一種履帶爬墻機器人復雜曲面吸附行走與轉向方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種履帶爬墻機器人復雜曲面吸附行走與轉向方法。本發(fā)明在吸附行走過程中，對不平的曲面進行補償，讓其對于履帶平面來說是平面的，其中的一種曲面補償方式為從履帶里伸出滑塊填補不平的曲面，以達到在履帶平面行走來說是平面的；在轉向過程中，通過改變一邊輪子或類似輪子的圓周方式滾動體的直徑，來進行。一種方式是用滑塊升降控制方式升高或降低同一邊履帶滑塊的高度；所述的滑塊通過活動關節(jié)與吸附體連接。本發(fā)明能保證機器人本體與復雜組合曲面最貼合的情況下，在復雜組合曲面快速吸附行走與爬墻通過?？蛇M行吸附力的冗余設計，有極強的越障與曲面行走能力。
【專利說明】一種履帶爬墻機器人復雜曲面吸附行走與轉向方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于機器人控制【技術領域】，尤其是一種履帶爬墻機器人復雜曲面吸附行走與轉向方法。

【背景技術】
[0002]履帶爬墻機器人困于現(xiàn)實應用地方多障礙物及復雜曲面而無法吸附行走及履帶吸盤吸附后不能有效轉向，而讓世界科研人員轉移目光到十字架構或控制更復雜的關節(jié)式機器人等方面的研究。然而履帶方式的成熟簡單，天然接觸面大，多吸盤吸附能更好的分散壓力及滾動帶來的優(yōu)越的移動性是其它方式的爬墻機器人無法比肩的。更大的優(yōu)點是履帶爬墻機器人的行走重心更平穩(wěn)，重心能最大限度的帖近墻面，從而降低高空吸附行走墜落的風險。


【發(fā)明內容】

[0003]針對上述技術缺陷，本發(fā)明提出一種履帶爬墻機器人復雜曲面吸附行走與轉向方法。
[0004]為了解決上述技術問題，本發(fā)明的方法如下:
一種履帶爬墻機器人復雜曲面吸附行走與轉向方法:
在吸附行走過程中，對不平的曲面進行補償，讓其對于履帶平面來說是平面的。
[0005]在轉向過程中，通過改變一邊輪子或類似輪子的圓周方式滾動體的直徑，來實現(xiàn)轉向。
[0006]進一步說，在吸附行走過程中，曲面補償方式為從履帶里伸出滑塊填補不平的曲面，以達到在履帶平面行走來說是平面的。
[0007]在轉向過程中，用滑塊升降控制方式升高或降低同一邊履帶滑塊的高度，從而來改動滾動體的直徑；所述的滑塊通過活動關節(jié)與吸附體連接。
[0008]進一步說，所述的滑塊與履帶之間設置有彈簧，履帶作為基座使用。
[0009]進一步說，所述的滑塊設置在基座內。
[0010]進一步說，所述的滑塊有多節(jié)。
[0011]進一步說，基座內的滑塊與基座外的另一滑塊連接，通過另一滑塊、活動關節(jié)與吸附體連接。
[0012]進一步說，所述基座為取電基座，基座設置有導電滑片或滑輪，正負極供電板設置在機器人本體上，基座上帶有控制器。
[0013]進一步說，所述的滑塊為螺桿滑塊，其設置在電機升降式基座內，螺桿滑塊內開有防螺桿旋轉的滑槽或設有防螺桿旋轉的滑片或螺桿滑塊設計成圓柱體且切削一邊或幾邊為平面，與基座配套防螺桿旋轉。
[0014]進一步說，所述的吸附體為真空或負壓吸盤、電磁或永磁性吸盤、仿生物吸盤中的一種。
[0015]進一步說，在吸附行走過程中，履帶爬墻器人在行進過程中遇到表面不平整時，通過傳感檢測器件檢測到，并控制前進方向的第一個要吸附的滑塊吸附體的滑塊滑出，在滑塊長度能觸及到的面，吸附體接觸到被吸附墻面，并傳回接觸到吸附面的信息，通過控制處理器輸出指令令吸附體施加吸附力；隨著履帶的轉動，給滑塊一個小的回拉力，這樣機器人本體就能帖近墻體曲面最高點上，同時第一個滑塊吸附機構，會依次后面移動，下一個要進行吸附的滑塊吸附機構也依上面的動作完成，當吸附的滑塊吸附體一直運行到履帶平面未端。這時自適應控制解除吸附體的吸附力，并由施加的回拉力收回滑塊，如此循環(huán)轉動動作完成履帶爬墻器人在復雜曲面吸附行走與跨障。
