專利名稱：新型爬壁機器人機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及移動機器人機構(gòu)，具體地說是一種基于行星輪系及雙 足真空吸附原理設(shè)計的新型爬壁機器人機構(gòu)。
技術(shù)背景在現(xiàn)有技術(shù)的微小型爬壁機器人機構(gòu)中，大部分釆用腿足式的移動機構(gòu)(文獻1 : S.W.Ryu , J丄Park,S.M.Ryew, H.R.Choi ， Self-contained Wall-climbing Robot with Closed Link Mechanism, IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems; 文獻2: Satya RKrosuri and Mark A.Minor, A Multifunctional Hybrid Hip Joint for Improved Adaptability in Miniature Climbing Robots),或者釆用由多個單元模塊組成的可重構(gòu)機構(gòu)(文獻3: Mark Yim， David G.Duff, Kimon D.Roufas， Walk on a Wild Side, IEEE Robotics & Automation Magazine Dec 2002 )，吸附方式多采用負壓吸附(文獻3:爬壁機器人技術(shù)的應(yīng)用，劉淑霞，王炎，徐殿國，趙言正，Vol.21 No.2 1999)這些機構(gòu)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、重量大、功耗多而且綜合運動性能(機 動性、穩(wěn)定性及越障能力)較差，因此，難以應(yīng)用于實際的應(yīng)用作業(yè)中。 實用新型內(nèi)容為了克服上述移動機構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、重量大、功耗多而且運動性能較差 之不足，本實用新型提出一種微小型輪足復(fù)合式新型爬壁機器人機構(gòu)，該 機構(gòu)有機地結(jié)合了輪式機構(gòu)運動速度快和足式機構(gòu)越障能力強的優(yōu)點，實 現(xiàn)了移動速度快、重量輕、能耗低且運動能力強的目標。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術(shù)方案包括本體、連桿和吸盤足； 其中所述本體為兩個，每一個分別與吸盤足相連接，兩個本體之間采用旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)通過連桿連接，實現(xiàn)兩個本體的相對滾動；其一個本體還設(shè)有由電機驅(qū)動的、垂直設(shè)置的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，另一本體還設(shè)有由電機驅(qū)動的垂直設(shè)置移動 關(guān)節(jié)和垂直設(shè)置旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，實現(xiàn)機器人機構(gòu)整體的原地轉(zhuǎn)動和吸盤足的縮放；或另一本體設(shè)有兩個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)， 一個垂直設(shè)置、另一個水平設(shè)置，實現(xiàn) 兩個本體的機構(gòu)整體的原地旋轉(zhuǎn)與姿態(tài)調(diào)整；通過兩個本體的相對滾動和兩 個吸盤足的交替吸附與釋放實現(xiàn)機器人的移動與姿態(tài)調(diào)整；本實用新型與連桿連接的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)中的一個由電機驅(qū)動；所述本體為 表面加工有齒的半圓柱結(jié)構(gòu)；在所述連桿上加一個第二移動關(guān)節(jié)，水平設(shè)置，與連桿同方向。本實用新型機構(gòu)基于行星輪系及雙足真空吸附原理，釆用連續(xù)移動與 蠕動爬行相結(jié)合的工作方式。具有在水平、垂直和傾斜壁面爬行的功能， 另外還具有跨越交叉壁面的能力。本實用新型具有如下優(yōu)點1. 本實用新型有機地結(jié)合了輪式機構(gòu)和足式機構(gòu)各自的優(yōu)點，實現(xiàn)了 移動速度快、越障能力強的目標，機構(gòu)具有較好的運動特性。2. 兩半圓柱本體中的運動關(guān)節(jié)釆用非對稱設(shè)計，將運動與姿態(tài)調(diào)整復(fù) 合，減少了運動關(guān)節(jié)數(shù)，結(jié)構(gòu)緊湊。3. 運動靈活。兩個吸盤足各有一個鉛垂向旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，可以實現(xiàn)機器人快速、靈活的原地旋轉(zhuǎn)。4. 重量輕、能耗低。本實用新型釆用了運動與調(diào)姿的復(fù)合，所以減少了驅(qū)動電機的數(shù)量，降低了能耗。5. 應(yīng)用范圍廣。本實用新型可以作為反恐偵查及壁面檢測的機器人移 動機構(gòu)。


