本发明专利技术公开了一种多关节爬壁蠕虫式机器人由头部（１）、躯干（２）和尾部（３）三部分组成，头部（１）、躯干（２）和尾部（３）三者之间通过连接盘与舵机的两个输出轴连接，从而实现多关节爬壁蠕虫式机器人整体构形。其中，头部（１）包括有两个结构相同的连接臂、两个不同壳体单元、相同吸排单元、振动单元的吸附组件、三个舵机、八个霍尔传感器组成；躯干（２）包括有三个结构相同的被动组件、两个结构相同的吸附组件、五个舵机、八个霍尔传感器组成；尾部（３）包括有两个结构相同的连接臂、两个吸附组件、四个舵机、八个霍尔传感器组成。本发明专利技术的多关节蠕虫式机器人的运动过程为：首先尾部在舵机的作用下抬起和落下使机器人产生一步距，然后躯干在舵机的作用下与尾部协调蠕动，将该步距传递到头部，最后头部在舵机的作用下抬起和落下将该步距转化为机器人的前进距离，从而实现机器人的前行。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种壁面移动机器人，更特别地说，是指一种具有模块化、可重构、多关节爬壁蠕虫式机器人。
技术介绍
壁面移动机器人在非铁磁性壁面上吸附的原理，大概可以划分为三种①真空抽吸装置——靠高速气流的抽吸作用排除吸盘固定密闭空间内的气体形成真空；②扩容真空装置——利用定质量气体增加容积减低压力的原理在密封腔(吸盘)内产生真空；③旋翼吸附——借助螺旋桨旋转产生的矢量推力把机器人压向壁面。 总的来说，在面向小型化设计时，它们都暴露出一些共性问题 (1)本征矛盾与地面移动相比，壁面移动的难点在重力的影响。在壁面上，吸附和移动两者始终构成一对矛盾防止跌落，吸盘就须臾不可脱离墙壁，这有赖于足够的摩擦力，而获得它的代价是必须保持强大的正压力；但是要移动，吸盘又不得不克服摩擦力沿壁面做切向滑动。机器人正向压迫壁面越重，摩擦力越大，就越安全，但是移动就越困难，显然这是一种“内斗”、“内耗”，降低了能量的利用效率。 (2)尺度效应如同飞行器，在翼展＜150mm后，传统飞行理论已经不再适用，而需要低雷诺数、非定常条件下的气动力学理论，机翼也应该改成扑翼。为了提供足够的吸附力以及适当的安全系数，上述①、②两种吸附方式都需要相对较大的平面吸盘面积，否则无法可靠地吸附。壁面移动机器人在小型化时同样面临所谓“尺度效应”的困难，需要有创新的吸附理论来化解。但是，目前世界各国对壁面移动机器人小型化可能对科学机理带来的变化尚研究不多，知之甚少。 (3)真空的维持吸盘难免泄漏，而吸附力对泄漏十分敏感，因此国内外几十种有代表性的壁面移动机器人中不乏巧妙的设计用以维系原来已经形成的真空环境，不过为此也付出了高昂的代价。如果面对粗糙壁面，如瓷砖、水泥砂浆、马赛克、土砖墙等，泄漏更是一个困扰因素。众所周知，按照目前气路设计的水平，为了构建和维持真空环境，大量气流被白白地排空到大气中，能源的利用率不会大于20％。小型爬壁机器人具有轻巧、低功耗、低危险性等特点，因此被广泛应用于建筑检测、城市搜救以及对未知环境的探测等。但由于其工作表面大多为复杂曲面，并需要克服重力，已有的爬壁机器人很难兼顾结构轻巧和运动灵活。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种多关节爬壁蠕虫式机器人，该机器人将头部、尾部、躯干采用模块化设计、对六个吸附组件中的振动单元、吸排单元采用模块化设计，有利于机器人的重构；应用十二个舵机实现机器人的蠕动运动，使机器人具有结构轻巧、运动灵活的特点。 本专利技术的多关节爬壁蠕虫式机器人由头部1、躯干2和尾部3三部分组成，头部1、躯干2和尾部3三者之间通过连接盘与舵机的两个输出轴连接，从而实现多关节爬壁蠕虫式机器人整体构形。