[0016]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明能保證機器人本體與復雜組合曲面最貼合的情況下，在復雜組合曲面快速吸附行走與爬墻通過?？蛇M行吸附力的冗余設計，有極強的越障與曲面行走能力。本發(fā)明機構可依實際需要可無限制組合使用。本發(fā)明方案不僅適用于爬墻方式的行走。也適用于障礙地面行走。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1滑塊吸附機構第一種實施例；
圖2滑塊吸附機構第二種實施例；
圖3滑塊吸附機構第三種實施例；
圖4滑塊吸附機構第四種實施例；
圖5滑塊吸附機構第五種實施例；
圖6滑塊吸附機構的一種驅動方式；
圖7履帶爬墻器人一種工作示意圖；
圖8履帶爬墻器人另一種工作示意圖；
圖9履帶爬墻器人再一種工作示意圖；
圖10履帶爬墻器人的俯視圖；
圖11履帶爬墻器人的直線行走示意圖；
圖12履帶爬墻器人的轉彎行走示意圖。

【具體實施方式】
[0018]以下結合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0019]本發(fā)明的機構特點:適用于現(xiàn)有發(fā)明的多種現(xiàn)有的吸附方式，包括:磁吸附，真空吸附，負壓吸附，以及仿生物腳掌的吸附方式等，也適用于目前還未發(fā)明出的吸附方式，亦能適用于現(xiàn)有發(fā)明的各種地面行走及跨障履帶架構方式。其原理具體是:不平的曲面補償，讓其對于履帶平面來說是平面的。其中的一種曲面補償方式為從履帶里伸出滑塊填補不平的曲面，以達到在履帶平面行走來說是平面的?；瑝K滑出方式分自適應補償與主動補償二種。
[0020]此處例舉此原理方案下的一種復雜曲面行走與跨障履帶爬墻機器人解決方案:滑塊吸附機構補償方案的五種【具體實施方式】。
[0021 ] 如圖1所示，在滑塊2與履帶5之間設置彈簧I，將履帶鏈作為基座使用，滑塊2通過活動關節(jié)3與吸附體4連接。
[0022]如圖2所示，該機構為標準形式，滑塊內置于基座6，可在基座6內上下移動。
[0023]如圖3所示，該機構是圖2的擴展版，針對深度的凹陷，采用的是多節(jié)式的滑塊2-1。
[0024]如圖4所示，該機構是圖2的擴展版，采用了翻轉的圖2結構，基座內的滑塊與基座外的另一滑塊連接，通過另一滑塊、活動關節(jié)與吸附體連接。
[0025]如圖5所示，該機構采用了電驅動來調節(jié)滑塊的形式，滑塊為螺桿滑塊2-2，其設置在電機升降式基座6-1內，螺桿滑塊內開有防螺桿旋轉的滑槽7或設有防螺桿旋轉的滑片或螺桿滑塊設計成圓柱體且切削一邊或幾邊為平面，與基座配套防螺桿旋轉
以上這些示圖給出有幾種形態(tài)的滑塊吸盤機構，可依據實際應用需要設計出更符合應用的滑塊吸附機構。其中的要點:a滑塊能靈活來回滑動并能承載一定的橫向與縱向力。b滑塊與吸附體之間一定要有活動關節(jié)連接。
[0026]作為更多種實施例:A:圖中所示的“吸附體”依設計的不同可分別為:真空或負壓吸盤。電磁或磁性吸盤，仿生物吸盤及任何有吸附功能的吸附體。B:活動關節(jié)也可以為其它形式的，目的是能活動適應不平面C:滑塊依承受力的強度與吸附方式可設計成空心或實心。D:滑塊及滑塊吸附機構可以是任何不同的幾何形狀。如圓柱形，多邊體，方形等。
[0027]以下描述滑塊吸附機構組合使用方式:
A:滑塊吸附機構的吸附體可安裝任何吸附方式的吸附裝置，如真空或負壓吸盤。電磁或永磁性吸盤，仿生物吸盤及任何有吸附功能的吸附裝置。依爬墻面的材質屬性可以靈活運用，如，具有磁性吸附爬墻面可用電磁吸盤，如船體，金屬罐體等；爬墻面若是氣密性好的材質，如玻璃窗，大理石或平滑磁磚面等，可用真空或負壓吸盤。爬墻面若為氣密性差的粗糙面，吸附體可選用仿生物吸附體等等。
[0028]B:滑塊體控制方式也具有多樣靈活性。較大曲面較小障礙物可用自適應方式。復雜曲面與多障礙物也可用軟件分析計算與傳感控制技術。進行精確控制每個要吸附滑塊的各種適應動作，包括滑塊滑出的長度，關節(jié)的曲面適應控制，及其中某滑塊的抓吸與放棄。障礙的跨越與躲避等。
