个半圆柱体可相对滚动，因此该机构可适应的曲面曲率范围广。5.应用范围广。本发明可以作为反恐侦查及壁面检测的机器人移动机构。
图1为本发明机构示意图加为直线行走示意图(第一吸盘足4吸附)； 图2b为直线行走示意图(第二吸盘足5收缩)； 图2c为直线行走示意图(驱动电机驱动旋转关节实现机构行走)； 图3a-l为原地旋转过程示意图(吸附第一吸盘足4情况俯视图)； 图3a-2为原地旋转过程示意图(吸附第一吸盘足4情况主视图)； 图北-1为原地旋转过程示意图(抬起第二吸盘足5情况俯视图)； 图北-2为原地旋转过程示意图(抬起第二吸盘足5情况主视图)； 图3c为原地旋转过程示意图(机构旋转至目标位置状态图)； 图如为交叉壁面跨越过程示意图(机构运动步骤1)； 图4b为交叉壁面跨越过程示意图(机构运动步骤2)； 图4c为交叉壁面跨越过程示意图(机构运动步骤3)； 图4d为交叉壁面跨越过程示意图(机构运动步骤4)； 图4e为交叉壁面跨越过程示意图(机构运动步骤5)； 图5为本发明另一实施例机构示意图。
具体实施例方式如图1所示，轮足式爬壁机器人机构包括半圆柱形的第1本体1及第2本体2、连杆3、第1吸盘足4以及第2吸盘足5，其中第1本体1及第2本体2下部分别设有第1吸盘足4以及第2吸盘足5，第1本体1及第2本体2轴线平行，以接触方式并行设置，在两本体并行设置的两端部分别通过连杆连接成具有能够相对旋转的结构；第1吸盘足4采用负压吸附结构，第2吸盘足5采用真空吸附结构；第1本体1内设有行走轮。第1本体1和第 2本体2结构相同，均具托板，托板上安装可使两本体进行相对滚动的半圆形轨道。本实施例采用有齿的半圆柱结构，使两本体上的轨道通过齿啮合。也可为能够提供足够摩擦力的材料，如摩擦系数较大的橡胶。负压吸附结构为托板底部安装有密封裙，通过引风机产生吸附负压；真空吸附结构采用真空吸盘足，通过真空泵产生吸附负压。连杆两端分别设有旋转关节，各旋转关节与两本体的半圆柱形同心；行走轮至少为三个，设于同一水平面上，至少两个轮为主动轮，通过电机驱动；第2吸盘足5通过垂直设置的移动关节连接在第2本体2上。本发明机构具有四个自由度，第一旋转关节9、第二旋转关节10、第四旋转关节12 以及第一移动关节14分别由四个电机驱动，可实现行走轮转动、原地旋转、俯仰和第二吸盘足5的伸缩移动。并且第四旋转关节12与第五旋转关节13存在1 :1的耦合关系。第一吸盘足4采用负压吸附方式，通过驱动风扇产生负压实现吸盘足的吸附与释放。第二吸盘足5采用真空吸附方式，利用真空泵和排气阀实现吸盘足的吸附与释放。本发明机构可在水平、垂直或倾斜壁面爬行。本发明机构的直线行走如图加-c所示，其中有阴影填充部分代表第一吸盘足4。 如图加所示，第一吸盘足4吸附工作壁面，释放第二吸盘足5 ；如图2b所示，电机驱动第一移动关节14移动，实现第二吸盘足5的收缩；如图2c所示，电机驱动第一旋转关节9和第二旋转关节10，实现机器人在水平或垂直壁面的连续运动。本发明机构的原地转弯运动过程图，其中有阴影填充的代表第一吸盘足4。如图 3a-l和3a-2所示，第一吸盘足4吸附工作壁面，释放第二吸盘足5 ；如图北_1和北_2所示，驱动电机驱动第一移动关节14移动，实现第二吸盘足5的收缩；图3c-l和3c-2所示， 电机驱动第一旋转关节9和第二旋转关节10，第一旋转关节9和第二旋转关节10的差速运动实现机构的原地转向运动。本发明机构可以跨越0度至180度之间的任意的内角以及一定的外角交叉壁面。 