多足式爬壁機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于多足式爬壁機(jī)器人裝置，是結(jié)合機(jī)械、計(jì)算機(jī)、傳感、控制技術(shù)為一體的機(jī)電一體化設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]越來越多的摩天大樓和高層建筑成為了現(xiàn)代都市的新景觀，這些高樓多以瓷磚和玻璃幕墻作為外立面，這些裝飾材料美觀、漂亮，但是每隔一段時(shí)間就需要對(duì)其進(jìn)行清洗。一直以來，都是由人工來進(jìn)行對(duì)高層建筑的清洗工作。然而工作業(yè)的效率很低、耗時(shí)久，且簡(jiǎn)單的搭乘吊藍(lán)或腰系繩索等安全措施容易出現(xiàn)事故。
[0003]因此，設(shè)計(jì)制造出一種可以代替人工完成高層建筑清洗任務(wù)的裝置，成了相關(guān)工作人員的迫切要求。壁面清洗型的爬壁機(jī)器人是以清洗高層建筑為主要功能的壁面移動(dòng)機(jī)器人。它的出現(xiàn)將會(huì)降低高層建筑的清洗成本，改善工人的勞動(dòng)條件，提高生產(chǎn)效率，推動(dòng)清洗業(yè)的發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于:提出組合式吸盤配置組內(nèi)鉸接的方式，對(duì)傳統(tǒng)真空吸附系統(tǒng)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，建立多足式爬壁機(jī)器人的氣動(dòng)回路及機(jī)器人氣動(dòng)控制策略，構(gòu)建機(jī)器人移動(dòng)氣動(dòng)伺服位置控制模型和越障氣腱肌肉控制模型。
[0005]結(jié)合爬壁機(jī)器人在吸盤工作時(shí)所面臨的幾個(gè)方面的問題，考慮使用鉸接的鉸接方式鏈接吸盤。相比于固定連接的吸盤結(jié)構(gòu)，鉸接具有適應(yīng)能力好，并能補(bǔ)償制造和安裝誤差，對(duì)復(fù)雜壁面的適應(yīng)情況，吸盤軸線始終能夠與壁面的法線保持一致，保證了吸盤良好的吸附在壁面上等優(yōu)勢(shì)。本設(shè)計(jì)中內(nèi)半鉸接的方式，每個(gè)吸盤能單獨(dú)連接角度補(bǔ)償器，具有±15°的擺動(dòng)角度，可以更好地適應(yīng)壁面。
[0006]在本設(shè)計(jì)中，全部采用氣腱肌肉控制，相比于傳統(tǒng)氣缸驅(qū)動(dòng)方式，初始力最高可到相同缸徑傳統(tǒng)氣缸的10倍。高動(dòng)態(tài)響應(yīng)，即使在高負(fù)載下，依舊保持高動(dòng)態(tài)響應(yīng)，無移動(dòng)機(jī)械部件相互接觸，超慢速移動(dòng)時(shí)，完全沒有抖動(dòng)，非常適合設(shè)計(jì)中每個(gè)腳的姿態(tài)動(dòng)作，保證每個(gè)腳動(dòng)作的標(biāo)準(zhǔn)。使用最簡(jiǎn)單的技術(shù)通過壓力控制，無需位移編譯碼。此外，氣腱肌肉質(zhì)量比起氣缸可以減小很多，這對(duì)提高機(jī)器人的負(fù)載能力、穩(wěn)定性都有積極的意義。
[0007]在該設(shè)計(jì)中使用了高速開關(guān)閥取代伺服閥和比例閥，不僅能有限降低了系統(tǒng)成本，而且使用高速開關(guān)閥能夠?qū)崿F(xiàn)快速、精確地氣動(dòng)位置伺服控制。在該爬壁機(jī)器人中，使用了 36個(gè)氣腱肌肉，首先比例/伺服閥成本高，其二爬壁機(jī)器人的質(zhì)量對(duì)其爬壁性能的影響很大，所以必須盡可能的減小其自身重量，從而提高其負(fù)載能力。其三采用比例伺服控制系統(tǒng)復(fù)雜，而采用PWM控制相對(duì)簡(jiǎn)單。
[0008]在氣動(dòng)回路設(shè)計(jì)中，選用的氣腱肌肉是采取兩端通氣結(jié)構(gòu)。一端接一個(gè)高速開關(guān)閥，控制氣腱肌肉的進(jìn)氣流量；另一端接一個(gè)相同的開關(guān)閥、控制氣腱肌肉的排氣，氣腱肌肉的行程與氣壓幾乎成正比的線性關(guān)系，故控制氣腱肌肉的行程只需要控制進(jìn)氣端的壓力大小即可。
【附圖說明】
[0009]圖1是本機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制流程圖；
圖2是機(jī)器人腿部平面簡(jiǎn)圖；
圖3是機(jī)器人腿部傳感器布置圖；
圖3中，31—機(jī)架；32—垂直高度傳感器；33—障礙高度傳感器；34—測(cè)距傳感器；35—真空吸盤。
【具體實(shí)施方式】
