本發(fā)明屬于移動機器人領域，具體地說是一種模塊化可重構(gòu)爬壁機器人及其爬壁方法。

背景技術(shù)：
微小型爬壁機器人由于具有很強的應用前景，近幾年受到各國科研人員越來越多的重視?，F(xiàn)有爬壁機器人中大多采用腿足式或輪式移動機構(gòu)。腿足式移動機構(gòu)(Y.Jiang,H.G.Wang,L.J.Fang,etal,“AClimbingRobotSystemforAnti-terrorismReconnaissance,”Robot,vol.28,no.5,pp.530-535,2006.)大多采用兩條或多條腿，具有良好的穩(wěn)定性和越障能力，但控制相對復雜，運動靈活性差。輪式移動機構(gòu)(J.Z.Xiao,M.Sadegh,etal.“DesignofMobileRobotswithWallClimbingCapability,”IEEE/ASMEInternationalConferenceonAdvancedIntelligentMechatronics.Monterey,California,2005:438-443.)，一般為2-4輪，具有運動靈活快速的特點，但越障能力普遍較弱。近幾年科研人員提出了復合式移動機構(gòu)的概念(Y.L.Fu,Z.Li,etal,“DevelopmentofaWallClimbingRobotwithWheel-LegHybridLocomotionMechanism,”IEEE/ASMEInternationalConferenceonRoboticsandBiomimetics,Sanya,China,2007:1876-1881.)，試圖將兩種不同的移動機構(gòu)整合到一個爬壁機器人身上，該技術(shù)是提高爬壁機器人運動性能的一種新趨勢，但目前發(fā)展并不成熟，難以應用于實際的應用作業(yè)中。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
為了解決目前爬壁機器人移動速度和越障能力不能兼容，特別是不能在壁面和地面之間以及不同交叉壁面之間過渡等瓶頸問題，本發(fā)明的目的在于提供一種模塊化可重構(gòu)爬壁機器人及其爬壁方法。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：本發(fā)明的模塊化可重構(gòu)爬壁機器人包括機器人本體、母端對接裝置、公端對接裝置、驅(qū)動輪、驅(qū)動輪驅(qū)動電機、安裝在所述機器人本體底部的吸盤、安裝在所述機器人本體上的齒輪外殼以及分別位于該齒輪外殼內(nèi)的攝像頭、離心泵電機、離心泵、母端驅(qū)動電機和公端驅(qū)動電機，其中吸盤的內(nèi)部通過由離心泵電機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)的離心泵抽氣、形成負壓區(qū)，所述驅(qū)動輪及驅(qū)動輪驅(qū)動電機均位于吸盤內(nèi)、并分別安裝在所述機器人本體底部，該驅(qū)動輪通過驅(qū)動輪驅(qū)動電機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)、在通過吸盤保持吸附壁面的同時帶動所述爬壁機器人運動；所述母端對接裝置及公端對接裝置分別位于齒輪外殼的兩側(cè)，該母端對接裝置的一端為與所述母端驅(qū)動電機輸出端連接的母端連接桿，另一端為與另一所述爬壁機器人的公端對接裝置插接的母端套管；所述公端對接裝置的一端為與所述公端驅(qū)動電機輸出端連接的公端連接桿，另一端為與另一所述爬壁機器人的母端對接裝置插接的公端套管，所述公端套管內(nèi)安裝有直線驅(qū)動電機，該直線驅(qū)動電機的輸出端與推桿的一端相連，所述推桿的另一端抵接有可上下移動的插銷，所述推桿通過直線驅(qū)動電機的驅(qū)動往復平移、帶動所述插銷上下移動，實現(xiàn)兩爬壁機器人母端對接裝置與公端對接裝置的對接或分離。