专利名称：一种模块化的仿生爬壁机器人的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及机器人技术领域，是一种模块化的仿生爬壁机器人。
背景技术：
现代社会有很多对人类来说属于艰难困苦而危险的作业和任务。例如核工业中对 核度液储罐进行视觉检查及探伤，建筑业中巨型墙面喷涂、高楼大厦瓷砖或玻璃幕墙的清 洁，造船业中对内外船体表面的探伤和喷涂等等。这类工作依靠人类搭建脚手架、爬上爬下 地完成，不仅效率低、成本高，更是一项危险的任务。因此，能替代人类执行和从事类似任务 的爬壁机器人便应运而生。目前国内外已研制出各种各样来的爬壁机器人，其形式各异，吸附方式和移动机 能各不相同，如有磁履带式、多吸盘履带式、单吸盘轮式、多吸盘框架式、旋翼轮式、基于范 德华力的仿壁虎式等等。虽然目前爬壁机器人种类繁多，但它们存在若干问题和不足，例 如(1)单吸盘整体滑移式爬壁机器人为防止滑落，必须提供足够的压力来产生与墙面的 摩擦力，同时为移动又必须克服摩擦力做切向运动，这是一对矛盾，磨损严重、能量消耗大； (2)轮式和多吸盘框架式爬壁机器人转弯困难，缺乏运动灵活性；多吸盘框架式和多足式 爬壁机器人结构复杂，体型较大，控制不方便，攀爬速度慢；(4)旋翼式爬壁机器人噪声大 且吸附不可靠，动力消失后马上失效；(5)仿壁虎式爬壁机器人制造成本高、材料问题目前 仍待进一步研究解决。尤其是很多爬壁机器人普遍缺乏越障能力和壁面间过渡能力；本体 构型固定不变，不可根据环境和任务做出调整或者改变，对环境的适应性较差；没有具备操 作功能，若要求机器人实施操作，就必须额外加装操作臂或末端执行器。在众多的吸附方式中，负压吸附无污染、成本低、使用方便、维护容易、对环境有良 好的适应性而广泛采用，但是很多系统采用集中气源，依靠地面上高功率空气压缩机通过 很长的气管对机器人足部吸盘进行抽真空(基于文丘里原理)，又造成系统额外的负担，限 制了其运动范围。在结构形式和攀爬方式上，仿生双足是爬壁机器人的一个重要的发展方 向。仿生双足爬壁机器人具有很强的越障能力和壁面过渡能力，结构和控制也较为简单。真 空吸附与仿生双足攀爬结合可解决上面提到的众多问题。目前真空吸附爬壁机器人的开发 多集中在小电机或者舵机驱动的微小型轻便机器人上，如美国密西根州大学的可重构微小 型机器人RAMR1和Crawler，以及国内北京航天航空大学的串联式模块化机器人(申请号 200710179041. 1)。由于只有手掌大小，它们的运动和负载能力很弱，实用价值有限，而后者 基于密闭气腔扩容，通过振动产生负压进行吸附，效率欠高、可靠性较低。因此，开发一种常 规尺寸的，结构和控制相对简单、构建容易、吸附稳定可靠、攀爬能力强、对攀爬对象有较强 适应性，同时兼具操作功能的爬壁机器人符合机器人发展的趋势和社会生产生活的需要。
实用新型内容本实用新型目的在于面向建筑、化工、核工业和船泊业等领域的高空作业，克服现 有爬壁机器人所存在的转向困难、机动性较差、越障和壁面过渡能力较弱等缺点和不足之处，受尺蠖等动物攀爬动作的启发，提供一种新型的由若干独立完整的模块组成的便于拆 装、攀爬功能强大且双端吸附的模块化的仿生爬壁机器人。本实用新型的模块化仿生爬壁机器人采用串联式关节型仿手臂结构，具有五个自 由度，由七个模块构成，包括三个T型关节模块、两个I型关节模块和两个真空吸附模块； 所述I型关节模块是指只有一个转动自由度且关节转轴与模块本身中心线重合或平行的 模块，也称回转关节模块；所述T型关节模块是指只有一个转动自由度且关节转轴与模块 本身中心线垂直的关节模块，也称摆转关节模块；所述真空吸附模块是一种通过抽真空形 成负压对光洁平整的物体表面进行吸附的功能模块。