一种基于定轴轮系的机器人吸盘足结构的制作方法

本发明涉及机器人领域，尤其涉及吸盘和机器人领域中的一种基于定轴轮系的机器人吸盘足解结构。

背景技术：

吸盘足式的机器人，利用吸盘提供吸附力，或支持机器人本体，或提供工作用力。就像电影中的蜘蛛侠，这种机器人视高楼大厦如平地，自由行走。在现实生活中，吸盘足式的机器人可以在大楼玻璃面上行走，代替高空作业工人，完成擦玻璃的工作。或者在工厂内，某个机器出现了问题，人去排除故障很危险，由于角度刁钻，机械手也难以到位，这时吸盘足式的机器人就派上了用场，它可以攀上机器表面实时处理故障。甚至于在未来，可以用在军事上，突破人类难以越过的敌方的防线，成为战争中的奇兵利器。或者可以在未来从事表演类活动，为人类带来愉悦的审美体验。

目前国内外的对于机器人的吸盘足，可以分类如下：电磁式、真空式、范德华作用力式。三种吸盘各有优劣。真空式吸盘利用大气压压住吸盘提供吸力，具有适用性极广和对作用物的表面损害几乎为零的优点。但也有吸力有限，在非光滑平面工作面上难以行走的不足。克服这些缺点必定会使机器人工作能力大大增强。

机器人需要依靠吸盘足克服重力作用，实现飞檐走壁的功能。可以推论如下：理论上吸盘足必须要提供大于或等于重力当量的力。而从工程实际出发还要考虑气压、风、地球纬度等影响因素，所以要根据实际情况，选取合适的安全因数来计算吸盘足要提供的临界力。如果再考虑到机器人的工作载荷，那么吸盘足要提供的力可能就会更大。由上可见，吸盘足能提供的吸力越大，也就保证了吸盘足工作的可靠性，也保证了机器人的工作可靠性。

当普通吸盘遇到非光滑平面的工作表面，往往因为气体泄漏，而不能维持吸盘室内外的压力差。但这种粗糙的表面在机器人工作过程中却是常见的。这就限制了机器人工作的能力。如果能解决这个问题，必然能极大地拓展现在机器人的工作空间。本设计的吸盘足通过小吸盘作用在大吸盘上，使得大吸盘能够适应非光滑平面的工作面。

本设计的机器人吸盘足致力于提高吸盘足的吸力和对粗糙表面的适应性。

技术实现要素：

本发明的目的是提供应用于机器人领域的一种基于定轴轮系的机器人吸盘足结构，该发明可以使机器人工作于非光滑平面工作表面。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于定轴轮系的机器人吸盘足结构，包括大吸盘组、小吸盘组，其特征在于：所述的大吸盘组包括大吸盘(1)、上旋钮(15)、第一控制机构、大外壳(11)、中外壳(8)，所述的小吸盘组包括小吸盘(5)、下旋钮(14)、小外壳(3)、加持柱(7)、大齿轮(9)、小齿轮(10)、第二控制机构；其中，所述小吸盘组固定于大吸盘组的中外壳(8)内，所述大齿轮(9)设置在大外壳(11)与中外壳(8)之间；所述大吸盘组各部分的连接方式为：上旋钮(15)旋接在第一控制机构一端上，第一控制机构的另一端连接有大吸盘(1)，通过旋转上旋钮(15)带动第一控制机构直线运动，从而带动大吸盘(1)变形，所述的第一控制机构、上旋钮(15)、大吸盘(1)为同轴心连接；所述小吸盘组各部分的连接方式为：下旋钮(14)旋接在加持柱(7)上，加持柱(7)下端和大齿轮(9)连接，且和大齿轮(9)同轴心，从而带动大齿轮(9)转动，所述大齿轮(9)与小齿轮(10)相互啮合完成联动，所述小齿轮(10)与第二控制机构一端连接，第二控制机构的另一端与小吸盘(5)连接，通过小齿轮(10)的转动带动第二控制机构直线运动，从而带动小吸盘(5)的变形。

所述的第一控制机构包括大联结柱(12)、大拉柱(13)、大针棒、大限位环，所述大联结柱(12)下端通过大限位环安装在中外壳(8)上，大联结柱(12)中有沟槽，沟槽中设置有大拉柱(13)，大拉柱(13)上有开孔，大针棒穿过大拉柱(13)的开孔，一端与大限位环贴合，另一端与大拉柱(13)连接，大拉柱(13)另一端与大吸盘(1)连接；所述第二控制机构包括小拉柱(2)、小联结柱(4)、小针棒(6)、小限位环(16)，所述小联结柱(4)和所述小齿轮(10)连接，小联结柱(4)下端通过小限位环(16)安装在小外壳(3)上，小联结柱(4)中有沟槽，沟槽中设置有小拉柱(2)，小拉柱(2)上有开孔，小针棒(6)穿过小拉柱(2)的开孔，一端与小限位环(16)贴合，另一端与小拉柱(2)连接，小拉柱(2)另一端与小吸盘(5)连接。