其中：所述母端套管上開有定位孔，所述公端套管上開有插銷孔，所述插銷的一端位于該插銷孔內(nèi)，另一端與所述推桿的另一端抵接；所述插銷孔外套有供插銷復位的彈簧，該彈簧的一端抵接于所述公端套管的內(nèi)壁，另一端抵接于所述插銷上設置的擋片；所述插銷由推桿帶動插入所述定位孔內(nèi)，實現(xiàn)兩爬壁機器人母端對接裝置與公端對接裝置的對接，所述插銷通過所述彈簧的彈力復位，實現(xiàn)兩爬壁機器人母端對接裝置與公端對接裝置的分離；所述推桿的另一端為錐形，其上下兩端均設有插銷；所述吸盤包括骨架、密封圈凹槽及密封圈，該骨架沿所述機器人本體底部四周設置，所述骨架的一端安裝在機器人本體的底部，另一端設有密封圈凹槽，所述密封圈容置于該密封圈凹槽內(nèi)；所述密封圈的底部由所述密封圈凹槽底部露出，且高于所述驅(qū)動輪的底部；所述吸盤內(nèi)的驅(qū)動輪包括左右對稱安裝的第一驅(qū)動輪、第二驅(qū)動輪，該第一驅(qū)動輪及第二驅(qū)動輪通過分別安裝在機器人本體底部的第一驅(qū)動輪驅(qū)動電機、第二驅(qū)動輪驅(qū)動電機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)；所述吸盤內(nèi)設有支撐輪，該支撐輪通過支撐輪固定架安裝在所述機器人本體的底部，所述支撐輪與第一驅(qū)動輪、第二驅(qū)動輪呈三角形布置；所述機器人本體上開有與吸盤內(nèi)部連通的通孔，所述離心泵的進氣口與該通孔相對；所述齒輪外殼上開有與攝像頭相對的偵查孔；所述機器人本體底部與吸盤之間設有防漏內(nèi)襯；本發(fā)明模塊化可重構(gòu)爬壁機器人的爬壁方法為：所述離心泵電機帶動離心泵旋轉(zhuǎn)，吸盤內(nèi)氣體被離心泵抽出形成負壓區(qū)，所述吸盤的底部在吸附力的作用下壓緊壁面或地面，產(chǎn)生壓縮變形；此時，所述驅(qū)動輪接觸壁面或地面，所述爬壁機器人在保持吸附壁面或地面的同時，在所述驅(qū)動輪驅(qū)動電機的驅(qū)動下在壁面或地面上移動。其中：當遇到壁面和地面之間以及不同交叉壁面時，兩所述爬壁機器人先實現(xiàn)對接，完成爬壁后再實現(xiàn)分離，步驟為：A.兩個分離的爬壁機器人、即第一爬壁機器人、第二爬壁機器人吸附在交叉面A上，通過第一爬壁機器人、第二爬壁機器人各自的驅(qū)動輪驅(qū)動電機控制第一爬壁機器人和第二爬壁機器人靠近；B.利用第一、二爬壁機器人各自的攝像頭調(diào)整位姿，使第一、二爬壁機器人對向運動；C.通過第一、二爬壁機器人各自的母端驅(qū)動電機及公端驅(qū)動電機調(diào)整第一、二爬壁機器人各自的母端對接裝置或公端對接裝置的傾斜角保持和交叉面A平行；D.待第一、二爬壁機器人的公端對接裝置分別插入第二、一爬壁機器人的母端對接裝置內(nèi)部時，第一、二爬壁機器人各自的直線驅(qū)動電機輸出軸前移，帶動推桿前進，使插銷進入母端套管，此時對接完畢，第一、二爬壁機器人構(gòu)成一個整體；當遇到交叉面凹過渡時，接下來的步驟為：E.