各模块采用串联方式通过卡环依次连 接，顺序为第一真空吸附模块_第一 I型关节模块_第一 T型关节模块-第二 T型关节模 块-第三T型关节模块-第二I型关节模块_第二真空吸附模块。三个T型关节模块的转 轴互相平行，并与两端的I型关节模块的转轴互相垂直；模块之间在接口处以四个销钉定 位并阻止模块间可能的相对转动。两个真空吸附模块分别安装在机器人的两端，组成一个 双足式的仿手臂机器人。所述真空吸附模块是自带真空源(即真空泵)的功能模块，主要由真空吸盘、单 向阀、真空泵、主支架、真空压力传感器、二位二通真空电磁阀、连接架、六角螺帽和各种快 插接头以及气管构成；三个真空吸盘呈正三角形布置，各自通过六角螺帽固定于主支架上； 六角螺帽顶端各自开有螺纹孔，与L形快插式螺纹接头连接；气管从L形快插式螺纹接头引 出，用分气接头汇聚后通过二位二通真空电磁阀、单向阀连到真空泵的抽气口上；同时，真 空压力传感器通过气管也连接到分气接头，与上述气路相通；真空泵、真空压力传感器、二 位二通真空电磁阀以及连接架均通过螺钉固定于主支架上；连接架作为本负压吸附模块与 其它机械模块的标准接口。通过真空压力传感器检测真空吸盘内部真空度，协调控制真空 泵和二位二通电磁阀配合，使得真空吸盘或形成密闭空腔，或与大气连通，从而实现吸附和 脱附的功能。真空吸附模块采用多个相同的吸盘而不采用单个大吸盘，可有效解决单吸盘 足存在的因吸盘受载后大变形使机器人本体大幅度倾斜而造成控制困难的问题，提高吸附 的可靠性和安全性。所述I型关节模块主要由伺服电机及光电编码器组件、I关节套筒、电机轴套、盘 式谐波减速器组件、I关节基座、轴承座、关节输出端连接件、内齿轮、过渡齿轮、过渡齿轮 轴、齿轮轴、谐波减速器输出过渡盘构成。各零部件的连接方式为伺服电机及光电编码器 组件与I关节基座通过轴向螺钉紧固，其电机轴通过电机轴套与盘式谐波减速器组件的波 发生器间接相连；盘式谐波减速器组件的输入和输出刚轮通过螺钉分别与I关节基座和谐 波减速器输出过渡盘紧固连接，而后者另一端再用螺钉与中心齿轮轴紧固连接；I关节套 筒套在I关节基座上并沿圆周方向用径向螺钉紧固；轴承座支承于I关节基座上，其与内齿 轮和关节输出端连接件三者螺钉紧固，不可相对运动；谐波减速器输出过渡盘通过花键与 齿轮轴一端连接，而齿轮轴另一端又与对称分布的三个过渡齿轮啮合，三个过渡齿轮与内 齿轮啮合；从而将电机轴的转动经过谐波减速器减速，并通过过渡齿轮与内齿轮的进一步 减速增力后，将动力输出至关节输出端连接件，使其相对于I关节套筒产生回转运动。工作 时，关节由直流伺服电机驱动，电机的后端与用于检测转角位移和角速度的光电编码器直 接相联，前端与谐波减速器相连，进行减速增力。谐波减速器通过一个过渡圆盘输出到一个 中心直齿轮轴，而中心直齿轮轴通过三个均勻分布的过渡轮驱动一个内齿直齿轮作进一步动，最后驱动关节的 输出件。所述T型关节模块主要由伺服电机及光电编码器组件、T关节套筒、电机轴套、盘 式谐波减速器组件、T关节基座、谐波减速器输出过渡盘、锥齿轮轴、带键端盖、过渡连接端 盖、关节连接件、大锥齿轮、关节转轴构成。各零部件的连接方式为伺服电机及光电编码器 组件与T关节套筒通过轴向螺钉紧固，其电机轴通过电机轴套与盘式谐波减速器组件的波 发生器间接相连；盘式谐波减速器组件的输入和输出刚轮通过轴向螺钉分别与T关节套筒 和谐波减速器输出过渡盘紧固连接，而谐波减速器输出过渡盘再用轴向螺钉与锥齿轮轴的 一端紧固连接；T关节基座外套在关节套筒上并沿圆周方向用径向螺钉紧固；锥齿轮轴支 承于T关节基座内，其一端的小锥齿轮与大锥齿轮啮合，而后者安装于关节轴上；关节轴两 端开有键槽，与带键端盖配合，而带键端盖则通过过渡连接端盖与关节连接件固连；从而实 现将电机轴的转动经谐波减速器减速后，并通过大小锥齿轮再次减速增力和换向，将动力 输出至关节连接件，使其相对于T关节套筒产生摆转运动。