一種爬壁機(jī)器人的負(fù)壓吸附式雙足的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種爬壁機(jī)器人的負(fù)壓吸附式雙足。采用兩個足部模塊固定在同軸線上，運(yùn)動時后足直接從前足上方跨越，吸附在壁面上變?yōu)榍白?，周轉(zhuǎn)運(yùn)動單步跨越距離大，運(yùn)動靈活。機(jī)器人大腿關(guān)節(jié)電機(jī)位于大腿連桿的下方,兩個大腿桿與兩個大腿關(guān)節(jié)電機(jī)連接，兩個大腿桿另一端分別與兩個空腔足上部的踝關(guān)節(jié)電機(jī)連接?？涨蛔惆?xì)?nèi)側(cè)鑲嵌有密封墊圈,底部凹腔內(nèi)有氣嘴，空腔足上部有真空泵并通過三通接頭與氣嘴連接，三通接頭另一端與進(jìn)氣閥連接，踝關(guān)節(jié)電機(jī)與足部轉(zhuǎn)向電機(jī)固連，足部轉(zhuǎn)向電機(jī)與空腔足殼連接。機(jī)器人在運(yùn)動時，單步跨越距離大于兩倍空腔足殼的長度，機(jī)器人通過控制大腿連桿的周轉(zhuǎn)運(yùn)動達(dá)到降低運(yùn)動腿對整個機(jī)器人的力矩。
【專利說明】一種爬壁機(jī)器人的負(fù)壓吸附式雙足
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)器人【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說，涉及一種爬壁機(jī)器人的負(fù)壓吸附式雙足。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著機(jī)器人技術(shù)的不斷成熟，爬壁機(jī)器人作為特種機(jī)器人的分支，有著非常廣闊的應(yīng)用前景。常見的爬壁機(jī)器人運(yùn)動方式有履帶式、輪式和關(guān)節(jié)足式，關(guān)節(jié)足式爬壁機(jī)器人的關(guān)節(jié)足又分為雙足式和多足式。關(guān)節(jié)足式克服了輪式和履帶式爬壁機(jī)器人運(yùn)動方式單一、越障困難的缺點(diǎn)，同時關(guān)節(jié)足式機(jī)器人自由度靈活，適用于環(huán)境復(fù)雜的壁面。但是，目前的關(guān)節(jié)足式負(fù)壓爬壁機(jī)器人存在移動速度慢、單步跨度小、步態(tài)復(fù)雜、越障時傾覆力矩大的缺陷，與工程實(shí)際應(yīng)用需求之間差距較大。發(fā)明專利CN201010102133.1中公開了一種六足仿生爬壁機(jī)器人，六足仿生爬壁機(jī)器人通過六個電機(jī)帶動連桿分別控制六個足部有規(guī)律的運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)壁面上的攀爬。但是該爬壁機(jī)器人的足部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，在攀爬移動時步態(tài)較慢，單步步態(tài)周期下行走距離有限，越障功能較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了避免現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提出一種爬壁機(jī)器人的負(fù)壓吸附式雙足，機(jī)器人通過控制大腿連桿的周轉(zhuǎn)運(yùn)動達(dá)到降低運(yùn)動腿對整個機(jī)器人的力矩；機(jī)器人采用兩個足部模塊位于同一軸線上，運(yùn)動時后足直接從前足上方跨過，吸附在壁面變?yōu)榍白悖瑔尾娇缭骄嚯x大，運(yùn)動靈活性強(qiáng)，越障時傾覆力矩小。