已經(jīng)對接好的第一、二爬壁機器人構(gòu)成一個整體，第二爬壁機器人吸附交叉面A，第一爬壁機器人不再吸附交叉面A，驅(qū)動第一爬壁機器人整體靠近交叉面B；F.第二爬壁機器人的母端驅(qū)動電機及公端驅(qū)動電機工作、逆時針旋轉(zhuǎn)，使第一爬壁機器人改變姿態(tài)，直至第一爬壁機器人的吸盤的傾斜角度和交叉面B平行；G.第二爬壁機器人前進，使第一爬壁機器人的吸盤壓緊交叉面B，轉(zhuǎn)變第一、二爬壁機器人的吸附狀態(tài)，第一爬壁機器人吸附交叉面B，第二爬壁機器人不再吸附交叉面A；H.第一爬壁機器人的母端驅(qū)動電機及公端驅(qū)動電機工作、順時針旋轉(zhuǎn)，使第二爬壁機器人改變姿態(tài)，待第二爬壁機器人的吸盤與交叉面B壓緊，改變第二爬壁機器人的吸附狀態(tài)，使其吸附交叉面B，完成交叉面凹過渡；I.控制第一、二爬壁機器人的母端對接裝置、公端對接裝置分離，公端對接裝置中的直線驅(qū)動電機輸出軸后移，帶動推桿后移，插銷復位，退出母端套管，通過第一爬壁機器人、第二爬壁機器人各自的驅(qū)動輪驅(qū)動電機使第一、二爬壁機器人后移，完成分離；J.分離后的第一、二爬壁機器人作為獨立的個體在交叉面B上獨立執(zhí)行任務；當遇到交叉面凸過渡時，步驟E至步驟H為：E.已經(jīng)對接好的第一、二爬壁機器人構(gòu)成一個整體，第二爬壁機器人吸附交叉面A，第一爬壁機器人不再吸附交叉面A，驅(qū)動第二爬壁機器人整體靠近交叉面B；F.第二爬壁機器人的母端驅(qū)動電機及公端驅(qū)動電機工作、順時針旋轉(zhuǎn)，使第一爬壁機器人改變姿態(tài)，直至第一爬壁機器人的吸盤的傾斜角度和交叉面B平行；G.第二爬壁機器人后退，使第一爬壁機器人的吸盤壓緊交叉面B，轉(zhuǎn)變第一、二爬壁機器人的吸附狀態(tài)，第一爬壁機器人吸附交叉面B，第二爬壁機器人不再吸附交叉面A；H.第一爬壁機器人的母端驅(qū)動電機及公端驅(qū)動電機工作、順時針旋轉(zhuǎn)，使第二爬壁機器人改變姿態(tài)，待第二爬壁機器人的吸盤與交叉面B壓緊，改變第二爬壁機器人的吸附狀態(tài)，使其吸附交叉面B，完成交叉面凸過渡。所述第一、二爬壁機器人對接之后形成行星輪系結(jié)構(gòu)，當?shù)谝慌辣跈C器人吸附壁面，其齒輪外殼作為行星輪系結(jié)構(gòu)的太陽輪，第二爬壁機器人不吸附壁面，其齒輪外殼作為行星輪系結(jié)構(gòu)的行星輪，第一、二爬壁機器人各自的母端、公端對接裝置作為行星輪系的轉(zhuǎn)臂；當?shù)诙辣跈C器人吸附壁面，其齒輪外殼作為行星輪系結(jié)構(gòu)的太陽輪，第一爬壁機器人不吸附壁面，其齒輪外殼作為行星輪系結(jié)構(gòu)的行星輪，第一、二爬壁機器人各自的母端、公端對接裝置作為行星輪系的轉(zhuǎn)臂。本發(fā)明的優(yōu)點與積極效果為：1.本發(fā)明的模塊化可重構(gòu)爬壁機器人，兩個爬壁機器人不需要永遠固連在一起，而是可以分開獨立操作，必要情況下再對接完成任務，該方式不但提高了工作效率，還降低了結(jié)構(gòu)的復雜性，提高了機器人的運動性能。2.本發(fā)明模塊化可重構(gòu)爬壁機器人的吸盤采用彈性的密封圈設計，在粗糙墻壁面和曲面依然能夠保持很好的密封性。3.本發(fā)明的兩個爬壁機器人在對接之后，形成了一個行星輪系結(jié)構(gòu)，將輪式移動機構(gòu)移動速度快和腿足式移動機構(gòu)越障能力強的優(yōu)點有機結(jié)合在一起。4.