一種模塊化可重構(gòu)爬壁機(jī)器人及其爬壁方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于移動(dòng)機(jī)器人領(lǐng)域，具體地說是一種模塊化可重構(gòu)爬壁機(jī)器人及其爬壁方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微小型爬壁機(jī)器人由于具有很強(qiáng)的應(yīng)用前景，近幾年受到各國(guó)科研人員越來越多的重視?，F(xiàn)有爬壁機(jī)器人中大多采用腿足式或輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)。腿足式移動(dòng)機(jī)構(gòu)(Y.Jiang, H.G.Wang, L.J.Fang, et al, “A Cl imbing Robot System for Ant 1-terrorism Reconnaissance, ” Robot, vol.28，n0.5，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(duì)復(fù)雜，運(yùn)動(dòng)靈活性差。輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)(J.Z.Xiao, M.Sadegh, etal.“Des ign of Mobi Ie Robots with Wal I Cl imbing Capabi I i ty, ”IEEE/ASMEInternat 1nal Conference on Advanced Intel I igent Mechatronics.Monterey, California, 2005:438-443.)，一般為2_4輪，具有運(yùn)動(dòng)靈活快速的特點(diǎn)，但越障能力普遍較弱。近幾年科研人員提出了復(fù)合式移動(dòng)機(jī)構(gòu)的概念(Y.L.Fu, Z.Li, et al, “Developmentof a Wal I Cl imbing Robot with Wheel-Leg Hybrid Locomot 1n Mechanism,，，IEEE/ASME Internat 1nal Conference on Robotics and B1mimet ics,Sanya, China, 2007:1876-1881.)，試圖將兩種不同的移動(dòng)機(jī)構(gòu)整合到一個(gè)爬壁機(jī)器人身上，該技術(shù)是提高爬壁機(jī)器人運(yùn)動(dòng)性能的一種新趨勢(shì)，但目前發(fā)展并不成熟，難以應(yīng)用于實(shí)際的應(yīng)用作業(yè)中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決目前爬壁機(jī)器人移動(dòng)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(jī)器人及其爬壁方法。
[0004]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:
[0005]本發(fā)明的模塊化可重構(gòu)爬壁機(jī)器人包括機(jī)器人本體、母端對(duì)接裝置、公端對(duì)接裝置、驅(qū)動(dòng)輪、驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)、安裝在所述機(jī)器人本體底部的吸盤、安裝在所述機(jī)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(jī)、離心泵、母端驅(qū)動(dòng)電機(jī)和公端驅(qū)動(dòng)電機(jī)，其中吸盤的內(nèi)部通過由離心泵電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)的離心泵抽氣、形成負(fù)壓區(qū)，所述驅(qū)動(dòng)輪及驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)均位于吸盤內(nèi)、并分別安裝在所述機(jī)器人本體底部，該驅(qū)動(dòng)輪通過驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)、在通過吸盤保持吸附壁面的同時(shí)帶動(dòng)所述爬壁機(jī)器人運(yùn)動(dòng)；所述母端對(duì)接裝置及公端對(duì)接裝置分別位于齒輪外殼的兩側(cè)，該母端對(duì)接裝置的一端為與所述母端驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出端連接的母端連接桿，另一端為與另一所述爬壁機(jī)器人的公端對(duì)接裝置插接的母端套管；所述公端對(duì)接裝置的一端為與所述公端驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出端連接的公端連接桿，另一端為與另一所述爬壁機(jī)器人的母端對(duì)接裝置插接的公端套管，所述公端管內(nèi)安裝有直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)，該直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)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(dòng)的插銷，所述推桿通過直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)往復(fù)平移、帶動(dòng)所述插銷上下移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)兩爬壁機(jī)器人母端對(duì)接裝置與公端對(duì)接裝置的對(duì)接或分離。
[0006]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(fù)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(shè)置的擋片；所述插銷由推桿帶動(dòng)插入所述定位孔內(nèi)，實(shí)現(xiàn)兩爬壁機(jī)器人母端對(duì)接裝置與公端對(duì)接裝置的對(duì)接，所述插銷通過所述彈簧的彈力復(fù)位，實(shí)現(xiàn)兩爬壁機(jī)器人母端對(duì)接裝置與公端對(duì)接裝置的分離；所述推桿的另一端為錐形，其上下兩端均設(shè)有插銷；
[0007]所述吸盤包括骨架、密封圈凹槽及密封圈，該骨架沿所述機(jī)器人本體底部四周設(shè)置，所述骨架的一端安裝在機(jī)器人本體的底部，另一端設(shè)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(dòng)輪的底部;
