专利名称：一种基于改进的柔性电控吸附技术的爬壁机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种改进的电控吸附技术，它结合了 ERG电流变胶的电流变特性。利用该技术制作的吸附履带对墙面具有更大的吸附力，能够更好地适应不同材料墙面，且具有一定的自清洁功能。以该技术为基础制作的单吸附履带爬壁机器人，可以攀爬不同粗糙度的木质、玻璃、混凝土、钢铁和塑料等墙面，而且耗能低。
背景技术：
目前，传统的爬壁机器人按照吸附方式分为真空吸盘式吸附、磁吸附和仿生吸附。 真空吸盘式吸附要求吸附平面光滑，对粗糙平面吸附力很小；磁吸附只能对能被磁化的平面起作用，且维持吸附耗能很大；仿生吸附在许多材料面需验证，运动时脱离复杂，能耗很高，且吸附阵列制备工艺复杂。电控吸附是一种新型的吸附技术，对不同材料、不同粗糙度墙面的适应力强，有一定吸附力。
发明内容
为了克服传统爬壁机器人对壁面适应能力不强，耗能大的问题，本发明公开了一种基于改进的电控吸附技术的爬壁机器人。该机器人可以攀爬不同粗糙度的木质、玻璃、混凝土、钢铁和塑料等墙面，而且耗能低。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是该爬壁机器人包括机械结构、吸附履带、控制结构和电源。机械结构由机器人框架、主动轮、导电被动轮和平衡尾巴组成。机器人框架用于支撑机械结构、吸附装置、控制结构和电源。主动轮位于框架的下方，由舵机链条驱动；导电被动轮位于框架上方，两端为金属导电电极，中间为绝缘材料；两根有一定弯度和一定硬度的平衡尾巴位于框架底部。吸附履带由电极、PVC薄膜和ERG电流变胶组成。正负电极间隔分布在PVC薄膜上，ERG电流变胶分布在电极和PVC薄膜上。控制结构是无线控制电路。电源由电池组和DC-DC电压转换器组成。该爬壁机器人利用改进的电控吸附技术，它结合了 ERG电流变胶的电流变特性。 利用该技术制作的吸附履带对墙面具有更大的吸附力，能够更好地适应不同材料墙面，且具有一定的自清洁功能。在图1中，当吸附履带没有外加电场时，吸附履带对墙面没有吸附力。当外加高电压(1.5KV-5KV)时，间隔分布的正负电极在墙面上感应出与电极相对且极性相反的感应电荷，正负电极上的电荷和墙面上的感应电荷相互吸引，使吸附履带对墙面有一定吸附力；同时ERG电流变胶在外加强电场的作用下，发生电流变效应，电流变微粒收缩进ERG电流变胶内，增大了 ERG电流变胶和墙面的接触面积，从而，吸附履带就更好地吸附在墙面上，并且支撑爬壁机器人在墙面上移动。同时，接触面上突出的电流变微粒还能保护接触面不受灰尘、细小颗粒等杂物的污染，从而实现接触面的自清洁功能。本发明的有益效果是可以攀爬各种材料面墙，能耗低，不受墙面粗糙度和杂质影响。
图1是本发明吸附履带原理示意图。图2是本发明爬壁机器人正视图。图3是本发明爬壁机器人侧视图。图4是本发明爬壁吸附履带正视图。图中1.PVC薄膜，2. ERG电流变胶，3.材料面，4.电极，5.导电被动轮，6.吸附履带，7.框架，8.主动轮，9.电源和控制电路，10.平衡尾巴。
具体实施例方式以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。参考图1和图4，为吸附履带6的结构示意图，将电极4间隔分布在在PVC薄膜1 上，然后，在PVC薄膜1和电极4上均勻涂上ERG电流变胶2，制成所需要的吸附履带。在图 1中，当电极4上没有加高电压例如直流1. 5KV-5KV时，吸附履带对材料面3没有吸附力。 当外加高电压时，间隔分布的正负电极4在材料面3上感应出与电极4相对且极性相反的感应电荷。电极4上的电荷和材料面3上的感应电荷相互吸引，使吸附履带对材料面3有一定吸附力；同时ERG电流变胶2在外加强电场的作用下，发生电流变效应，电流变微粒收缩进ERG电流变胶2内，增大了 ERG电流变胶2和材料面3的接触面积，从而对材料面3产生吸附力。