專利名稱：一種模塊化可重構(gòu)蠕蟲式爬壁機器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種爬壁機器人，更特別地說，是指一種將模塊化設(shè)計的多個吸附關(guān) 節(jié)相接形成可重構(gòu)蠕蟲式爬壁機器人。
背景技術(shù)：
爬壁機器人根據(jù)在非鐵磁性壁面上吸附的原理，可以劃分為三種①真空抽吸裝 置——靠高速氣流的抽吸作用排除吸盤固定密閉空間內(nèi)的氣體形成真空；②擴容真空 裝置——利用定質(zhì)量氣體增加容積減低壓力的原理在密封腔(吸盤)內(nèi)產(chǎn)生真空；③ 旋翼吸附——借助螺旋槳旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的矢量推力把機器人壓向壁面。
總的來說，在面向小型化設(shè)計時，它們都暴露出一些共性問題
(1) 本征矛盾與地面移動相比，壁面移動的難點在重力的影響。在壁面上， 吸附和移動兩者始終構(gòu)成一對矛盾防止跌落，吸盤就須臾不可脫離墻壁，這有賴于
足夠的摩擦力，而獲得它的代價是必須保持強大的正壓力；但是要移動，吸盤又不得
不克服摩擦力沿壁面做切向滑動。機器人正向壓迫壁面越重，摩擦力越大，就越安全， 但是移動就越困難，顯然這是一種"內(nèi)斗"、"內(nèi)耗"，降低了能量的利用效率。
(2) 尺度效應(yīng)如同飛行器，在翼展〈150mw后，傳統(tǒng)飛行理論已經(jīng)不再適 用，而需要低雷諾數(shù)、非定常條件下的氣動力學(xué)理論，機翼也應(yīng)該改成撲翼。為了提 供足夠的吸附力以及適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)，上述①、②兩種吸附方式都需要相對較大的平 面吸盤面積，否則無法可靠地吸附。爬壁機器人在小型化時同樣面臨所謂"尺度效應(yīng)" 的困難，需要有創(chuàng),新的吸附理論來化解。
(3) 真空的維持吸盤難免泄漏，而吸附力對泄漏十分敏感，因此國內(nèi)外幾十 種有代表性的爬壁機器人中不乏巧妙的設(shè)計用以維系原來已經(jīng)形成的真空環(huán)境，不過 為此也付出了高昂的代價。如果面對粗糙壁面(工作面)，如瓷磚、水泥砂漿、馬賽 克、土磚墻等，泄漏更是一個困擾因素。眾所周知，按照目前氣路設(shè)計的水平，為了 構(gòu)建和維持真空環(huán)境，大量氣流被白白地排空到大氣中，能源的利用率不會大于20 %。小型爬壁機器人具有輕巧、低功耗、低危險性等特點，因此被廣泛應(yīng)用于建筑檢 測、城市搜救以及對未知環(huán)境的探測等。但由于其工作表面大多為復(fù)雜曲面，并需要 克服重力，已有的爬壁機器人很難兼顧結(jié)構(gòu)輕巧和運動靈活。發(fā) 明 內(nèi) 容
為了解決小型爬壁機器人自由度低、越障能力差和運動靈活性弱等問題，本發(fā)明 設(shè)計出了一種模塊化可重構(gòu)蠕蟲式爬壁機器人。該機器人采用多個結(jié)構(gòu)相同的吸附關(guān) 節(jié)相接成可重構(gòu)蠕蟲式爬壁機器人，在前行方向上，通過多個吸附關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)動作使各 自的吸盤與工作面接觸或分離，從而達到前進和轉(zhuǎn)向的目的。本發(fā)明應(yīng)用模塊化設(shè)計 理念，對于每一個吸附關(guān)節(jié)采用相同的結(jié)構(gòu)，提高了機器人關(guān)節(jié)模塊的互換性，降低 了制造成本，減少了機械加工周期。
本發(fā)明的一種模塊化可重構(gòu)蠕蟲式爬壁機器人，該爬壁機器人的相鄰兩個吸附關(guān)
