电磁驱动爬壁机器人模块、爬壁机器人及其运动方法技术

本发明专利技术公开了一种电磁驱动爬壁机器人模块、爬壁机器人及其运动方法，爬壁机器人模块包括模块主体、吸附电磁铁、驱动电磁铁、弹性连接体、吸附铁片、主动连接永磁体和被动连接永磁体。爬壁机器人由多个机器人模块组合而成，可以根据不同的任务需求和工作环境进行分解和重构，结构简单、容易控制、质量轻、体积小，能够实现壁面爬行、平移、偏转、原地转动等运动，大大提高了机器人的工作效率和环境适应能力。

【技术实现步骤摘要】
电磁驱动爬壁机器人模块、爬壁机器人及其运动方法
本专利技术涉及一种电磁驱动爬壁机器人模块、爬壁机器人及其运动方法，属爬壁机器人领域。
技术介绍
随着科学技术的不断发展，机器人在各个领域都得到了广泛的应用，爬壁机器人由于其可以克服重力限制在壁面爬行以完成任务，具有很强的应用前景。但随着执行任务种类越来越多，机器人工作环境越来越复杂，固定结构的爬壁机器人已经逐渐不能满足多样化的任务需求，因此可重构的模块化爬壁机器人越来越受到人们的重视。公开号为CN105667621B的中国专利提出了一种模块化可重构爬壁机器人及其爬壁方法，机器人模块可以分开独立操作，也可以对接后组合工作，提高了机器人的工作效率和运动性能。但是这种机器人采用电机驱动，体积和质量较大，一定程度上增加了机器人结构的复杂度。此外，公开号为CN100567068C的中国专利提出了一种串联式模块化爬壁机器人，通过模块化的支架结构实现多关节的重构。但其串联的连接方式限制了机器人只能在一个方向进行重构，限制了其应用范围。目前的模块化爬壁机器人，其驱动方式依然多采用电机，模块为刚性结构，虽然能够完成重构变形，但机器人质量、体积仍较大，对于工作环境的适应能力有限，尚有很大的研究空间。
技术实现思路
鉴于以上问题，本专利技术的目的是针对现有技术的不足之处，提供一种电磁驱动爬壁机器人模块、爬壁机器人及其运动方法，根据仿生学原理，借鉴蚯蚓蠕动原理，利用电磁铁驱动机器人模块运动；各模块之间采用永磁体连接，可以实现各个模块之间的拆卸、组合，从而使机器人能够组成不同的结构，并完成平移、转向等一系列运动。本专利技术采用的方案如下：一种电磁驱动爬壁机器人模块，至少包括模块主体、吸附电磁铁、驱动电磁铁、弹性连接体、吸附铁片、主动连接永磁体和被动连接永磁体；所述吸附电磁铁安装于所述模块主体底部，提供所述机器人模块与铁磁性介质表面的吸附力；所述驱动电磁铁、弹性连接体、吸附铁片、主动连接永磁体成套设置在模块主体的至少一个侧面上，每一套中：所述驱动电磁铁安装于所述模块主体上，且所述驱动电磁铁、弹性连接体、吸附铁片、主动连接永磁体沿远离模块主体的方向依次设置在同一轴线上，所述吸附铁片位于所述驱动电磁铁通电后的磁力范围内，其一侧固接在所述弹性连接体的远离模块主体的一端，随弹性连接体的伸缩而发生轴向位移，所述主动连接永磁体设置在所述吸附铁片的远离模块主体的一侧；所述被动连接永磁体设置在所述模块主体上，且设置在没有安装所述驱动电磁铁、弹性连接体、吸附铁片、主动连接永磁体的所述模块主体的侧面上；所述被动连接永磁体和所述主动连接永磁体位于模块外侧的磁极极性相反。优选地，所述模块主体和所述弹性连接体由柔性材料制成。优选地，所述模块主体为长方体，且在模块主体的一个侧面仅安装一套所述驱动电磁铁、弹性连接体、吸附铁片、主动连接永磁体。优选地，所述驱动电磁铁为柱状体，所述弹性连接体包括套设在所述驱动电磁铁的外周的连接板，以及多个设置于连接板板面上的柔性材料。优选地，驱动电磁铁对其磁力范围内的吸附铁片产生的吸引力大于弹性连接体的弹力。