一种负压型爬壁机器人的负压自适应调节装置的制作方法

本发明属于机器人技术和自动化控制领域，特别是一种使用在爬壁机器人上的，能够自适应吸附力的装置。

背景技术：

随着现代科技的发展，在多种领域，如反恐侦查、高层建筑检测，壁面清洗等都需要能实现爬壁功能的机器人。这种机器人可以自由在各种角度的墙壁上行进，同时携带多种传感器完成任务。

目前从已有的负压爬壁机器人实物、见刊的资料以及相关专利资料查明，负压式爬壁机器人只是简单的通过一个离心空气泵，在机器人运动过程中，以恒定的转速工作；在爬壁机器人负压腔密闭效果恒定的情况下，提供恒定的吸附力，而运动系统驱动力只要克服该恒定压力作用下的摩擦力和机器人重力等影响，就可以实现在垂直墙面上的自由运动。

但是，在实际的攀爬过程中，由于墙面粗糙度、裂纹、颗粒障碍等因素的影响，爬壁机器人的负压腔不可能做到密闭效果恒定，所以，在爬壁机器人运动的过程中，机器人承受的压力是变化的，为了达到始终能将机器人牢牢压在墙面上，所以，设计人员往往使用功率大的离心泵，高速运行，以提供能应付最坏情况的压力。由此导致的时候，在普通情况下，爬壁机器人也承受着过大的吸附压力，这种过大的吸附压力直接导致的是需要与之对应的过大的运动驱动力，这种野蛮的设计将导致系统能耗非常大，爬壁机器人携带的电池电量有限，工作时间较短。如果增大机器人的电池电量，势必会增加电池的重量，导致整个机器人的重量上升，则又必须继续增大离心泵的功率，成为一个设计的死循环。

申请号为200610151073.6的中国专利公开了一种基于负压吸附原理的小型爬壁机器人;该机器人采用密封裙密封方式，难于实现自助姿态转换功能。申请号为01138618. 5的中国专利公布了一种履带式多吸盘爬壁机器人的实现方法，该机器人体积较大，结构复杂;CN97121896公开了一种“爬壁机器人”，所述的机器人利用螺旋桨或涵道风扇在动力驱动下产生指向壁面的推力，使机器人贴于壁面;这种爬壁方式的效率较低，因而应用大受限制。

总之，现有的爬壁机器人耗能高、爬壁效率低，稳定性差，可用性不高。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种负压型爬壁机器人的负压自适应调节装置，为负压式爬壁机器人在不同的吸附环境下，对应不同密闭条件下，为机器人提供较为稳定的、够用的、合适的吸附力，通过这种自适应调节措施，节省机器人的能耗。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括机器人外壁1、密封垫2、驱动装置3、离心风机4，机器人外壁上设有开口，使机器人外壁与机器人工作平面形成负压腔5，机器人上设有驱动装置，驱动装置上安装压力传感器31，离心风机安装在机器人外壁上，通过离心风机工作，调节出气道的气体抽出量与墙面接触面缝隙进气道的气体摄入量的比例，减少机器人内压力。

本发明也可包括机器人外壁1、密封垫2、驱动装置3、离心风机4，机器人外壁上设有开口，使机器人外壁与机器人工作平面形成负压腔5，机器人上设有气压自动调节阀11，气压自动调节阀安装在机器人外壁上，机器人内部压力过大时，气压调节阀门在压力的作用下打开，让外界气流缓缓流入腔内，即通过阀门增加腔体的气体进气量，调节腔体内的气压，从而调节腔体所受到的大气压力。

本发明的机器人外壁1包括侧壁、底壁，机器人的侧壁端面上安装有密封垫，减少机器人工作接触平面缝隙，使机器人内形成一个密闭环境。

本发明的驱动装置上安装压力传感器，压力传感器一端与驱动装置连接，另一端与离心风机连接，读取压力传感器的测量值，调节离心泵风机的转速。

本发明的气压自动调节阀包括自动阀壳体、密封球、弹簧，所述自动阀壳体一端设有与自动阀壳体口相匹配的密封球，自动阀壳体内固定连接弹簧，弹簧另一端连接密封球，爬壁机器人压力过大，密封球在压力的作用下打开，让外界气流缓缓流入腔内，调节腔体内的气压，从而调节腔体所受到的大气压力，爬壁机器人压力减小后，密封球在弹簧的作用下闭合，使机器人内形成一个密闭空间。

电控闭环控制方法：

在机器人的轮系上安装压力传感器，通过离心风机驱动器上的处理器实时读取压力传感器的测量值，通过软件计算压力，实时地、缓慢地调节离心泵风机的转速，即调节出气道的气体抽出量与墙面接触面缝隙进气道的气体摄入量的比例，从而达到调节负压腔负压的大小的目的。