T型关节模块只有一个转动自 由度且关节转轴与模块轴线垂直。工作时，关节由直流伺服电机驱动，电机的后端与用于检 测转角位移和角速度的光电编码器直接相联，前端与谐波减速器相连，进行减速增力。谐波 减速器通过一个过渡圆盘进行输出，再通过一对锥齿轮作进一步减速与增力并改变传动方 向。大锥齿轮通过一根关节轴带动关节模块的另一部分作相对转动，进行速度和力的输出。本实用新型的机器人中间三个T型关节转动能使机器人本体伸展或弯曲，配合I 型关节转动则能改变末端真空吸附模块的方位。攀爬时先用一个真空吸附模块稳固可靠地 吸附瓷砖、钢板或玻璃等光洁平整的表面以支撑整个机器人，另一端运动，到目标位置后相 应的真空吸附模块进行吸附，然后将前一个真空吸附模块松开和释放，并运动到新的目标 位置，如此循环，交替吸附支撑，机器人就可在壁面上攀爬。本实用新型与现有技术相比具有如下特点和效果1)仿生在运动形式上模仿尺蠖等动物的攀爬模式，在结构上类似人的手臂。2)模块化由五个单自由度的关节模块和两个真空吸附模块构成。模块之间通过 卡环实现连接和紧固，机器人的构建和拆装简单、方便和快速，构型可变。3)串联结构各模块采用串联方式依次连接，结构关于中间的T型关节的转动轴 线首尾对称。本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和效果(1)结构特点决定了本实用新型的机器人具有全方位攀爬功能，可采用尺蠖式、扭 转式和翻越式等多种攀爬步态，有很强的越障和壁面间过渡能力；(2)同时具有爬壁功能和一定的操作功能，机器人本体实际上是一个多自由度操 作臂，末端的真空吸附模块可对光洁平整的物体进行吸附搬运，稍加改装可具有更强的操 作功能。(3)采用模块化方法构建机器人，只由两种关节模块和一种真空吸附模块组成，系 统构建容易，设计、制造和维护简单，成本较低；机器人的自由度可通过加减模块的数量进 行改变，构型可通过模块之间的连接和配置进行更改。
图1是本实用新型的仿生爬壁机器人外观图；图2是本实用新型的仿生爬壁机器人机构示意图；图3是本实用新型的真空吸附模块外观图；图4是本实用新型的真空吸附模块气路连接图；图5是本实用新型的I型关节模块外观图；图6是本实用新型的I型关节模块剖面图；图7是本实用新型的T型关节模块外观图；图8是本实用新型的T型关节模块剖面图；图9是本实用新型的仿生爬壁机器人尺蠖式步态示意图；图10是本实用新型的仿生爬壁机器人扭转式步态示意图；图11是本实用新型的仿生爬壁机器人翻越式步态示意图；图12是本实用新型的仿生爬壁机器人越障和壁面过渡示意图。
具体实施方式
如图1、2所示，模块化的仿生爬壁机器人本体具有五个自由度，由五个单自由度 关节模块组成，两端分别连接真空吸附模块100，共有七个模块。各模块依次以串联方式连 接，顺序为第一真空吸附模块si-第一 I型关节模块II-第一 T型关节模块T1-第二 T型 关节模块T2-第三T型关节模块T3-第二 I型关节模块12-第二真空吸附模块S2。在第 二和第三T型模块之间插入一个关节套筒500，使得机器人首尾两端结构关于第二 T型模 块T2的关节转轴对称。三个T型关节模块300的关节转轴互相平行，并自然地与两端的I 型关节模块200的关节轴垂直。各关节模块之间由销钉定位和阻止两者之间的相对转动， 用卡环进行锁紧连接，拧紧卡环上的螺栓和螺母即可将相连的两个零件紧固连接。当一端 真空吸附模块吸附平面支撑整个机器人时，通过改变T型关节和I形关节的转角即可改变 另一端真空吸附模块的位置和姿态，到达目标位置。