所述大齿轮(9)与加持柱(7)的连接方式为同轴心键连接，所述小齿轮(10)与小联结柱(4)的连接方式为同轴心键连接。

所述小吸盘组中小吸盘(5)的布置方式为：n个小吸盘(5)以大吸盘(1)的圆心为中心，以其半径的四分之一到四分之三的任意值为半径等角度间隔分布。

所述小吸盘(5)的个数n取值范围为3～12。

所述大齿轮(9)、小齿轮(10)模数可为我国规定的标准模数系列表中的第一系列的任一值，压力角为20°，当模数小于1mm时，齿顶高系数为0.8，顶隙系数为0.35，当模数大于1mm时，齿顶高系数为1，顶隙系数为0.25。

一种基于定轴轮系的机器人吸盘足结构的工作过程如下：在平面上，顺时针旋转上旋钮(15)，上旋钮(15)带动大吸盘(1)的大联结柱(12)转动，大联结柱(12)通过控制机构使得大吸盘(1)变形上凸，大吸盘(1)产生吸附力。之后顺时针旋转下旋钮(14)，大吸盘(1)的加持柱(7)正转，大齿轮(9)、小齿轮(10)啮合传动，大齿轮(9)顺时针旋转，小齿轮(10)逆时针旋转，小齿轮(10)带动小吸盘(5)的小联结柱(4)转动，通过小吸盘组的控制机构使得小吸盘(5)作用在大吸盘(1)上，此时大吸盘(1)上凸，吸附力增大；在非光滑平面工作表面上，逆时针旋转下旋钮(14)，大吸盘(1)的加持柱(7)反转，大小齿轮啮合传动，大齿轮(9)逆时针旋转，小齿轮(10)顺时针旋转，小齿轮(10)带动小联结柱(4)转动，通过小吸盘组的控制机构使小吸盘(5)作用在大吸盘(1)上，使得大吸盘(1)下凹，紧紧贴住非光滑平面工作表面。之后顺时针转上旋钮(15)，上旋钮(15)带动大吸盘(1)的大联结柱(12)转动，大联结柱(12)通过大吸盘组的控制机构使得大吸盘(1)变形上凸，产生吸附力，于是大吸盘(1)就可以在非光滑平面的工作表面行走了。

本发明具有的有益效果是：利用真空度产生吸盘足的吸附力，不会对作用表面产生污染及损伤，本发明利用新结构可以使机器人在不规则的粗糙工作表面行走，提高了使用该吸盘足的机器人的适用范围，增强了机器人在粗糙工作表面的自适应性和吸附能力。本发明通过定轴轮系，使小吸盘作用在大吸盘上。控制小吸盘的工作状态，可以增大大吸盘的吸力或帮助大吸盘适应不规则粗糙的表面。由于结构上的创新使得作为机器人的足部的新吸盘足有着普通吸盘难以企及的优势。一种基于定轴轮系的机器人吸盘足结构，不仅让机器人能在陆地平面上移动，还确保其能在墙壁、玻璃表面、凹凸表面行走，尤其是遇到球面时也可以发挥作用，极大的拓宽了机器人的应用范围；同时该机器人吸盘足还可以提供更大的吸附力支持机器人工作，增大机器人工作的额定载荷，完成更多高难度的任务。

附图说明

图1是本发明一种基于定轴轮系的机器人吸盘足结构剖视图。

图2是本发明一种基于定轴轮系的机器人吸盘足结构中第二控制机构结构示意图。

其中：大吸盘：1、小拉柱：2、小外壳：3、小联结柱：4、小吸盘：5、小针棒：6、加持柱：7、中外壳：8、大齿轮：9、小齿轮：10、大外壳：11、大联结柱：12、大拉柱：13、下旋钮：14、上旋钮：15、小限位环：16。