从而，吸附履带6就能更好地吸附在墙面上。优选的实施例，PVC薄膜1厚度为0. Olmm-O. 5mm,典型值0. 02mm。电极4可以采用金属箔、导电高分子材料或者由涂炭技术制成的柔性电极。电极4厚度为0. Olmm-O. 5mm, 典型值0. Olmm ；电极4宽度0. 5mm-100mm,典型值12mm。电极4间距0. 5mm-15mm,典型值 8mm。ERG电流变胶2通常由高弹性绝缘胶和高介电常数的不导电微粒例如，采用硅胶及高介电常数的TiO2在强电场0. 5-5KV/cm，典型值为1. 5KV/cm下混合制成，制作方法为现有技术，本发明对此不做限定。图2和图3，分别为本发明爬壁机器人正视图和侧视图，爬壁机器人包括导电被动轮5、吸附履带6、主动轮8、电源和控制电路9、平衡尾巴10。导电被动轮5和主动轮8平行固定在框架7上，导电被动轮5和主动轮8可绕轴转动，吸附履带6形成闭合圆周，张拉在导电被动轮5和主动轮8上，导电被动轮5向吸附履带提供电力例如直流1. 5KV-5KV，主动轮8用于带动所述吸附履带6转动。电源和控制电路9接通高电压，吸附履带6通过与导电被动轮5左右两端的导电电极接触获得电源电压，在强电压例如直流1. 5KV-5KV的作用下，吸附履带6对墙面产生一定的吸附力，当控制电路9收到遥控信号，主动轮8在舵机链条传动下，主动轮8转动，驱动吸附履带6，使该爬壁机器人可以在墙面上向前或向后移动。平衡尾巴10用来抵抗爬壁机器人在竖直面内移动过程中产生的剥离力。物体在竖直面上运动时，由于自身的质心往往不在竖直面内，在重力的作用，会产生一个脱离墙面的动量，采用平衡尾巴可以进一步的降低这种不利的影响，使机器人在平面上吸附的更可罪。应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种基于改进的柔性电控吸附技术的爬壁机器人，其特征在于，包括导电被动轮、吸附履带、主动轮。导电被动轮和主动轮平行固定在框架上，导电被动轮和主动轮可绕轴转动，吸附履带形成闭合圆周，张拉在导电被动轮和主动轮上，导电被动轮向吸附履带提供电力，主动轮用于带动所述吸附履带转动。
2.根据权利要求1所述的爬壁机器人，其特征在于，所述吸附履带包括电极、ERG电流变胶和PVC薄膜；将电极间隔分布在PVC薄膜上，在PVC薄膜和电极上均勻涂上ERG电流变胶，制成所需要的吸附履带，使用时，在所述电极上施加高电压。
3.根据权利要求2所述的爬壁机器人，其特征在于，所述电极上施加的高电压为 1.5KV-5KV0
4.根据权利要求2所述的爬壁机器人，其特征在于，所述PVC薄膜厚度为 0. Olmm-O. 5mm ；电极厚度为 0. Olmm-O. 5mm 电极宽度 0. 5mm-IOOmm ；电极间距 0. 5mm-15mm。
5.根据权利要求2所述的爬壁机器人，其特征在于，所述PVC薄膜厚度为0.02mm ；电极厚度为0. Olmm ；电极宽度为12mm ；电极间距为8mm。
6.根据权利要求1至5任一所述的爬壁机器人，其特征在于，还包括两个平衡尾巴。
全文摘要
本发明公开了一种基于改进的柔性电控吸附技术的爬壁机器人，包括导电被动轮、吸附履带、主动轮。导电被动轮和主动轮平行固定在框架上，导电被动轮和主动轮可绕轴转动，吸附履带形成闭合圆周，张拉在导电被动轮和主动轮上，导电被动轮向吸附履带提供电力，主动轮用于带动所述吸附履带转动。该爬壁机器人能够在不同材料和不同粗糙度的垂直墙面上移动。
文档编号B62D57/024GK102416985SQ20111031394
公开日2012年4月18日 申请日期2011年10月17日 优先权日2011年10月17日
发明者代光辉, 刘杰, 安小宇, 崔光照, 曹玲芝, 杜保强, 梁可可, 王斌, 过金超, 郑安平 申请人:郑州轻工业学院