真空吸附模块或抽取真空，或与大气连 通，即可对平面进行吸附或脱吸附。如图3、图4所示，真空吸附模块包括真空吸盘101、单向阀102、真空泵103、主支架 104、真空压力传感器105、二位二通真空电磁阀106、连接架107、六角螺帽108、L形快插式螺 纹接头109、快插式变径接头110、气管111、分气接头112。三个真空吸盘101呈正三角形布 置，各自通过六角螺帽108固定于主支架104上。六角螺帽108顶端开有螺纹，用于连接L形 快插式螺纹接头109。气管111分别从三个真空吸盘101所对应的L形快插式螺纹接头109 引出，而后由四合一分气接头112汇合。汇合后由分气接头112引出一根气管，依次连接快插 式变径接头110、二位二通真空电磁阀106(接常闭通口)、单向阀102、快插式变径接头110， 接到真空泵103的抽气口上。同时，真空压力传感器105通过气管111也连接到分气接头112 余下的一个汇合口上，与上述气路相通。真空泵103、真空压力传感器105以及二位二通真空 电磁阀106均通过螺钉固定在主支架104上。连接架107通过螺钉与主支架104固接，并作 为真空吸附模块与其他模块的机械连接接口。该功能模块的工作过程和运动原理如下当上 位机给出吸附指令时，真空泵103电机启动，开始对三个真空吸盘101及被吸附平面形成的密 闭空腔进行抽取真空作业，同时不断采集真空压力传感器105的输出，实时监测密闭空间的
7真空度；当真空度达到支撑机器人本体的要求时，即可停止抽真空操作，并由单向阀102和二 位二通真空电磁阀106保持腔内真空。当上位机给出脱吸附指令时，只要接通二位二通真空 电磁阀106，使得密闭空腔直接与大气连通，即可恢复其气压，脱开吸附。这样真空吸附模块 即可在上位机的控制下，协调地做出吸附或者脱吸附动作。如图5、图6所示，I型关节模块包括伺服电机及光电编码器组件201、关节套筒 202、电机轴套203、盘式谐波减速器组件204、I关节基座205、轴承座206、压紧垫片207、关 节输出端连接件208、内齿轮209、过渡齿轮210、过渡齿轮轴211、大轴承端盖212、齿轮轴 213、谐波减速器输出过渡盘214、内轴套215、小角接触球轴承216、小轴承端盖217、外轴套 218、大角接触球轴承219、过渡盘轴端锁紧环220和键221。驱动电机为直流伺服电机，电 机与用于角位移和角速度检测的光电编码器集成，即电机轴后端直接连接光电编码器，成 为伺服电机及光电编码器组件201。电机的前端面与关节套筒202用螺钉(沿轴向)相连 接。I关节基座205的一端套在关节套筒202上，并沿圆周方向与关节套筒202用螺钉(沿 径向)相连接。电机的输出轴与电机轴套203相连接，用两个径向顶丝紧固。电机轴套203 与谐波减速器组件204的波发生器相连接，通过一个直键221传递运动和动力。为了得到 较小的关节模块长度，一级减速采用扁平盘状的谐波减速器三大件204，其中的输入刚轮与 关节套筒202用螺钉沿轴向紧固，输出刚轮用螺钉沿轴向与谐波减速器过渡圆盘214紧固 连接，过渡圆盘214再与齿轮轴213连接，并由螺钉和过渡盘轴端锁紧环220拧紧来轴向固 定。齿轮轴213通过一对角接触轴承216支承于I关节基座205中，两个轴承之间有内套 筒215，一端用小轴承端盖217定位和预紧。齿轮轴213的另一端有一个中心齿轮，中心齿 轮与三个均勻分布的过渡直齿轮210啮合。每个过渡直齿轮210通过内孔中的轴承支承在 其过渡齿轮轴211上，过渡齿轮轴211通过其上的螺纹固定安装在I关节基座205上。过 渡直齿轮210与内齿轮209啮合。内齿轮209、轴承座206和关节输出端连接件208三者通 过轴向螺钉连接紧固，成为关节模块的最后输出部件。