其中，头部1包括有两个结构相同的连接臂(A连接臂21、B连接臂22)、两个不同壳体单元、相同吸排单元、振动单元的吸附组件(A吸附组件11、B吸附组件12)、三个舵机(A舵机4A、B舵机4B、C舵机4C)、八个霍尔传感器组成；躯干2由三个结构相同的被动组件(A被动组件31、B被动组件32、C被动组件33)、两个结构相同的吸附组件(C吸附组件13、D吸附组件14)、八个舵机、八个霍尔传感器组成；尾部3由两个结构相同的连接臂(C连接臂23、D连接臂24)、两个吸附组件(E吸附组件15、F吸附组件16)、四个舵机、八个霍尔传感器组成。四个连接臂每两个为一组，一组安装在机器人的头部，另一组安装在机器人的尾部，用于实现机器人首尾的开链运动，解决了机器人的冗余驱动问题。三个被动组件安装于机器人的躯干部位，且与吸附组件间隔布局，用于实现机器人的被动转弯和消除运动过程中的内力干涉。六个吸附组件用于实现机器人与壁面的吸附，每个吸附组件内的吸排单元与振动单元为结构相同的模块化设计，只有头部、尾部的壳体单元约有不同，有利于机器人的可重构。 本专利技术多关节爬壁蠕虫机器人的优点在于(1)相同模块化的吸附组件与相同模块化的振动组件安装于具有框架特征的壳体中，便于实现机器人的小型化和可重构；(2)通过舵机的连接方式实现机器人的串联式结构，使得机器人具有多自由度的特征；(3)在首尾采用四个连接臂能够实现机器人首尾的开链运动，解决了机器人的冗余驱动问题；(4)采用三个被动组件作为躯干的柔性连接，可以有效地减少机器人运动过程中产生的内力干涉现象，提高了本专利技术机器人壁面爬行的安装系数；(5)振动组件采用电机作为吸盘的驱动器，避免了真空发生器的笨重结构和应用气管来产生真空，便于机器人实现无缆操作；(6)被动组件中的压簧、拉簧采用力耦合设计，能够实现机器人的转弯和复位；(7)舵机的安装采用与壳体在同一平面内，可以减小机器人爬壁过程中的翻转力矩。 附图说明 图1是本专利技术机器人的整体结构图。 图2是本专利技术头部的结构图。 图2A是本专利技术头部中A连接臂与B连接臂的结构图。 图2B是本专利技术头部中B吸附组件的结构图。 图2C是本专利技术头部中B吸附组件的B壳体的结构图。 图2D是本专利技术头部中B吸附组件的B壳体的另一角度结构图。 图2E是本专利技术头部中B吸附组件的B壳体的B框架结构图。 图2F是本专利技术头部中B吸附组件的未装配B壳体的吸排单元与振动单元的结构图。 图2G是图2F的爆炸示图。 图2H是本专利技术头部中A吸附组件的结构图。 图2I是本专利技术头部中A吸附组件的A壳体的结构图。 图3是本专利技术躯干的结构图。 图3A是本专利技术躯干中A被动组件的结构图。 图3B是本专利技术躯干中的A被动组件的U形架的结构图。 图3C是本专利技术躯干中的A被动组件的T形架的结构图。 图4是本专利技术尾部的结构图。 图4A是本专利技术尾部中C连接臂与D连接臂的结构图。 图4B是本专利技术尾部中F吸附组件的结构图。 图4C是本专利技术尾部中F吸附组件的F壳体的爆炸示图。 图中1.头部 2.躯干 3.尾部 11.A吸附组件 11a.A吸盘 11b.B吸盘 11c.C吸盘 11d.D吸盘 12.B吸附组件 12a.E吸盘 12c.G吸盘 12d.H吸盘 13.C吸附组件 13a.I吸盘 13b.J吸盘 13c.K吸盘 13d.L吸盘 14.D吸附组件 14a.M吸盘 14b.N吸盘 14c.O吸盘 14d.P吸盘 15.E吸附组件 15a.Q吸盘 15b.R吸盘 15c.S吸盘 15d.T吸盘 16.F吸附组件 16a.U吸盘 16b.V吸盘 16c.W吸盘 16d.X吸盘 