[0008]所述吸盤內(nèi)的驅(qū)動(dòng)輪包括左右對(duì)稱安裝的第一驅(qū)動(dòng)輪、第二驅(qū)動(dòng)輪，該第一驅(qū)動(dòng)輪及第二驅(qū)動(dòng)輪通過分別安裝在機(jī)器人本體底部的第一驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)、第二驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)；所述吸盤內(nèi)設(shè)有支撐輪，該支撐輪通過支撐輪固定架安裝在所述機(jī)器人本體的底部，所述支撐輪與第一驅(qū)動(dòng)輪、第二驅(qū)動(dòng)輪呈三角形布置；
[0009]所述機(jī)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(jìn)氣口與該通孔相對(duì)；所述齒輪外殼上開有與攝像頭相對(duì)的偵查孔；所述機(jī)器人本體底部與吸盤之間設(shè)有防漏內(nèi)襯；
[0010]本發(fā)明模塊化可重構(gòu)爬壁機(jī)器人的爬壁方法為:
[0011]所述離心泵電機(jī)帶動(dòng)離心泵旋轉(zhuǎn)，吸盤內(nèi)氣體被離心泵抽出形成負(fù)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(shí)，所述驅(qū)動(dòng)輪接觸壁面或地面，所述爬壁機(jī)器人在保持吸附壁面或地面的同時(shí)，在所述驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下在壁面或地面上移動(dòng)。
[0012]其中:當(dāng)遇到壁面和地面之間以及不同交叉壁面時(shí)，兩所述爬壁機(jī)器人先實(shí)現(xiàn)對(duì)接，完成爬壁后再實(shí)現(xiàn)分離，步驟為:
[0013]A.兩個(gè)分離的爬壁機(jī)器人、即第一爬壁機(jī)器人、第二爬壁機(jī)器人吸附在交叉面A上，通過第一爬壁機(jī)器人、第二爬壁機(jī)器人各自的驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制第一爬壁機(jī)器人和第二爬壁機(jī)器人靠近；
[0014]B.利用第一、二爬壁機(jī)器人各自的攝像頭調(diào)整位姿，使第一、二爬壁機(jī)器人對(duì)向運(yùn)動(dòng)；
[0015]C.通過第一、二爬壁機(jī)器人各自的母端驅(qū)動(dòng)電機(jī)及公端驅(qū)動(dòng)電機(jī)調(diào)整第一、二爬壁機(jī)器人各自的母端對(duì)接裝置或公端對(duì)接裝置的傾斜角保持和交叉面A平行；
[0016]D.待第一、二爬壁機(jī)器人的公端對(duì)接裝置分別插入第二、一爬壁機(jī)器人的母端對(duì)接裝置內(nèi)部時(shí)，第一、二爬壁機(jī)器人各自的直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸前移，帶動(dòng)推桿前進(jìn)，使插銷進(jìn)入母端套管，此時(shí)對(duì)接完畢，第一、二爬壁機(jī)器人構(gòu)成一個(gè)整體；
[0017]當(dāng)遇到交叉面凹過渡時(shí)，接下來的步驟為:
[0018]E.已經(jīng)對(duì)接好的第一、二爬壁機(jī)器人構(gòu)成一個(gè)整體，第二爬壁機(jī)器人吸附交叉面A，第一爬壁機(jī)器人不再吸附交叉面A，驅(qū)動(dòng)第一爬壁機(jī)器人整體靠近交叉面B ；
[0019]F.第二爬壁機(jī)器人的母子端驅(qū)動(dòng)電機(jī)及公端驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作、逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，使第一爬壁機(jī)器人改變姿態(tài)，直至第一爬壁機(jī)器人的吸盤的傾斜角度和交叉面B平行；
[0020]G.第二爬壁機(jī)器人前進(jìn)，使第一爬壁機(jī)器人的吸盤壓緊交叉面B，轉(zhuǎn)變第一、二爬壁機(jī)器人的吸附狀態(tài)，第一爬壁機(jī)器人吸附交叉面B，第二爬壁機(jī)器人不再吸附交叉面A ；
[0021]H.第一爬壁機(jī)器人的母子端驅(qū)動(dòng)電機(jī)及公端驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作、順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，使第二爬壁機(jī)器人改變姿態(tài)，待第二爬壁機(jī)器人的吸盤與交叉面B壓緊，改變第二爬壁機(jī)器人的吸附狀態(tài)，使其吸附交叉面B，完成交叉面凹過渡；
[0022]1.控制第一、二爬壁機(jī)器人的母端對(duì)接裝置、公端對(duì)接裝置分離，公端對(duì)接裝置中的直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸后移，帶動(dòng)推桿后移，插銷復(fù)位，退出母端套管，通過第一爬壁機(jī)器人、第二爬壁機(jī)器人各自的驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)使第一、二爬壁機(jī)器人后移，完成分離；
[0023]J.分離后的第一、二爬壁機(jī)器人作為獨(dú)立的個(gè)體在交叉面B上獨(dú)立執(zhí)行任務(wù)；
[0024]當(dāng)遇到交叉面凸過渡時(shí)，步驟E至步驟H為:
[0025]E.已經(jīng)對(duì)接好的第一、二爬壁機(jī)器人構(gòu)成一個(gè)整體，第二爬壁機(jī)器人吸附交叉面A，第一爬壁機(jī)器人不再吸附交叉面A，驅(qū)動(dòng)第二爬壁機(jī)器人整體靠近交叉面B ；
[0026]F.第二爬壁機(jī)器人的母子端驅(qū)動(dòng)電機(jī)及公端驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作、順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，使第一爬壁機(jī)器人改變姿態(tài)，直至第一爬壁機(jī)器人的吸盤的傾斜角度和交叉面B平行；
[0027]G.第二爬壁機(jī)器人后退，使第一爬壁機(jī)器人的吸盤壓緊交叉面B，轉(zhuǎn)變第一、二爬壁機(jī)器人的吸附狀態(tài)，第一爬壁機(jī)器人吸附交叉面B，第二爬壁機(jī)器人不再吸附交叉面A ；
[0028]H.第一爬壁機(jī)器人的母子端驅(qū)動(dòng)電機(jī)及公端驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作、順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，使第二爬壁機(jī)器人改變姿態(tài)，待第二爬壁機(jī)器人的吸盤與交叉面B壓緊，改變第二爬壁機(jī)器人的吸附狀態(tài)，使其吸附交叉面B，完成交叉面凸過渡。
[0029]10.按權(quán)利要求9所述的爬壁方法，其特征在于:所述第一、二爬壁機(jī)器人對(duì)接之后形成行星輪系結(jié)構(gòu)，當(dāng)?shù)谝慌辣跈C(jī)器人吸附壁面，其齒輪外殼