節(jié)為正交連接；即A吸附關(guān)節(jié)上的舵機的驅(qū)動軸沿x軸方向放置，B吸附關(guān)節(jié)上的 舵機的驅(qū)動軸沿y軸方向放置，C吸附關(guān)節(jié)上的舵機的驅(qū)動軸沿x軸方向放置，D 吸附關(guān)節(jié)上的舵機的驅(qū)動軸沿y軸方向放置，E吸附關(guān)節(jié)上的舵機的驅(qū)動軸沿x軸方 向放置，F(xiàn)吸附關(guān)節(jié)上的舵機的驅(qū)動軸沿y軸方向放置，G吸附關(guān)節(jié)上的舵機的驅(qū)動 軸沿x軸方向放置；
A吸附關(guān)節(jié)、B吸附關(guān)節(jié)、C吸附關(guān)節(jié)、D吸附關(guān)節(jié)、E吸附關(guān)節(jié)、F吸附關(guān)節(jié) 和G吸附關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)相同；
A吸附關(guān)節(jié)包括有骨架、定位塊、A舵盤、B舵盤、吸排組件和舵機；A舵盤與 B舵盤結(jié)構(gòu)相同；
骨架為一體成型件，骨架上設(shè)有支撐體和A半環(huán)凸耳、B半環(huán)凸耳、C半環(huán)凸 耳和D半環(huán)凸耳四個半環(huán)凸耳，四個半環(huán)凸耳分別置于支撐體的前端；
在支撐體的前端設(shè)有A半環(huán)凸耳、B半環(huán)凸耳、C半環(huán)凸耳、D半環(huán)凸耳，且A 半環(huán)凸耳與C半環(huán)凸耳對稱，B半環(huán)凸耳與D半環(huán)凸耳對稱；
A半環(huán)凸耳上設(shè)有A光孔，A半環(huán)凸耳的端部設(shè)有A半環(huán)口，該A半環(huán)口用于
與相鄰吸附關(guān)節(jié)上的一個舵盤配合；
B半環(huán)凸耳上設(shè)有B光孔，該B光孔用于與B舵盤上的H通孔配合實現(xiàn)B舵盤 與B半環(huán)凸耳的連接；B半環(huán)凸耳的端部設(shè)有B半環(huán)口，該B半環(huán)口用于與B舵盤 的B圓凸臺的定位；B舵盤的B軸孔內(nèi)連接有舵機的隨動軸；
C半環(huán)凸耳上設(shè)有C光孔，C半環(huán)凸耳的端部為C半環(huán)口，該C半環(huán)口用于與 相鄰吸附關(guān)節(jié)上的另 一個舵盤配合；D半環(huán)凸耳上設(shè)有D光孔，該D光孔用于與A舵盤上的G通孔配合實現(xiàn)A舵盤 與D半環(huán)凸耳的連接；D半環(huán)凸耳的端部設(shè)有D半環(huán)口，該D半環(huán)口用于與A舵盤 的A圓凸臺的定位；A舵盤的A軸孔內(nèi)連接有舵機的驅(qū)動軸；
在支撐體的上面板上設(shè)有A通孔，該A通孔用于A導(dǎo)柱穿過，且A導(dǎo)柱的A擋 塊與上面板粘接；
在支撐體的下面板上^:有B通孔，該B通孔用于B導(dǎo)柱穿過，且B導(dǎo)柱的B擋 塊與下面板粘接；
在支撐體的左面板上設(shè)有橢圓孔，該橢圓孔的圓周設(shè)有四個螺紋孔，該螺紋孔與 定位塊上的E通孔配合實現(xiàn)定位塊安裝在支撐體的左面板上；在支撐體的左面板的 背面平行設(shè)有D限位塊、C限位塊；
在支撐體的右面板的背面平行設(shè)有A限位塊、B限位塊；該A限位塊與B限位 塊，D限位塊與C限位塊形成一個空腔，該空腔用于放置舵機，且起到對舵機的定 位，舵機安裝在定位塊上；
在支撐體的后端設(shè)有A凹形面和B凹形面，A凹形面位于A限位塊與B限位塊 之間，B凹形面位于D限位塊與C限位塊之間；該A凹形面和B凹形面能夠消除舵 機與骨架在轉(zhuǎn)動時的機械干涉；
吸排組件由A吸盤、B吸盤、氣泵、兩位單通閥、A導(dǎo)柱和B導(dǎo)柱組成；
A吸盤上設(shè)有C通孔、連接端，C通孔用于A導(dǎo)柱穿過；
B吸盤上設(shè)有D通孔、連接端，D通孔用于B導(dǎo)柱穿過；
氣泵的進氣口通過一軟管與氣泵的A接口連通；