圖l為本實用新型機構(gòu)示意圖。圖2a為直線行走過程示意圖(第二吸盤足5吸附工作壁面)。 圖2b為直線行走過程示意圖(驅(qū)動電機帶動連桿3旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)第一本 體1繞第二本體2的滾動)圖2c為直線行走過程示意圖(連桿3轉(zhuǎn)動到180度后)圖3a-l為原地旋轉(zhuǎn)過程示意圖(抬起被釋放的第二吸盤足情況俯視圖)。圖3a-2為原地旋轉(zhuǎn)過程示意圖(抬起被釋放的第二吸盤足情況主視圖)。圖3 b為原地旋轉(zhuǎn)過程示意圖(實現(xiàn)機構(gòu)的原地轉(zhuǎn)動情況)圖3c-l為原地旋轉(zhuǎn)過程示意圖(機構(gòu)旋轉(zhuǎn)至目標位置狀態(tài)圖)。圖3c-2為原地旋轉(zhuǎn)過程示意圖(機構(gòu)旋轉(zhuǎn)至目標位置后落下狀態(tài)圖)。圖4a為調(diào)節(jié)步距過程示意圖(起始狀態(tài))。圖4b為調(diào)節(jié)步距過程示意剛以第一吸盤足為支撐,實現(xiàn)機構(gòu)的旋轉(zhuǎn))。 圖4c為調(diào)節(jié)步距過程示意圖(轉(zhuǎn)動至目標位置后釋放第一吸盤足，吸 附第二吸盤足)。圖4d為調(diào)節(jié)步距過程示意圖(以第二吸盤足為支撐,實現(xiàn)機構(gòu)的旋轉(zhuǎn))。 圖4e為調(diào)節(jié)步距過程示意圖(轉(zhuǎn)動至目標位置后的情況)。 圖5a為交叉壁面跨越過程示意圖(機構(gòu)運動步驟l)。圖5b為交叉壁面跨越過程示意圖(機構(gòu)運動步驟2)。圖5c為交叉壁面跨越過程示意圖(機構(gòu)運動步驟3)。 圖5d為交叉壁面跨越過程示意圖(機構(gòu)運動步驟4)。 圖5e為交叉壁面跨越過程示意圖(機構(gòu)運動步驟5)。 圖6為本實用新型另 一實施例機構(gòu)示意圖。 圖7為本實用新型又一實施例機構(gòu)示意圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步詳細說明。 實施例1如圖1所示，本實用新型機械結(jié)構(gòu)由第一本體l、第二本體2、連桿3、 與真空泵相連的第一吸盤足4及第二吸盤足5組成，其中第一本體l和 第二本體2通過第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)7和第四旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)10由連桿3連接，第一吸 盤足4通過第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)6 (垂直設(shè)置)與第一本體l相連，第二吸盤足5 通過相互串聯(lián)的第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)8 (垂直設(shè)置)和第一移動關(guān)節(jié)9 (垂直設(shè)置) 與第二本體2相連；第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)6、第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)7、第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)8、 第一移動關(guān)節(jié)9分別與電機驅(qū)動相連接。本實用新型機構(gòu)具有四個自由度，第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)6、第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)7、 第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)8、第一移動關(guān)節(jié)9分別由四個電機驅(qū)動，可實現(xiàn)二維平動和 二維轉(zhuǎn)動，即實現(xiàn)水平相對轉(zhuǎn)動、俯仰、原地旋轉(zhuǎn)及第二吸盤足5的伸縮 移動。第四旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)IO為被動關(guān)節(jié)，與第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)7存在1: 1的耦合 關(guān)系。第一吸盤足4和第二吸盤足5釆用真空吸附方式，利用真空泵和排氣 閥實現(xiàn)吸盤足的吸附與釋放。本實用新型機構(gòu)可在水平、垂直或傾斜壁面爬行。本實用新型機構(gòu)的單步行走如圖2所示，其中有陰影填充部分代表第 二吸盤足5。如圖2a，第二吸盤足5吸附工作壁面，釋放第一吸盤足4。如 圖2b，驅(qū)動電機帶動連桿3旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)第一本體l繞第二本體2的滾動， 如圖2c，當連桿3轉(zhuǎn)動到180度后，吸附第一吸盤足4，同時釋放第二吸 盤足5。通過本體的相互滾動和吸盤足的交替吸附與釋放實現(xiàn)壁面移動，單 步的步距為半圓柱本體的直徑。接著吸附第一吸盤足4，重復(fù)上述動作，就 可以實現(xiàn)機器人在水平或垂直壁面的連續(xù)運動。本實用新型機構(gòu)的原地轉(zhuǎn)彎運動過程圖示中有陰影填充的代表第一吸 盤足4。如圖3a-l、 3a-2所示，吸附第一吸盤足4，釋放第二吸盤足5，為 避免被釋放的吸盤足與壁面發(fā)生摩擦，抬起被釋放的第二吸盤足5;所圖 3b示，通過電機驅(qū)動第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)6實現(xiàn)機構(gòu)的原地轉(zhuǎn)動；圖3c-l、 3c-2示，在機構(gòu)旋轉(zhuǎn)至目標位置后，落下第二吸盤足5。