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:包括空腔足、密封墊圈、真空泵、進(jìn)氣閥、三通接頭、足部轉(zhuǎn)向電機(jī)、踝關(guān)節(jié)電機(jī)、大腿桿、大腿關(guān)節(jié)電機(jī)、大腿連桿，所述大腿關(guān)節(jié)電機(jī)固定在大腿連桿的下面，兩個大腿關(guān)節(jié)電機(jī)位于同一軸線安裝，兩個大腿桿一端分別與兩個大腿關(guān)節(jié)電機(jī)輸出軸連接，兩個大腿桿另一端分別與兩個空腔足上部的踝關(guān)節(jié)電機(jī)輸出軸連接；所述空腔足為橢圓形凹?xì)そY(jié)構(gòu)，密封墊圈鑲嵌在空腔足凹?xì)?nèi)側(cè)，空腔足凹?xì)?nèi)有氣嘴，空腔足上部有真空泵，真空泵通過三通接頭與進(jìn)氣閥連接，三通接頭另一端口與空腔足凹?xì)?nèi)的氣嘴連接，踝關(guān)節(jié)電機(jī)與足部轉(zhuǎn)向電機(jī)連接，足部轉(zhuǎn)向電機(jī)與空腔足固連；機(jī)器人在步行時后足直接從前足上方跨過吸附在壁面變?yōu)榍白?，機(jī)器人單步跨越距離大于兩倍空腔足長度，并且通過控制大腿連桿的周轉(zhuǎn)運(yùn)動降低運(yùn)動腿對整個機(jī)器人的力矩；機(jī)器人在越障過程時大腿連桿進(jìn)行周轉(zhuǎn)運(yùn)動，通過與吸附在壁面的空腔足同側(cè)的大腿關(guān)節(jié)電機(jī)控制周轉(zhuǎn)姿態(tài)，另一個大腿關(guān)節(jié)電機(jī)帶動大腿桿及空腔足與大腿連桿進(jìn)行相對轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人越障功能。
[0005]有益效果
[0006]本發(fā)明提出的一種爬壁機(jī)器人的負(fù)壓吸附式雙足，采用兩個足部模塊固定在同一軸線上，運(yùn)動時后足直接從前足上方跨過吸附在壁面上變?yōu)榍白?，周轉(zhuǎn)運(yùn)動單步跨越距離大，運(yùn)動靈活性強(qiáng)，越障時傾覆力矩小。機(jī)器人大腿關(guān)節(jié)電機(jī)位于大腿連桿的下方，兩個大腿關(guān)節(jié)電機(jī)同軸安裝，兩個大腿桿一端分別與兩個大腿關(guān)節(jié)電機(jī)輸出軸連接，兩個大腿桿另一端分別與兩個空腔足上部的踝關(guān)節(jié)電機(jī)輸出軸連接?？涨蛔銥闄E圓形凹?xì)そY(jié)構(gòu)，密封墊圈鑲嵌在空腔足凹?xì)?nèi)側(cè)，空腔足凹腔內(nèi)有氣嘴，空腔足上部固定有真空泵，真空泵通過三通接頭與進(jìn)氣閥連接，三通接頭另一端口與空腔足凹?xì)?nèi)的氣嘴連接，踝關(guān)節(jié)電機(jī)與足部轉(zhuǎn)向電機(jī)連接，足部轉(zhuǎn)向電機(jī)與空腔足固連。機(jī)器人在運(yùn)動時，單步跨越距離大于兩倍空腔足殼長度，實(shí)現(xiàn)面面轉(zhuǎn)換和跨越障礙溝槽，機(jī)器人通過控制大腿連桿的周轉(zhuǎn)運(yùn)動達(dá)到降低運(yùn)動腿對整個機(jī)器人的力矩。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對本發(fā)明一種爬壁機(jī)器人的負(fù)壓吸附式雙足作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0008]圖1為本發(fā)明爬壁機(jī)器人的負(fù)壓吸附式雙足示意圖。
[0009]圖2為本發(fā)明爬壁機(jī)器人的負(fù)壓吸附式雙足主視圖。
[0010]圖3為本發(fā)明的足部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖4為本發(fā)明的大腿連桿結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖5為本發(fā)明爬壁機(jī)器人的負(fù)壓吸附式雙足行走時姿態(tài)一圖。
[0013]圖6為本發(fā)明爬壁機(jī)器人的負(fù)壓吸附式雙足行走時姿態(tài)二圖。
[0014]圖7為本發(fā)明爬壁機(jī)器人的負(fù)壓吸附式雙足行走時姿態(tài)三圖。
[0015]圖8為本發(fā)明爬壁機(jī)器人的負(fù)壓吸附式雙足行走時避障一圖。
[0016]圖9為本發(fā)明爬壁機(jī)器人的負(fù)壓吸附式雙足行走時避障二圖。
[0017]圖10為本發(fā)明爬壁機(jī)器人的負(fù)壓吸附式雙足行走時避障轉(zhuǎn)向一圖。
[0018]圖11為本發(fā)明爬壁機(jī)器人的負(fù)壓吸附式雙足行走時避障轉(zhuǎn)向二圖。
[0019]圖中:
[0020]1.空腔足2.密封墊圈3.真空泵4.三通接頭5.進(jìn)氣閥6.足部轉(zhuǎn)向電機(jī)7.踝關(guān)節(jié)電機(jī)8.大腿桿9.大腿關(guān)節(jié)電機(jī)10.大腿連桿
【具體實(shí)施方式】
[0021]本實(shí)施例是一種爬壁機(jī)器人的負(fù)壓吸附式雙足。
[0022]參閱圖1-圖4，本實(shí)施例爬壁機(jī)器人的負(fù)壓吸附式雙足，由空腔足1、密封墊圈2、真空泵3、三通接頭4、進(jìn)氣閥5、足部轉(zhuǎn)向電機(jī)6、踝關(guān)節(jié)電機(jī)7、大腿桿8、大腿關(guān)節(jié)電機(jī)9、大腿連桿10組成。機(jī)器人的大腿關(guān)節(jié)電機(jī)9通過電機(jī)座和螺釘固定在大腿連桿10的下面，兩個大腿關(guān)節(jié)電機(jī)9位于同一軸線安裝，兩個大腿桿8—端通過連接法蘭和螺釘分別與兩個大腿關(guān)節(jié)電機(jī)9輸出軸連接，兩個大腿桿8另一端通過連接法蘭和螺釘分別與兩個空腔足I上部的踝關(guān)節(jié)電機(jī)7輸出軸連接。
[0023]機(jī)器人的空腔足I為橢圓形凹?xì)そY(jié)構(gòu)，密封墊圈2鑲嵌在空腔足I凹?xì)?nèi)側(cè)，空腔足I凹腔內(nèi)有氣嘴，空腔足I上部安裝有真空泵3，真空泵3通過三通接頭4與進(jìn)氣閥5固定連接，三通接頭4的另一端口與空腔足I凹腔內(nèi)的氣嘴連接。踝關(guān)節(jié)電機(jī)7與足部轉(zhuǎn)向電機(jī)6固定連接，足部轉(zhuǎn)向電機(jī)6與空腔足I通過連接法蘭和螺釘連接。機(jī)器人在步行時后空腔足直接從前空腔足上方跨過吸附在壁面變?yōu)榍翱涨蛔悖瑱C(jī)器人單步跨越距離大于兩倍空腔足長度，并且通過控制大腿連桿10的周轉(zhuǎn)運(yùn)動降低運(yùn)動腿對整個機(jī)器人的力矩；機(jī)器人在越障過程時大腿連桿10進(jìn)行周轉(zhuǎn)運(yùn)動，通過與吸附在壁面的空腔足I同側(cè)的大腿關(guān)節(jié)電機(jī)9控制周轉(zhuǎn)姿態(tài)，另一個大腿關(guān)節(jié)電機(jī)9帶動大腿桿8及空腔足I與大腿連桿10進(jìn)行相對轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人越障功能。機(jī)器人的大腿桿8制做成凹形結(jié)構(gòu)，以避開運(yùn)動時的空腔足；各個部件固定安裝在空腔足上部，降低部件的高度，減小傾覆力矩。
[0024]當(dāng)真空泵3工作時，通過三通接頭4控制抽取空腔足I內(nèi)的空氣，空腔足I內(nèi)部氣壓逐漸降低，密封墊圈被空腔足I和壁面擠壓變形，填充了空腔足I和壁面之間的空隙，確保其氣密性。在真空泵3連續(xù)工作下，空腔足I穩(wěn)固吸附在壁面上。當(dāng)空腔足I需要脫離壁面時，進(jìn)氣閥5開通，空腔足I殼內(nèi)氣壓恢復(fù)正常，空腔足I即脫離壁面。足部轉(zhuǎn)向電機(jī)6和踝關(guān)節(jié)電機(jī)7固定在一起，足部轉(zhuǎn)向電機(jī)6與空腔足I連接，踝關(guān)節(jié)電機(jī)7的輸出軸與大腿桿8通過連接法蘭和螺釘連接。
[0025]如圖4所示，大腿關(guān)節(jié)電機(jī)9固定在大腿連桿10上，大腿關(guān)節(jié)電機(jī)9的輸出軸與大腿桿8通過連接法蘭和螺釘連接。當(dāng)機(jī)器人運(yùn)動時，大腿關(guān)節(jié)電機(jī)9帶動各自大腿桿8轉(zhuǎn)動，從而使大腿連桿10進(jìn)行周轉(zhuǎn)運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人行走功能。
[0026]如圖2和圖5所示，機(jī)器人直線行走過程中，足部轉(zhuǎn)向電機(jī)6首先回到中位，即雙足位置回到同一軸線上。前空腔足吸附在壁面上，后空腔足通過打開進(jìn)氣閥5使氣壓恢復(fù)正常值。前空腔足的踝關(guān)節(jié)電機(jī)7帶動大腿桿8轉(zhuǎn)動，在大腿桿8的帶動下，大腿連桿10和后空腔足逐漸抬高。同時兩個大腿關(guān)節(jié)電機(jī)9分別進(jìn)行轉(zhuǎn)動，在后空腔足抬高的同時使后空腔足逐漸靠攏前空腔足。后空腔足的踝關(guān)節(jié)電機(jī)7實(shí)時轉(zhuǎn)動調(diào)整，使后空腔足足面與壁面保持平行。