21.A连接臂 22.B连接臂 23.C连接臂 24.D连接臂 101.A连接端 102.B连接端 103.C连接端 104.D连接端105.E连接端 106.F连接端 107.A连接头 110.G连接端 111.H连接端112.B连接头 201.K连接端 202.L连接端 203.M连接端 204.N连接端205.O连接端 206.P连接端 207.C连接头 210.Q连接端 211.R连接端212.D连接头 31.A被动组件 32.B被动组件 33.C被动组件 31a.U形架 31b.T形架 301.A拉簧302.B拉簧303.A压簧304.B压簧 305.A导杆 306.B导杆311.I连接端 312.J本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种多关节蠕虫式机器人，其特征在于：该机器人由头部（１）、躯干（２）和尾部（３）三部分组成；头部（１）、躯干（２）和尾部（３）之间通过连接盘与舵机的两个输出轴连接，从而实现多关节爬壁蠕虫式机器人整体构形； 头部（１）由Ａ连接臂（２１）、Ｂ连接臂（２２）、Ａ吸附组件（１１）、Ｂ吸附组件（１２）、Ａ舵机（４Ａ）、Ｂ舵机（４Ｂ）、Ｃ舵机（４Ｃ）、八个霍尔传感器组成； 躯干（２）由Ａ被动组件（３１）、Ｂ被动组件（３２）、Ｃ被动组件（３３）、Ｃ吸附组件（１３）、Ｄ吸附组件（１４）、Ｄ舵机（４Ｄ）、Ｅ舵机（４Ｅ）、Ｆ舵机（４Ｆ）、Ｇ舵机（４Ｇ）、Ｈ舵机（４Ｈ）、八个霍尔传感器组成； 尾部（３）由Ｃ连接臂（２３）、Ｄ连接臂（２４）、Ｅ吸附组件（１５）、Ｆ吸附组件（１６）、Ｉ舵机（４Ｉ）、Ｊ舵机（４Ｊ）、Ｋ舵机（４Ｋ）、Ｌ舵机（４Ｌ）、八个霍尔传感器组成； Ａ连接臂（２１）、Ｂ连接臂（２２）、Ｃ连接臂（２３）、Ｄ连接臂（２４）结构相同； Ｂ吸附组件（１２）、Ｃ吸附组件（１３）、Ｄ吸附组件（１４）、Ｅ吸附组件（１５）结构相同；Ａ吸附组件（１１）、Ｂ吸附组件（１２）、Ｃ吸附组件（１３）、Ｄ吸附组件（１４）、Ｅ吸附组件（１５）和Ｆ吸附组件（１６）分别由壳体单元、吸排单元和振动单元构成； Ａ被动组件（３１）、Ｂ被动组件（３２）、Ｃ被动组件（３３）结构相同； 该机器人从头部至尾部的连接关系为：Ａ吸附组件（１１）连接在Ａ舵机（４Ａ）的两个输出轴上，Ａ舵机（４Ａ）安装在Ａ连接臂（２１）上；Ａ连接臂（２１）连接在Ｂ舵机（４Ｂ）的两个输出轴上，Ｂ舵机（４Ｂ）安装在Ｂ连接臂（２２）上；Ｂ连接臂（２２）连接在Ｃ舵机（４Ｃ）的两个输出轴上，Ｃ舵机（４Ｃ）安装在Ｂ吸附组件（１２）上；Ｂ吸附组件（１２）连接在Ｄ舵机（４Ｄ）的两个输出轴上，Ｄ舵机（４Ｄ）安装在Ａ被动组件（３１）上；Ａ被动组件（３１）连接在Ｅ舵机（４Ｅ）的两个输出轴上，Ｅ舵机（４Ｅ）安装在Ｃ吸附组件（１３）上；Ｃ吸附组件（１３）连接在Ｆ舵机（４Ｆ）的两个输出轴上，Ｆ舵机（４Ｆ）安装在Ｂ被动组件（３２）上；Ｂ被动组件（３２）连接在Ｇ舵机（４Ｇ）的两个输出轴上，Ｇ舵机（４Ｇ）安装在Ｄ吸附组件（１４）上；Ｄ吸附组件（１４）连接在Ｈ舵机（４Ｈ）的两个输出轴上，Ｈ舵机（４Ｈ）安装在Ｃ被动组件（３３）上；Ｃ被动组件（３３）连接在Ｉ舵机（４Ｉ）的两个输出轴上，Ｉ舵机（４Ｉ）安装在Ｅ吸附组件（１５）上；Ｅ吸...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王巍，王坤，李大寨，宗光华，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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