本發(fā)明的爬壁機器人對有障礙情形下的壁面攀爬有良好的適應性，在反恐偵查、消防、搜救等領域有著廣泛的應用前景和重要的經(jīng)濟效益。附圖說明圖1a為本發(fā)明模塊化可重構(gòu)爬壁機器人的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖1b為圖1a中去掉齒輪外殼后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明模塊化可重構(gòu)爬壁機器人密封裝置和輪式結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明模塊化可重構(gòu)爬壁機器人對接裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4a為兩個本發(fā)明模塊化可重構(gòu)爬壁機器人對接后形成的行星輪系的結(jié)構(gòu)示意圖之一；圖4b為兩個本發(fā)明模塊化可重構(gòu)爬壁機器人對接后形成的行星輪系的結(jié)構(gòu)示意圖之二；圖5a為本發(fā)明模塊化可重構(gòu)爬壁機器人在交叉壁面凹過渡的示意圖之一；圖5b為本發(fā)明模塊化可重構(gòu)爬壁機器人在交叉壁面凹過渡的示意圖之二；圖5c為本發(fā)明模塊化可重構(gòu)爬壁機器人在交叉壁面凹過渡的示意圖之三；圖5d為本發(fā)明模塊化可重構(gòu)爬壁機器人在交叉壁面凹過渡的示意圖之四；圖5e為本發(fā)明模塊化可重構(gòu)爬壁機器人在交叉壁面凹過渡的示意圖之五；圖5f為本發(fā)明模塊化可重構(gòu)爬壁機器人在交叉壁面凹過渡的示意圖之六；圖5g為本發(fā)明模塊化可重構(gòu)爬壁機器人在交叉壁面凹過渡的示意圖之七；圖6a為本發(fā)明模塊化可重構(gòu)爬壁機器人在交叉壁面凸過渡的示意圖之一；圖6b為本發(fā)明模塊化可重構(gòu)爬壁機器人在交叉壁面凸過渡的示意圖之二；圖6c為本發(fā)明模塊化可重構(gòu)爬壁機器人在交叉壁面凸過渡的示意圖之三；圖6d為本發(fā)明模塊化可重構(gòu)爬壁機器人在交叉壁面凸過渡的示意圖之四；圖6e為本發(fā)明模塊化可重構(gòu)爬壁機器人在交叉壁面凸過渡的示意圖之五；圖6f為本發(fā)明模塊化可重構(gòu)爬壁機器人在交叉壁面凸過渡的示意圖之六；圖6g為本發(fā)明模塊化可重構(gòu)爬壁機器人在交叉壁面凸過渡的示意圖之七；其中：1為齒輪外殼，201為第一側(cè)板，202為第二側(cè)板，3為機器人本體，4為防漏內(nèi)襯，5為吸盤，501為骨架，502為密封圈凹槽，503為密封圈，6為母端連接軸，7為母端對接裝置，8為公端對接裝置，9為攝像頭，10為偵查孔，11為控制板，12為攝像頭支架，13為公端連接軸，14為離心泵支架，15為離心泵電機調(diào)速器，16為離心泵電機，17為離心泵，1801為第一驅(qū)動輪固定架，1802為第二驅(qū)動輪固定架，1901為第一驅(qū)動輪，1902為第二驅(qū)動輪，2001為第一驅(qū)動輪驅(qū)動電機，2002為第二驅(qū)動輪驅(qū)動電機，21為通孔，22為支撐輪固定架，23為支撐輪，24為母端連接桿，25為母端套管，2601為第一定位孔，2602為第二定位孔，27為公端連接桿，28為公端套管，29為直線驅(qū)動電機，30為推桿，3101為第一彈簧，3102為第二彈簧，3201為第一插銷，3202為第二插銷，3301為第一插銷孔，3302...