这个输出部件通过一对角接触球轴 承219及外轴套218支承在I关节基座205上，并由关节输出端连接件208与轴承座206 间的轴向螺钉，通过内齿轮209、压紧垫片207来定位和预紧，角接触球轴承219内圈则由大 轴承端盖212通过螺钉压紧、限定于I关节基座205上。该关节模块的工作过程和运动原 理如下电机的输出轴驱使电机轴套203转动，而电机轴套203又带动谐波减速器204的波 发生器。谐波减速器204减速增力，通过输出过渡圆盘214将运动和动力传递到齿轮轴213 上。齿轮轴213驱动三个过渡齿轮210，进而驱动内齿轮209。内齿轮209与轴承座206和 关节输出端连接件208紧固，完成整个关节模块的运动和动力的输出。I型关节模块的转轴 与关节连杆的轴线重合或平行。如图7和图8所示分别为T型关节模块的外观图和剖面图。T型关节模块的转轴 与关节连杆的轴线互相垂直。零部件包括伺服电机及光电编码器组件301、关节套筒302、 电机轴套303、盘式谐波减速器组件304、T关节基座305、谐波减速器输出过渡盘306、轴承 端盖307、角接触球轴承308、锥齿轮轴309、关节轴承端盖310、带键端盖311、过渡连接端盖 312、关节侧挡板313、关节连接件314、关节盖315、关节轴轴套316、大锥齿轮317、关节转轴 318、关节角接触球轴承319、过渡盘轴端锁紧环320和键321。驱动电机为直流伺服电机， 电机与用于角位移和角速度检测的光电编码器集成，即电机轴后端直接连接光电编码器， 成为伺服电机及光电编码器组件301。电机的前端面与关节套筒302用螺钉(沿轴向)相连接。T关节基座305的一端套在关节套筒302上，并沿圆周方向与关节套筒302用螺钉 (沿径向)相连接。电机的输出轴与电机轴套303相连接，用两个径向顶丝紧固。电机轴 套303与谐波减速器组件304的波发生器相连接，通过一个直键321传递运动和动力。为 了得到较小的关节模块长度，一级减速采用扁平盘状的谐波减速器三大组件304，其中的输 入刚轮与关节套筒302用螺钉沿轴向紧固，输出刚轮用螺钉沿轴向与谐波减速器过渡圆盘 306紧固连接，过渡圆盘306再用花键与锥齿轮轴309的一端连接，并由螺钉和过渡盘轴端 锁紧环320拧紧来轴向固定。该锥齿轮轴309通过一对角接触球轴承308支承于T关节基 座305中，两个轴承紧密相靠，一端用轴承端盖307进行轴向定位和预紧。锥齿轮轴309的 输出端上有一小锥齿轮，其与大锥齿轮317啮合，而后者安装于关节轴318上，通过一个贯 穿两者的圆柱销传递运动和动力。关节轴318用一对角接触球轴承319支承于T关节基座 305上(靠近大锥齿轮一端的角接触球轴承319通过关节轴轴套316轴向定位)，两端通过 关节轴承端盖310进行轴向定位并加以预紧力；关节轴318两末尾端开有键槽，与带键端盖 311配合，而带键端盖311则通过过渡连接端盖312与关节连接件314固连。关节侧挡板 313、关节盖315为钣金件，分别从两侧面和正面包裹、密封模块大锥齿轮317、关节轴318和 小锥齿轮等传动零部件，以防止尘埃等进入。该关节模块的工作过程和运动原理如下电机 的输出轴驱使电机轴套303转动，而电机轴套303又带动谐波减速器组件304的波发生器。 谐波减速器组件304减速增力，通过谐波减速器过渡圆盘306将运动和动力传递到锥齿轮 轴309上。小锥齿轮驱动大锥齿轮317，实现了运动方向的90度改变。大锥齿轮309将运 动和动力传递到关节轴318，而后者与带键端盖311及过渡连接端盖312固接，将运动和动 力传递到关节连接件314。整个关节模块的运动和动力通过关节连接件314输出。 