本實用新型機構(gòu)通過 第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)8，也可以同樣實現(xiàn)機構(gòu)的原地轉(zhuǎn)向運動。本實用新型明機構(gòu)通過三次原地旋轉(zhuǎn)運動，實現(xiàn)步距小于半圓柱體直徑的單步直線運動，其陰影部分代表處于吸附狀態(tài)的吸盤足。如圖4a所示， 吸附第一吸盤足4，釋放第二吸盤足5;如圖4b所示，以第一吸盤足4為支 撐，實現(xiàn)機構(gòu)的一定角度旋轉(zhuǎn)；如圖4c所示，轉(zhuǎn)動至目標位置后，釋放第 一吸盤足4，吸附第二吸盤足5;如圖4d所示，以第二吸盤足5為支撐，實 現(xiàn)機構(gòu)的一定角度旋轉(zhuǎn)；如圖4e所示，轉(zhuǎn)動至目標位置后，吸附第一吸盤 足4,釋放第二吸盤足5，以第一吸盤足4為支撐，機構(gòu)旋轉(zhuǎn)調(diào)整運動方向；本實用新型機構(gòu)可以跨越0度至180度之間的任意的內(nèi)角以及一定的 外角交叉壁面?，F(xiàn)僅以90度交叉壁面為例，說明實用新型機構(gòu)跨越交叉壁 面的過程，其陰影部分代表第一吸盤足4。如圖5a所示，首先本實用新型 機構(gòu)運動到交叉壁面合適的位置，釋放第二吸盤足5;如圖5b所示，電機 驅(qū)動連桿3使第二本體2的底面旋轉(zhuǎn)到交叉面2平行的位置；如圖5c所示， 伸長第二吸盤足5,吸附第二吸盤足5;如圖5d所示，收縮第二吸盤足5 至初始狀態(tài)，釋放第一吸盤足4;如圖5e所示，電機驅(qū)動連桿3使第一本 體l由交叉面l運動到交叉面2，吸附第一吸盤足4。實施例2如圖6所示，本實用新型機構(gòu)與實施例l不同之處為，第四旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) 11 (水平設(shè)置)代替移動關(guān)節(jié)9。與實例1相比，實施例2借助第四旋轉(zhuǎn)關(guān) 節(jié)11實現(xiàn)實用新型機構(gòu)交叉壁面的跨越。實施例3如圖7所示，本實用新型機構(gòu)與實施例l不同之處為，去掉第二吸盤 足5上的第四旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)10,在連桿上加一個第二移動關(guān)節(jié)12 (水平設(shè)置， 與連桿同方向)，實現(xiàn)兩個半圓柱體之間的相對移動。
權(quán)利要求1.一種新型爬壁機器人機構(gòu)，包括本體、連桿和吸盤足；其特征在于所述本體為兩個，每一個分別與吸盤足相連接，兩個本體之間采用旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、通過連桿連接；其中一個本體還設(shè)有由電機驅(qū)動的、垂直設(shè)置的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，另一本體還設(shè)有由電機驅(qū)動的垂直設(shè)置移動關(guān)節(jié)和垂直設(shè)置旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。
2. 按權(quán)利要求l所述新型爬壁機器人機構(gòu)，其特征在于所述另一本 體設(shè)有兩個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)， 一個垂直設(shè)置、另一個水平設(shè)置。
3. 按權(quán)利要求l或2所述新型爬壁機器人機構(gòu)，其特征在于與連桿連接的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)中的一個與電機相連。
4. 按權(quán)利要求l或2所述新型爬壁機器人機構(gòu)，其特征在于其中所 述本體為表面加工有齒的半圓柱結(jié)構(gòu)。
5. 按權(quán)利要求1或2所述新型爬壁機器人機構(gòu)，其特征在于在連桿 上加一個第二移動關(guān)節(jié)，水平設(shè)置，與連桿同方向。
專利摘要本實用新型涉及移動機器人機構(gòu)，具體地說是一種新型爬壁機器人機構(gòu)，包括本體、連桿和吸盤足，本體為兩個，每一個分別與吸盤足相連接，兩個本體之間采用旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、通過連桿連接，實現(xiàn)兩個本體的相對滾動；其中一個本體還設(shè)有由電機驅(qū)動的、垂直設(shè)置的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，另一本體還設(shè)有由電機驅(qū)動的垂直設(shè)置移動關(guān)節(jié)和垂直設(shè)置旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，實現(xiàn)機器人機構(gòu)整體的原地轉(zhuǎn)動和吸盤足的縮放；通過兩個本體的相對滾動和兩個吸盤足的交替吸附與釋放實現(xiàn)機器人的移動與姿態(tài)調(diào)整。本實用新型結(jié)合了輪式機構(gòu)運動速度快和足式機構(gòu)越障能力強的優(yōu)點，實現(xiàn)了移動速度快、重量輕、能耗低且運動能力強的目標。
文檔編號B62D57/024GK201105774SQ20072001548
公開日2008年8月27日 申請日期2007年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月24日
發(fā)明者劉愛華, 房立金, 景鳳仁, 王洪光 申請人:中國科學(xué)院沈陽自動化研究所