本专利技术还提供一种电磁驱动爬壁机器人，至少包括两个以上所述的机器人模块，各机器人模块之间通过主动连接永磁体和被动连接永磁体互相吸附而组合在一起，所述爬壁机器人通过对各个机器人模块的驱动电磁铁和吸附电磁铁依次通断电而控制机器人运动。优选地，仅包含一套所述驱动电磁铁、弹性连接体、吸附铁片、主动连接永磁体的爬壁机器人模块作为第一模块，使得第一模块的主动连接永磁体与邻近的第一模块的被动连接永磁体粘贴，采用N个第一模块依次串联连接形成第一模块组。优选地，在模块主体的至少三个侧面上分别安装有一套所述驱动电磁铁、弹性连接体、吸附铁片、主动连接永磁体的爬壁机器人模块作为第二模块，使得第二模块的主动连接永磁体与邻近的第二模块的被动连接永磁体粘贴，采用N个第二模块依次串联连接形成中间模块组，并在中间模块组的两侧分别设置第一模块组，使得第一模块的被动连接永磁体与第二模块的主动连接永磁体粘贴，从而形成爬壁机器人。本专利技术还提供一种电磁驱动爬壁机器人的运动方法，使用以上所述的第一模块组，完成以下动作：第N个第一模块的吸附电磁铁断电、驱动电磁铁通电，使所述第N个第一模块的模块主体向前移动一个步长△S；第N-1个第一模块的吸附电磁铁断电、驱动电磁铁通电，同时第N个第一模块的吸附电磁铁通电、驱动电磁铁断电，使得第N-1个第一模块的模块主体向前移动一个步长△S；在第2个第一模块的模块主体向前移动一个步长△S后，第1个第一模块的吸附电磁铁断电，第2个第一模块的吸附电磁铁通电、驱动电磁铁断电，使得第1个第一模块的主体向前移动一个步长△S，至此使得第一模块组整体向前移动一个步长△S。优选地，使用以上由第一模块组和第二模块组成的爬壁机器人，完成以下动作：通过控制驱动电磁铁、吸附电磁铁的通断电，中间模块组和其两侧的第一模块组以相同的速度前进或后退，使得爬壁机器人整体前进或后退运动；控制中间模块组与两侧的第一模块组连接的驱动电磁铁的通断电，使得爬壁机器人整体左移或右移；通过使得中间模块组两侧的第一模块组的电磁铁循环通断电的周期不同，使爬壁机器人在前进过程中向左或向右偏移；通过使中间模块组一侧的第一模块组前进，另一侧的第一模块组后退，中间模块组停止驱动，使得爬壁机器人绕其中心原地转动。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和突出性效果：1.机器人由多个模块组合而成，利用永磁体进行连接，可以根据不同的任务需求和工作环境进行分解和重构，提高了工作效率。2.利用电磁铁进行驱动，无需复杂的驱动器，大大减小了机器人的质量和体积，结构简单。3.机器人模块主体和弹性连接体采用柔性材料制成，具有一定的柔性，对环境的适应能力较强。附图说明图1为本专利技术实施例A的爬壁机器人模块的爆炸视图；图2为本专利技术实施例A的爬壁机器人模块的主视图；图3为本专利技术实施例B的爬壁机器人模块的的爆炸视图；图4为本专利技术实施例中单个爬壁机器人模块驱动的原理示意图；图5为本专利技术实施例中具有三个爬壁机器人模块的爬壁机器人结构示意图；图6为本专利技术实施例中具有三个爬壁机器人模块的爬壁机器人运动原理示意图；图7为本专利技术实施例中具有九个爬壁机器人模块的爬壁机器人结构示意图。图中：1-模块主体，2-吸附电磁铁，31-第一驱动电磁铁，32-第二驱动电磁铁，33-第三驱动电磁铁，41-第一弹性连接体，42-第二弹性连接体，43-第三弹性连接体，51-第一吸附铁片，52-第二吸附铁片，53-第三吸附铁片，61-第一主动连接永磁体，62-第二主动连接永磁体，63-第三主动连接永磁体，71-第一被动连接永磁体，72-第二被动连接永磁体，73-第三被动连接永磁体，8-吸附介质，101-第一子模块，102-第二子模块，103-第三子模块，201-左侧模块组，202-右侧模块组，203-中间模块组。