如图9、10和11所示为本实用新型所述爬壁机器人的三种运动方式或典型步态 (并不限于此三种)。图9为尺蠖式步态，其实现过程如下(a)机器人位于起始位置，真空 吸附模块S1附着于壁面，S2松开，机器人重量由S1支撑，两个I型关节模块不转动(但通 电保持)，三个T型关节模块按图示方向转动；(b)机器人在三个T型关节模块的配合下， 总体表现为真空吸附模块S1固定，S2往前进方向提升，动作类同于尺蠖爬行时的“收缩”; (c) S2提升至目标位置后，被放下并附着于壁面；(d) S1松开，机器人在三个T型关节模块按 图示方向配合动作时，总体表现为S2固定，S1被提起后往前进方向提升，类同于尺蠖爬行 时的“伸展”；(e)当机器人本体重新伸直(S1运动至目标位置)时，S1被放下并再次附着 于壁面。爬壁机器人交替重复以上各步骤即可仿照尺蠖的“伸缩”步态进行攀爬。其以该 种步态爬行过程中，真空吸附模块S1和S2的顺序始终保持不变。图10为扭转式步态，其 实现过程如下(a)机器人位于起始位置，真空吸附模块S1附着于壁面，S2松开，三个T型 关节模块配合运动，提起真空吸附模块S2，使其与壁面保持一定安全距离；(b)和(c)三个 T型关节模块保持不动，机器人本体在I型关节模块II的带动下扭转180°，即真空吸附模 块S2从位于S1正后方运动至S1正前方，此过程中I型关节模块12旋转真空吸附模块S2， 使其上三个吸盘保持倒三角状态；(d)真空吸附模块S2被I型关节模块II旋转至S1正前 方后，两个I型关节模块保持不动，S2随着三个T型关节模块的配合运动而慢慢靠近壁面； (e)真空吸附模块S2抽取真空，重新附着于壁面。爬壁机器人交替重复以上各步骤即可实 现扭转步态攀爬，此过程中真空吸附模块S1和S2的前后顺序不断交替。图11为翻越式步 态，其实现过程如下(a)机器人位于起始位置，真空吸附模块SI附着于壁面，S2松开，三个T型关节模块配合运动，提起真空吸附模块S2 ； (b)、(c)和(d)三个T型关节模块继续按图 示方向运动，使真空吸附模块S2不断被提起，并且从S1模块上方“越过”，直至运动至真空 吸附模块S1的正前方，在此过程中，I型真空模块II保持不动，而12则旋转，使得真空吸附 模块S2的三个吸盘仍呈倒三角布置；(e)真空吸附模块S2抽取真空，重新附着于壁面。爬 壁机器人交替重复以上各步骤即可实现翻越步态攀爬，此过程中真空吸附模块S1和S2的 前后顺序不断交替。 如图12所示为本实用新型所述爬壁机器人翻越障碍以及进行壁面过渡的情景示 意图。爬壁机器人具有类似于一般机器人操作臂的串联式结构，通过一端固定，另一端运动 可轻易地翻越各种障碍和在不同角度的相交壁面之间进行过渡。
权利要求一种模块化的仿生爬壁机器人，其特征在于包括三个T型关节模块、两个I型关节模块和两个真空吸附模块，具有五个自由度；所述I型关节模块是指只有一个转动自由度且关节转轴与模块本身中心线重合或平行的模块；所述T型关节模块是指只有一个转动自由度且关节转轴与模块本身中心线垂直的关节模块；所述真空吸附模块是一种通过抽真空形成负压对光洁平整的物体表面进行吸附的功能模块；各模块采用串联方式通过卡环依次连接，顺序为第一真空吸附模块—第一I型关节模块—第一T型关节模块—第二T型关节模块—第三T型关节模块—第二I型关节模块—第二真空吸附模块；三个T型关节模块的转轴互相平行，并与两端的I型关节模块的转轴互相垂直；模块之间用卡环连接，在接口处以四个销钉定位并阻止模块间可能的相对转动。