具体实施方式

下面结合附图(图1中小吸盘个数n取值为6)，对本发明作进一步的说明。

如图1所示，一种基于定轴轮系的机器人吸盘足结构，包括大吸盘组、小吸盘组，所述的大吸盘组包括大吸盘1、上旋钮15、第一控制机构、大外壳11、中外壳8，所述的小吸盘组包括小吸盘5、下旋钮14、小外壳3、加持柱7、大齿轮9、小齿轮10、第二控制机构；其中，所述小吸盘组固定于大吸盘组的中外壳8内，所述大齿轮9设置在大外壳11与中外壳8之间；所述大吸盘组各部分的连接方式为：上旋钮15旋接在第一控制机构一端上，第一控制机构的另一端连接有大吸盘1，通过旋转上旋钮15带动第一控制机构直线运动，从而带动大吸盘1变形；所述小吸盘组各部分的连接方式为：下旋钮14旋接在加持柱7上，加持柱7下端和大齿轮9连接，连接方式为键连接，且和大齿轮9同轴心，从而带动大齿轮9转动，所述大齿轮9与小齿轮10相互啮合完成联动，所述小齿轮10与第二控制机构一端连接，第二控制机构的另一端与小吸盘5连接，通过小齿轮10的转动带动第二控制机构直线运动，从而带动小吸盘5的变形。

所述的第一控制机构包括大联结柱12、大拉柱13、大针棒、大限位环，所述大联结柱12下端通过大限位环安装在中外壳8上，大联结柱12中有沟槽，沟槽中设置有大拉柱13，大拉柱13上有开孔，大针棒穿过大拉柱13的开孔，一端与大限位环贴合，另一端与大拉柱13连接，大拉柱13另一端与大吸盘1连接；所述第二控制机构包括小拉柱2、小联结柱4、小针棒6、小限位环16，所述小联结柱4和所述小齿轮10连接在一起，连接方式为键连接，小联结柱4下端通过小限位环16安装在小外壳3上，小联结柱4中有沟槽，沟槽中设置有小拉柱2，小拉柱2上有开孔，小针棒6穿过小拉柱2的开孔，一端与小限位环16贴合，另一端与小拉柱2连接，小拉柱2另一端与小吸盘5连接。

其中，所述大齿轮9、小齿轮10的齿轮模数可为我国规定的标准模数系列表中的第一系列任一值，压力角为20°，当模数小于1mm时，齿顶高系数为0.8，顶隙系数为0.35，当模数大于1mm时，齿顶高系数为1，顶隙系数为0.25。

小吸盘组的布置方式为n个小吸盘5以大吸盘1的圆心为中心，以其半径的四分之一到四分之三的任意值为半径等角度间隔分布，小吸盘的个数n，n取值范围为3～12。

如图2所示，一种基于定轴轮系的机器人吸盘足中第二控制机构示意图，所述第二控制机构包括小齿轮、小拉柱2、小联结柱4、小限位环16、小针棒6、小外壳3、小吸盘。第二控制机构的作用为：把小吸盘组中小联结柱4的旋转运动变为小吸盘的直线运动。具体运动过程如下：小针棒6穿过小拉柱2的孔，表面的一部分贴在小限位环16的表面，小针棒6的两端端部插在小吸盘组的小联结柱4的针槽内，小联结柱4被小齿轮带动旋转时，小联结柱4带动小针棒6转动，小限位环16的形状约束了小针棒6的运动轨迹，小针棒6只能螺旋上升或下降。小针棒6带动小拉柱2运动，而小拉柱2和小吸盘相连，小拉柱2把小针棒6的螺旋运动分解为旋转和直线运动，带动小吸盘的中心部分直线运动，从而控制小吸盘的变形。

第一控制机构原理和第二控制机构原理相同。

如图1、图2所示，一种基于定轴轮系的机器人吸盘足的工作过程如下：

在光滑平面上，顺时针旋转上旋钮15，上旋钮15带动大吸盘组的大联结柱12转动，大联结柱12通过控制机构使得大吸盘1变形上凸，大吸盘1产生吸附力。之后顺时针旋转下旋钮14，大吸盘的加持柱7正转，大齿轮9、小齿轮10啮合传动，大齿轮9顺时针旋转，小齿轮10逆时针旋转，小齿轮10带动小吸盘组的小联结柱4转动，通过控制机构使得小吸盘5作用在大吸盘1上，此时大吸盘1上凸，大吸盘吸附力增大。

在非光滑平面工作表面上，逆时针旋转下旋钮14，大吸盘组的加持柱7反转，大齿轮9、小齿轮10啮合传动，大齿轮9逆时针旋转，小齿轮10顺时针旋转，小齿轮10带动小联结柱4转动，通过小吸盘组的控制机构使小吸盘5作用在大吸盘1上，使得大吸盘1下凹，紧紧贴住非光滑平面工作表面；顺时针转上旋钮15，上旋钮15带动大吸盘组的大联结柱12转动，大联结柱12通过控制机构使得大吸盘1变形上凸，大吸盘1产生吸附力，于是该装置就在非光滑平面工作表面工作了。

本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。