具体实施方式下面结合附图进一步详细介绍本专利技术的电磁驱动爬壁机器人模块、爬壁机器人及其运动方法的内容。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本专利技术的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电磁驱动爬壁机器人模块，其特征在于，至少包括模块主体、吸附电磁铁、驱动电磁铁、弹性连接体、吸附铁片、主动连接永磁体和被动连接永磁体；所述吸附电磁铁安装于所述模块主体底部，提供所述机器人模块与铁磁性介质表面的吸附力；所述驱动电磁铁、弹性连接体、吸附铁片、主动连接永磁体成套设置在模块主体的至少一个侧面上，每一套中：所述驱动电磁铁安装于所述模块主体上，且所述驱动电磁铁、弹性连接体、吸附铁片、主动连接永磁体沿远离模块主体的方向依次设置在同一轴线上，所述吸附铁片位于所述驱动电磁铁通电后的磁力范围内，其一侧固接在所述弹性连接体的远离模块主体的一端，随弹性连接体的伸缩而发生轴向位移，所述主动连接永磁体设置在所述吸附铁片的远离模块主体的一侧；所述被动连接永磁体设置在所述模块主体上，且设置在没有安装所述驱动电磁铁、弹性连接体、吸附铁片、主动连接永磁体的所述模块主体的侧面上；所述被动连接永磁体和所述主动连接永磁体位于模块外侧的磁极极性相反。

【技术特征摘要】
1.一种电磁驱动爬壁机器人模块，其特征在于，至少包括模块主体、吸附电磁铁、驱动电磁铁、弹性连接体、吸附铁片、主动连接永磁体和被动连接永磁体；所述吸附电磁铁安装于所述模块主体底部，提供所述机器人模块与铁磁性介质表面的吸附力；所述驱动电磁铁、弹性连接体、吸附铁片、主动连接永磁体成套设置在模块主体的至少一个侧面上，每一套中：所述驱动电磁铁安装于所述模块主体上，且所述驱动电磁铁、弹性连接体、吸附铁片、主动连接永磁体沿远离模块主体的方向依次设置在同一轴线上，所述吸附铁片位于所述驱动电磁铁通电后的磁力范围内，其一侧固接在所述弹性连接体的远离模块主体的一端，随弹性连接体的伸缩而发生轴向位移，所述主动连接永磁体设置在所述吸附铁片的远离模块主体的一侧；所述被动连接永磁体设置在所述模块主体上，且设置在没有安装所述驱动电磁铁、弹性连接体、吸附铁片、主动连接永磁体的所述模块主体的侧面上；所述被动连接永磁体和所述主动连接永磁体位于模块外侧的磁极极性相反。2.根据权利要求1所述的电磁驱动爬壁机器人模块，其特征在于，所述模块主体和所述弹性连接体由柔性材料制成。3.根据权利要求2所述的电磁驱动爬壁机器人模块，其特征在于，所述模块主体为长方体，且在模块主体的一个侧面仅安装一套所述驱动电磁铁、弹性连接体、吸附铁片、主动连接永磁体。4.根据权利要求1所述的电磁驱动爬壁机器人模块，其特征在于，所述驱动电磁铁为柱状体，所述弹性连接体包括套设在所述驱动电磁铁的外周的连接板，以及多个设置于连接板板面上的柔性材料。5.根据权利要求1所述的电磁驱动爬壁机器人模块，其特征在于，驱动电磁铁对其磁力范围内的吸附铁片产生的吸引力大于弹性连接体的弹力。6.一种电磁驱动爬壁机器人，其特征在于，至少包括两个权利要求3所述的机器人模块，各机器人模块之间通过主动连接永磁体和被动连接永磁体互相吸附而组合在一起，所述爬壁机器人通过对各个机器人模块的驱动电磁铁和吸附电磁铁依次通断电而控制机器人运动。7.根据权利要求6所述的电磁驱动爬壁机器人，其特征在于，仅包含一...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文东，孙振国，张文，陈强，
申请(专利权)人：清华大学，浙江清华长三角研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11