2.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于所述真空吸附模块主要由真空吸盘、单 向阀、真空泵、主支架、真空压力传感器、二位二通真空电磁阀、连接架、六角螺帽和各种快 插接头以及气管构成；三个真空吸盘呈正三角形布置，各自通过六角螺帽固定于主支架上； 三个真空吸盘对应的六角螺帽顶端各自开有螺纹孔，与L形快插式螺纹接头连接；气管从 L形快插式螺纹接头引出，用分气接头汇聚后通过二位二通真空电磁阀、单向阀连到真空 泵的抽气口上；同时，真空压力传感器通过气管也连接到分气接头，与上述气路相通；真空 泵、真空压力传感器、二位二通真空电磁阀以及连接架均通过螺钉固定于主支架上；连接架 作为本负压吸附模块与其它机械模块的标准接口。
3.根据权利要求2所述的机器人，其特征在于所述I型关节模块主要由伺服电机及光 电编码器组件、I关节套筒、电机轴套、盘式谐波减速器组件、I关节基座、轴承座、关节输出 端连接件、内齿轮、过渡齿轮、过渡齿轮轴、齿轮轴、谐波减速器输出过渡盘构成；各零部件 的连接方式为伺服电机及光电编码器组件与I关节基座通过轴向螺钉紧固，其电机轴通 过电机轴套与盘式谐波减速器组件的波发生器间接相连；盘式谐波减速器组件的输入和输 出刚轮通过螺钉分别与I关节基座和谐波减速器输出过渡盘紧固连接，而后者另一端再用 螺钉与中心齿轮轴紧固连接；I关节套筒套在I关节基座上并沿圆周方向用径向螺钉紧固； 轴承座支承于I关节基座上，其与内齿轮和关节输出端连接件三者螺钉紧固，不可相对运 动；谐波减速器输出过渡盘通过花键与齿轮轴一端连接，而齿轮轴另一端又与对称分布的 三个过渡齿轮啮合，三个过渡齿轮与内齿轮啮合；从而将电机轴的转动经过谐波减速器减 速，并通过过渡齿轮与内齿轮的进一步减速增力后，将动力输出至关节输出端连接件，使其 相对于I关节套筒产生回转运动。
4.根据权利要求3所述的机器人，其特征在于所述T型关节模块主要由伺服电机及光 电编码器组件、T关节套筒、电机轴套、盘式谐波减速器组件、T关节基座、谐波减速器输出 过渡盘、锥齿轮轴、带键端盖、过渡连接端盖、关节连接件、大锥齿轮、关节转轴构成，各零部 件的连接方式为伺服电机及光电编码器组件与T关节套筒通过轴向螺钉紧固，其电机轴 通过电机轴套与盘式谐波减速器组件的波发生器间接相连；盘式谐波减速器组件的输入和 输出刚轮通过轴向螺钉分别与T关节套筒和谐波减速器输出过渡盘紧固连接，而谐波减速 器输出过渡盘再用轴向螺钉与锥齿轮轴的一端紧固连接；T关节基座外套在关节套筒上并 沿圆周方向用径向螺钉紧固；锥齿轮轴支承于T关节基座内，其一端的小锥齿轮与大锥齿 轮啮合，而后者安装于关节轴上；关节轴两端开有键槽，与带键端盖配合，而带键端盖则通 过过渡连接端盖与关节连接件固连；从而实现将电机轴的转动经谐波减速器减速后，并通过大小锥齿轮再次减速增力和换向，将动力输出至关节连接件，使其相对于T关节套筒产 生摆转运动。
专利摘要本实用新型涉及一种模块化的仿生爬壁机器人。该机器人具有五个自由度，由关节模块和真空吸附模块按串联方式依次连接而成，其连接方式为第一真空吸附模块-第一I型关节模块-第一T型关节模块-第二T型关节模块-第三T型关节模块-第二I型关节模块-第二真空吸附模块。三个T型关节模块的转轴互相平行，并与两端的I型关节模块的转轴互相垂直；模块之间用卡环连接，在接口处以四个销钉定位并阻止模块间可能的相对转动。该机器人两端对称、首尾互置，构建容易、结构简单，能以尺蠖式、扭转式和翻转式等步态在光洁平整的壁面上全方位攀爬，具有很强的壁面过渡和越障能力，可以广泛应用于建筑业、核工业和造船业等领域。
文档编号B62D57/024GK201756146SQ20102024787
公开日2011年3月9日 申请日期2010年7月2日 优先权日2010年7月2日
发明者张宏, 张宪民, 朱海飞, 管贻生, 蔡传武 申请人:华南理工大学