[0029]C:滑塊滑出與復位動力:滑塊滑出與復位動力可用自適應吸力拉出，也可用氣，液，油，電磁，微電機，機械驅動(如彈簧)等各種方式。如圖1是彈簧復位自適應滑塊吸附機構。圖6給出一種精確控制滑塊體取電與控制傳輸方式，在圖6中取電基座設置有導電滑片或滑輪10，正負極供電板9設置在機器人本體上，基座上帶有控制器8。
[0030]本發(fā)明的裝置的工作方式:參見圖7、圖8和圖9。在本發(fā)明實施例中每個滑塊吸附體是獨立動作，這樣更能適應復雜面的吸附與行走。N個單滑塊吸附體組合使用，N>3。
[0031]圖7至圖9中示出:履帶爬墻機器人在凹凸墻面13上行走，其采用了滑塊吸附機構11中的滑塊為多節(jié)式，履帶爬墻機器人的驅動輪12前置。
[0032]依據圖7至圖9再次確定以下技術細節(jié):1.滑塊吸附機構安裝在履帶或復合履帶上。履帶依滑體的外形高度設計。2.傳感檢測控制滑塊滑出或自適應滑塊滑出；3.吸附裝置:帶活動關節(jié)或主動控制關節(jié)的負壓吸盤或電磁吸盤或其它吸附裝置。4.滑體機構基座是配合滑塊設計成獨立體或做在履帶載體上合為一體。5.吸盤加裝接觸感應器件或不力口。6.墻面曲面弧度過大或障礙高單滑塊機構舍棄吸附，此可用軟件控制或自適應控制方式(自適應方式為:滑塊滑出最長后觸發(fā)控制收回)。
[0033]履帶爬墻器人在行進過程中遇到表面不平整時，通過傳感檢測器件檢測到，并控制前進方向的第一個要吸附的滑塊吸附體的滑塊滑出，在滑塊長度能觸及到的面吸附體接觸到被吸附墻面，并傳回接觸到吸附面的信息，通過控制處理器輸出指令令吸附體施加吸附力。隨著履帶的轉動。控制滑塊機構給滑塊一個小的回拉力，這樣機器人本體就能帖近墻體曲面最高點上。為了避免機器人本體在行動過程中與墻面磨擦?？稍跈C器人與墻帖合面的面上增加小滾珠或小滾輪。隨著履帶的轉動，第一個滑塊吸附機構，會依次后面移動，下一個要進行吸附的吸附機構也依上面的動作完成。當吸附的滑塊吸附體一直運行到履帶平面未端。這時自適應控制或軟件控制解除吸附體的吸附力，并由施加的回拉力收回滑塊。如此循環(huán)轉動動作完成履帶爬墻器人在復雜曲面吸附行走與跨障。
[0034]整個行走過程控制相對簡單。檢測墻面，滑塊滑出，關節(jié)調整到最佳吸附面，施加吸附力吸附，滑塊回拉，未端解除吸附力，滑塊收回。(在行進過程中個別滑塊吸附機構因與墻面障礙造成無法吸附時舍棄吸附收回滑塊)
每個滑塊吸附機構可進行模糊控制，也可以進行精確的控制?？刂破浠瑝K滑出長度，吸附體與墻面接合調節(jié)，關節(jié)的方向調整，何時施加與釋放吸附力?；瑝K吸附收放及拉力的大小，行進中的滑塊長度調節(jié)及不適合況態(tài)的舍棄等等。
[0035]履帶爬墻器人的轉向方法:現(xiàn)有履帶行走的所有裝置(如坦克，起重機，挖推土機)，都是利用履帶的差動原理轉向，但這種轉向方式均不適用吸附行走的轉向要求。強行運用輕則造成吸附體與墻面損壞，重則在運行轉向中因吸附體損壞造成機器人墜落事件。為了能靈活轉向，本發(fā)明給出一種同軸同步轉動轉向方案，同時可以節(jié)省差動轉向的很多材料，簡化了方案。
[0036]原理:大小不同的二個圓在同軸轉動時繞軸線與地面夾角點圓周轉動。
[0037]應用說明:左右二邊的履帶用一個動力裝置(如內燃機，電機14)通過變速箱15驅動同步傳動軸16，同軸或轉速一樣，目的之一是保護吸附體。延長其使用壽命。減少運行過程中的損壞，如圖10。其轉向原理簡化圖參見圖11，在左右輪大小一樣時，其在地平面上直線行走。
[0038]說明:二邊的履帶都是在作變形的圓周運動，可以簡化看成二個圓。二邊履帶平行大小時，行運方向是向前的如圖11，當一個圓的直徑大于另一個時，在同軸轉動時，其向前運動時就不是直線，而是繞二個圓中心軸線與地面的夾角點進行繞夾角點的圓周運動，如圖12 ;通過簡單的公式很容易設計計算出圓周運動的半徑R。