[0010]多足式爬壁機(jī)器人由機(jī)身結(jié)構(gòu)、腿部結(jié)構(gòu)、和腳部結(jié)構(gòu)組成。機(jī)身結(jié)構(gòu)由上下地板組成。地板用于連接腿部結(jié)構(gòu)，夾層內(nèi)部布置氣缸。機(jī)身上地板安裝氣動(dòng)控制閥島并搭載工作臺(tái)。腿部機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)副固定在機(jī)身結(jié)構(gòu)上。腿部采用關(guān)節(jié)式設(shè)計(jì)，含三個(gè)受控的轉(zhuǎn)動(dòng)畐IJ，固定在機(jī)身與腿部的連接處的轉(zhuǎn)動(dòng)副，實(shí)現(xiàn)腿部相對(duì)于機(jī)身的水平面擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，其余兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副用于連接腿的連桿部分，使腿部可以做垂直于機(jī)體所在水平面的擺動(dòng)，以此實(shí)現(xiàn)大范圍，高靈活性的運(yùn)動(dòng)。使用氣動(dòng)人工肌肉實(shí)現(xiàn)腿部的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。腳部結(jié)構(gòu)由吸盤和吸盤固定架組成，采用三吸盤結(jié)構(gòu)，吸盤固定架與腿部末端鉸接。因?yàn)殂q接式的吸盤組對(duì)復(fù)雜壁面的適應(yīng)情況，由于鉸鏈的作用，吸盤軸線始終能夠與壁面的法向保持一致，保證了吸盤良好地吸附在壁面上。姿態(tài)反饋確定機(jī)器人本身狀態(tài)，進(jìn)而判斷是水平運(yùn)動(dòng)、豎直運(yùn)動(dòng)或者倒立運(yùn)動(dòng)，針對(duì)不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，氣缸和肌肉的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有所不同，進(jìn)入不同的控制算法，完成對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制。在姿態(tài)確定后，多傳感器環(huán)境檢測(cè)判定機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的方式比如直接垂直前進(jìn)、抬腿越障、水平前進(jìn)或者是轉(zhuǎn)彎壁障。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于智能控制技術(shù)的多足式爬壁機(jī)器人，提出組合式吸盤配置組內(nèi)鉸接的方式，對(duì)傳統(tǒng)真空吸附系統(tǒng)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，建立多足式爬壁機(jī)器人的氣動(dòng)回路及機(jī)器人氣動(dòng)控制策略，構(gòu)建機(jī)器人移動(dòng)氣動(dòng)伺服位置控制模型和越障氣腱肌肉控制模型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于智能控制技術(shù)的多足式爬壁機(jī)器人，其特征在于，提出組合式吸盤配置組內(nèi)鉸接的方式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于智能控制技術(shù)的多足式爬壁機(jī)器人，其特征在于，對(duì)傳統(tǒng)真空吸附系統(tǒng)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于智能控制技術(shù)的多足式爬壁機(jī)器人，其特征在于，建立多足式爬壁機(jī)器人的氣動(dòng)回路及機(jī)器人氣動(dòng)控制策略。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于智能控制技術(shù)的多足式爬壁機(jī)器人，其特征在于，構(gòu)建機(jī)器人移動(dòng)氣動(dòng)伺服位置控制模型和越障氣腱肌肉控制模型。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于智能控制技術(shù)的多足式爬壁機(jī)器人，其特征在于：提出組合式吸盤配置組內(nèi)鉸接的方式，對(duì)傳統(tǒng)真空吸附系統(tǒng)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，建立多足式爬壁機(jī)器人的氣動(dòng)回路及機(jī)器人氣動(dòng)控制策略，構(gòu)建機(jī)器人移動(dòng)氣動(dòng)伺服位置控制模型和越障氣腱肌肉控制模型。
【IPC分類】B62D57-024
【公開號(hào)】CN104691641
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310654452
【發(fā)明人】任波
【申請(qǐng)人】任波
【公開日】2015年6月10日
【申請(qǐng)日】2013年12月9日