[0027]如圖6、圖7所示，機(jī)器人直線行走至中間狀態(tài)時，通過踝關(guān)節(jié)電機(jī)7和大腿關(guān)節(jié)電機(jī)9之間的轉(zhuǎn)動配合，后空腔足位于前空腔足正上方，后空腔足足面與壁面平行，后空腔足足面盡可能靠近墻面從而減小傾覆力矩。踝關(guān)節(jié)電機(jī)7和大腿關(guān)節(jié)電機(jī)9繼續(xù)轉(zhuǎn)動，后空腔足逐漸越過前空腔足，直至后空腔足與壁面貼合，真空泵3運(yùn)轉(zhuǎn)使后空腔足吸附在壁面上，從而完成一個直線行走步態(tài)。在整個過程中，踝關(guān)節(jié)電機(jī)7和大腿關(guān)節(jié)電機(jī)9之間相互配合實(shí)現(xiàn)行走過程，大腿關(guān)節(jié)電機(jī)9帶動大腿連桿10進(jìn)行周轉(zhuǎn)運(yùn)動,每一個行走步態(tài),大腿連桿10完成一次180度翻轉(zhuǎn)。
[0028]如圖8、圖9、圖10、圖11所示，當(dāng)機(jī)器人在行走過程中足部轉(zhuǎn)向電機(jī)協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)動時，機(jī)器人實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向和避障功能，使整個機(jī)器人運(yùn)動可應(yīng)對不同的壁面環(huán)境，靈活性得以加強(qiáng)。在機(jī)器人轉(zhuǎn)向和避障過程中，前空腔足的足部轉(zhuǎn)向電機(jī)6可實(shí)時調(diào)整角度以達(dá)到轉(zhuǎn)向和避障目的。但是，當(dāng)后空腔足沒有越過前空腔足時，后空腔足的足部轉(zhuǎn)向電機(jī)6必須一直保持在中位，以便后空腔足能夠順利越過前空腔足的大腿桿。當(dāng)后空腔足越過前空腔足大腿桿后，后空腔足的足部轉(zhuǎn)向電機(jī)6可進(jìn)行轉(zhuǎn)動以達(dá)到更好的轉(zhuǎn)向和避障功能。
【權(quán)利要求】
1.一種爬壁機(jī)器人的負(fù)壓吸附式雙足，其特征在于:包括空腔足、密封墊圈、真空泵、進(jìn)氣閥、三通接頭、足部轉(zhuǎn)向電機(jī)、踝關(guān)節(jié)電機(jī)、大腿桿、大腿關(guān)節(jié)電機(jī)、大腿連桿，所述大腿關(guān)節(jié)電機(jī)固定在大腿連桿的下面，兩個大腿關(guān)節(jié)電機(jī)位于同一軸線安裝，兩個大腿桿一端分別與兩個大腿關(guān)節(jié)電機(jī)輸出軸連接，兩個大腿桿另一端分別與兩個空腔足上部的踝關(guān)節(jié)電機(jī)輸出軸連接；所述空腔足為橢圓形凹?xì)そY(jié)構(gòu)，密封墊圈鑲嵌在空腔足凹?xì)?nèi)側(cè)，空腔足凹?xì)?nèi)有氣嘴，空腔足上部有真空泵，真空泵通過三通接頭與進(jìn)氣閥連接，三通接頭另一端口與空腔足凹?xì)?nèi)的氣嘴連接，踝關(guān)節(jié)電機(jī)與足部轉(zhuǎn)向電機(jī)連接，足部轉(zhuǎn)向電機(jī)與空腔足固連；機(jī)器人在步行時后足直接從前足上方跨過吸附在壁面變?yōu)榍白?，機(jī)器人單步跨越距離大于兩倍空腔足長度，并且通過控制大腿連桿的周轉(zhuǎn)運(yùn)動降低運(yùn)動腿對整個機(jī)器人的力矩；機(jī)器人在越障過程時大腿連桿進(jìn)行周轉(zhuǎn)運(yùn)動，通過與吸附在壁面的空腔足同側(cè)的大腿關(guān)節(jié)電機(jī)控制周轉(zhuǎn)姿態(tài)，另一個大腿關(guān)節(jié)電機(jī)帶動大腿桿及空腔足與大腿連桿進(jìn)行相對轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)機(jī) 器人越障功能。
【文檔編號】B62D57/024GK104015829SQ201410253377
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月10日
【發(fā)明者】葛文杰, 趙東來, 王博, 盛森然, 雷銳午, 張 浩 申請人:西北工業(yè)大學(xué)