现仅以90度交叉壁面为例，说明发明机构跨越交叉壁面的过程，其阴影部分代表第一吸盘足4。如图如所示，首先本发明机构运动到交叉壁面合适的位置，收缩第二吸盘足5 ；如图 4b所示，电机驱动连杆3使第二本体2的底面旋转到目标交叉壁面平行的位置；如图如所示，伸长第二吸盘足5，吸附第二吸盘足5 ；如图4d所示，释放第一吸盘足4 ；电机驱动连杆 3使第一本体1由初始交叉壁面运动到目标交叉壁面；如图如所示，吸附第一吸盘足4，释放第二吸盘足5，本发明通过第一吸盘足4吸附目标交叉壁面也可以实现交叉壁面的跨越。第一移动关节14可以采用旋转关节。借助旋转关节也可本用实现新型机构的第二吸盘足5的抬起或落下。
权利要求
1.一种轮足式爬壁机器人机构，其特征在于包括半圆柱形的第1本体(1)及第2本体 (2)、连杆(3)、第1吸盘足(4)以及第2吸盘足(5)，其中第1本体(1)及第2本体(2)下部分别设有第1吸盘足(4)以及第2吸盘足(5)，第1本体(1)及第2本体(2)轴线平行，以接触方式并行设置，在两本体并行设置的两端部分别通过连杆连接成具有能够相对旋转的结构；第1吸盘足(4)采用负压吸附结构，第2吸盘足(5)采用真空吸附结构；第1本体(1) 内设有行走轮。
2.按权利要求1所述的轮足式爬壁机器人机构，其特征在于所述第1本体(1)和第2 本体(2)结构相同，均具托板，托板上安装可使两本体进行相对滚动的半圆形轨道。
3.按权利要求2所述的轮足式爬壁机器人机构，其特征在于轨道为表面加工有齿的半圆柱结构，两本体上的轨道通过齿啮合。
4.按权利要求2所述的轮足式爬壁机器人机构，其特征在于轨道表面为能够提供足够摩擦力的材料。
5.按权利要求1所述的轮足式爬壁机器人机构，其特征在于所述负压吸附结构为托板底部安装有密封裙，通过引风机产生吸附负压。
6.按权利要求1所述的轮足式爬壁机器人机构，其特征在于所述真空吸附结构采用真空吸盘足，通过真空泵产生吸附负压。
7.按权利要求1所述的轮足式爬壁机器人机构，其特征在于所述连杆两端分别设有旋转关节，各旋转关节与两本体的半圆柱形同心。
8.按权利要求1所述的轮足式爬壁机器人机构，其特征在于所述行走轮至少为三个， 设于同一水平面上，至少两个轮为主动轮，通过电机驱动。
9.按权利要求1所述的轮足式爬壁机器人机构，其特征在于所述第2吸盘足(5)通过垂直设置的移动关节(14)连接在第2本体(2)上。
10.按权利要求1所述的轮足式爬壁机器人机构，其特征在于所述第2吸盘足(5)通过水平设置的旋转关节连接在第2本体(2)上。
全文摘要
本发明涉及一种轮足式爬壁机器人机构，包括半圆柱形的第1本体及第2本体、连杆、第1吸盘足以及第2吸盘足，其中第1本体及第2本体下部分别设有第1吸盘足以及第2吸盘足，第1本体及第2本体轴线平行，以接触方式并行设置，在两本体并行设置的两端部分别通过连杆连接成具有能够相对旋转的结构；第1吸盘足采用负压吸附结构，第2吸盘足采用真空吸附结构；第1本体内设有行走轮。本发明有机地结合了轮式移动机构和足式移动机构的各自优点，机构具有较好的运动特性和力特性，移动速度快，越障能力强，曲面适应性好。
文档编号B62D57/024GK102476664SQ20101055311
公开日2012年5月30日 申请日期2010年11月22日 优先权日2010年11月22日
发明者刘爱华, 景凤仁, 李贞辉, 王洪光, 董伟光 申请人:中国科学院沈阳自动化研究所