[0039]當需要轉向時，通過改變一邊輪子或類似輪子的圓周方式滾動體的直徑，來進行。本案中的實施例是用機械控制或滑塊升降控制方式升高或降低同一邊履帶滑塊的高度，得到一邊增高的移動帶17。這樣吸盤保持原來的吸附狀態(tài)的。而在運動時因二邊是履帶同步轉動，就會依大小不同的二個圓在同軸轉動時繞軸線與地面夾角點圓周轉動。完成在吸附體不挪動不松脫的情況下進行轉向動作。
[0040]本發(fā)明方案能有效的解決履帶爬墻機器人的跨障與復雜組合曲面自由行走吸附的問題，并提供一種在履帶吸盤吸附況態(tài)下的行走轉向方案。
[0041]依本發(fā)明方案實施，產品定型易模塊化設計批量生產，維護保養(yǎng)簡易。構成簡單，控制簡單，易增大吸附面積，更可大載荷，本體小體積化，輕量化設計應用。
[0042]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明保護范圍內。
【權利要求】
1.一種履帶爬墻機器人復雜曲面吸附行走與轉向方法，其特征在于: 在吸附行走過程中，對不平的曲面進行補償，讓其對于履帶平面來說是平面的； 在轉向過程中，通過改變一邊輪子或類似輪子的圓周方式滾動體的直徑，來實現(xiàn)轉向。
2.根據權利要求1所述的一種履帶爬墻機器人復雜曲面吸附行走與轉向方法，其特征在于: 在吸附行走過程中，曲面補償方式為從履帶里伸出滑塊填補不平的曲面，以達到在履帶平面行走來說是平面的； 在轉向過程中，用滑塊升降控制方式升高或降低同一邊履帶滑塊的高度，從而來改動滾動體的直徑；所述的滑塊通過活動關節(jié)與吸附體連接。
3.根據權利要求2所述的一種履帶爬墻機器人復雜曲面吸附行走與轉向方法，其特征在于:所述的滑塊與履帶之間設置有彈簧，履帶作為基座使用。
4.根據權利要求2所述的一種履帶爬墻機器人復雜曲面吸附行走與轉向方法，其特征在于:所述的滑塊設置在基座內。
5.根據權利要求4所述的一種履帶爬墻機器人復雜曲面吸附行走與轉向方法，其特征在于:所述的滑塊有多節(jié)。
6.根據權利要求4所述的一種履帶爬墻機器人復雜曲面吸附行走與轉向方法，其特征在于:基座內的滑塊與基座外的另一滑塊連接，通過另一滑塊、活動關節(jié)與吸附體連接。
7.根據權利要求4所述的一種履帶爬墻機器人復雜曲面吸附行走與轉向方法，其特征在于:所述基座為取電基座，基座設置有導電滑片或滑輪，正負極供電板設置在機器人本體上，基座上帶有控制器。
8.根據權利要求2所述的一種履帶爬墻機器人復雜曲面吸附行走與轉向方法，其特征在于:所述的滑塊為螺桿滑塊，其設置在電機升降式基座內，螺桿滑塊內開有防螺桿旋轉的滑槽或設有防螺桿旋轉的滑片或螺桿滑塊設計成圓柱體且切削一邊或幾邊為平面，與基座配套防螺桿旋轉。
9.根據權利要求2-8中任一項所述的一種履帶爬墻機器人復雜曲面吸附行走與轉向方法，其特征在于:所述的吸附體為真空或負壓吸盤、電磁或永磁性吸盤、仿生物吸盤中的一種。
10.根據權利要求2所述的一種履帶爬墻機器人復雜曲面吸附行走與轉向方法，其特征在于: 在吸附行走過程中，履帶爬墻器人在行進過程中遇到表面不平整時，通過傳感檢測器件檢測到，并控制前進方向的第一個要吸附的滑塊吸附體的滑塊滑出，在滑塊長度能觸及到的面，吸附體接觸到被吸附墻面，并傳回接觸到吸附面的信息，通過控制處理器輸出指令令吸附體施加吸附力；隨著履帶的轉動，給滑塊一個小的回拉力，這樣機器人本體就能帖近墻體曲面最高點上，同時第一個滑塊吸附機構，會依次后面移動，下一個要進行吸附的滑塊吸附機構也依上面的動作完成，當吸附的滑塊吸附體一直運行到履帶平面未端；這時自適應或控制方法解除吸附體的吸附力，并由施加的回拉力收回滑塊，如此循環(huán)轉動動作完成履帶爬墻器人在復雜曲面吸附行走與跨障。
【文檔編號】B62D57/024GK104129448SQ201410393083
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年8月11日 優(yōu)先權日:2014年8月11日
【發(fā)明者】羅權 申請人:羅權