机械压力自动调节阀

在爬壁机器人的负压腔处安装一种机械气压自动调节阀门，在负压腔压力超过限定值时，即爬壁机器人压力过大，气压调节阀门在压力的作用下打开，让外界气流缓缓流入腔内，即通过阀门增加腔体的气体进气量，调节腔体内的气压，从而调节腔体所受到的大气压力。

本发明的有益效果是：通过闭环反馈控制方式使得爬壁机器人在墙面光滑的情况下，减小离心泵风机的转速，减小爬壁机器人的接触压力，进而减小运动控制的驱动动力，从而达到减少能耗的作用；在情况恶劣的粗糙墙面上，可根据实时的压力数值，迅速的补充由于墙面间隙不均匀导致局部区域进气量增加的现象，及时提高风机转速，加大出气量，保持压力平衡，从而防止爬壁机器人因为瞬间压力不足从墙壁上掉下来的现象发生；通过气压自动调节阀保持腔内气压的相对稳定，可靠性高，系统结构简单，自动摄入一定的空气，减少爬壁机器人压力，从而减少运动驱动力，可以节约运动驱动能耗。它主要是应用于爬壁机器人。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的结构示意图；

图3是本发明气压自动调节阀的结构示意图；

图4是本发明气压自动调节阀的工作状态图。

图中：1-机器人外壁、2-密封垫、3-驱动装置、4-离心风机、5-负压腔、31-压力传感器、11-气压自动调节阀。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例1，参阅图1至图4，本发明包括机器人外壁1、密封垫2、驱动装置3、离心风机4，机器人外壁上设有开口，使机器人外壁与机器人工作平面形成负压腔5，机器人上设有驱动装置，驱动装置上安装压力传感器31，离心风机安装在机器人外壁上，通过离心风机工作，调节出气道的气体抽出量与墙面接触面缝隙进气道的气体摄入量的比例，减少机器人内压力。

实施例2，参阅图1至图4，本发明也可包括机器人外壁1、密封垫2、驱动装置3、离心风机4，机器人外壁上设有开口，使机器人外壁与机器人工作平面形成负压腔5，机器人上设有气压自动调节阀11，气压自动调节阀安装在机器人外壁上，机器人内部压力过大时，气压调节阀门在压力的作用下打开，让外界气流缓缓流入腔内，即通过阀门增加腔体的气体进气量，调节腔体内的气压，从而调节腔体所受到的大气压力。其余同本发明的其它任一实施例或2个以上实施例的组合。

实施例3，参阅图1至图4，本发明的机器人外壁1包括侧壁、底壁，机器人的侧壁端面上安装有密封垫，减少机器人工作接触平面缝隙，使机器人内形成一个密闭环境。其余同本发明的其它任一实施例或2个以上实施例的组合。

实施例4，参阅图1至图4，本发明的驱动装置上安装压力传感器，压力传感器一端与驱动装置连接，另一端与离心风机连接，读取压力传感器的测量值，调节离心泵风机的转速。其余同本发明的其它任一实施例或2个以上实施例的组合。

实施例5，参阅图1至图4，本发明的气压自动调节阀包括自动阀壳体、密封球、弹簧，所述自动阀壳体一端设有与自动阀壳体口相匹配的密封球，自动阀壳体内固定连接弹簧，弹簧另一端连接密封球，爬壁机器人压力过大，密封球在压力的作用下打开，让外界气流缓缓流入腔内，调节腔体内的气压，从而调节腔体所受到的大气压力，爬壁机器人压力减小后，密封球在弹簧的作用下闭合，使机器人内形成一个密闭空间。其余同本发明的其它任一实施例或2个以上实施例的组合。

实施例6，参阅图1至图4，本发明方案将压力传感器安装在驱动轮的受理轴上，通过测量驱动轮轴的压力获得负压腔对墙面的压力，离心机驱动器实时采集到压力传感器的数值，通过预先标定的数值和理论计算，得到当前时刻合适的风机转速，然后实时给出离心风机对应的驱动电流或驱动电压。其余同本发明的其它任一实施例或2个以上实施例的组合。

实施例7，参阅图1至图4，本发明方案在机器人负压腔上设置一个调节阀，包括安装密封圈和自动阀。自动阀由壳体、拉力弹簧、弹簧固定架、以及密封球组成，当负压腔负压力大于固定阈值时，密封球被拉力弹簧牢牢拉紧，堵塞进气道，空气不能从外侧进入负压腔。当负压腔内负压逐渐增大，直至大于拉力弹簧的拉力时，密封球被大气压力下压，弹簧被拉伸，密封球不能完全密封，自动阀打开，外侧大气进入负压腔，当负压腔负压力由于外侧空气进入，负压力减少，低于负压阈值时，密封球被拉力弹簧再次拉入自动阀壳体，自动阀关闭。其余同本发明的其它任一实施例或2个以上实施例的组合。