兩位單通閥的控制正端和控制負端分別與5F電壓的正、負端連接，兩位單通閥 的A接口通過A軟管與氣泵的進氣口聯(lián)通，兩位單通闊的B接口上連接B軟管的一 端，B軟管的另一端穿過B導(dǎo)柱的B導(dǎo)氣孔后連接在B吸盤上，兩位單通閥的C接 口與大氣導(dǎo)通；
A導(dǎo)柱的中心設(shè)有A導(dǎo)氣孔，A導(dǎo)柱的上端設(shè)有A凸緣，該A凸緣與A吸盤的 C通孔配合，A導(dǎo)柱的下端設(shè)有A擋塊，該A擋塊安裝在支撐體的上面板上的A通 孔處，A凸緣與A擋塊之間是A圓柱段，該A圓柱段裝配在A吸盤的連接端上；B導(dǎo)柱的中心設(shè)有B導(dǎo)氣孔，B導(dǎo)柱的上端設(shè)有B凸緣，該B凸緣與B吸盤的 D通孔配合，B導(dǎo)柱的下端設(shè)有B擋塊，該B擋塊安裝在支撐體的下面板上的B通 孔處，B凸緣與B擋塊之間是B圓柱段，該B圓柱段裝配在B吸盤的連接端上；
定位塊為一體成型件，該定位塊為"丁"字形；定位塊的安裝板的四個角上設(shè)有 四個E通孔，通過螺釘穿過該E通孔后與A螺紋孔連接，從而實現(xiàn)將定位塊安裝在 支撐體的左面板上；定位塊的安裝板的中心位置處設(shè)有兩個F通孔，且該F通孔貫 穿橢圓柱，通過長螺釘順次穿過該F通孔、舵機上的安裝孔后連接一螺母實現(xiàn)舵機 固定安裝在定位塊的橢圓柱的端面上；
A舵盤的中心設(shè)有A軸孔，該A軸孔內(nèi)用于放置相鄰吸附關(guān)節(jié)的驅(qū)動軸；A舵盤 上設(shè)有A圓凸臺、A外緣，A圓凸臺與A外緣為同心，A外緣的圓周上設(shè)有四個G通 孔，該四個G通孔中有三個G通孔與D半環(huán)凸耳上的三個D光孔配合，通過螺釘實 現(xiàn)將A舵盤安裝在D半環(huán)凸耳上；
B舵盤的中心設(shè)有B軸孔，該B軸孔內(nèi)用于放置相鄰吸附關(guān)節(jié)的隨動軸；B舵盤 上設(shè)有B圓凸臺、B外緣，B圓凸臺與B外緣為同心，B外緣的圓周上設(shè)有四個H 通孔，該四個通孔中有三個H通孔與B半環(huán)凸耳上的三個B光孔配合，通過螺釘實 現(xiàn)將B舵盤安裝在B半環(huán)凸耳上。
本發(fā)明的一種模塊化可重構(gòu)蠕蟲式爬壁機器人的優(yōu)點在于
(1) 相同模塊化的吸附關(guān)節(jié)，便于實現(xiàn)機器人的可重構(gòu)。
(2) 相鄰兩個吸附關(guān)節(jié)正交連接(即保證相鄰兩個吸附關(guān)節(jié)的舵機的驅(qū)動軸垂直) 構(gòu)成了機器人的串聯(lián)蠕蟲式結(jié)構(gòu)，使得機器人具有多自由度的特征。
(3) 采用七個或七個以上結(jié)構(gòu)相同的吸附關(guān)節(jié)相接構(gòu)成蠕蟲式機器人，增強了機器 人的運動靈活性、吸附可靠性和越障能力。
(4) 每個吸附關(guān)節(jié)設(shè)計有獨立的骨架，骨架內(nèi)安裝有兩位單通閥和氣泵，使吸盤的 吸排氣與舵機的轉(zhuǎn)動互不干涉。
(5) 每個吸附關(guān)節(jié)中設(shè)計兩個對稱安裝的吸盤，提高了吸附能力和機械結(jié)構(gòu)的緊湊 性。
(6) 舵機安裝在骨架內(nèi)部，減小了吸附關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)力臂，增加了壓縮吸盤的作用力， 降低了能耗，延長了舵機使用壽命。


圖1是采用七個吸附關(guān)節(jié)構(gòu)成的本發(fā)明蠕蟲式爬壁機器人的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是本發(fā)明吸附關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)圖。
圖2A是本發(fā)明吸附關(guān)節(jié)的另一視角結(jié)構(gòu)圖。
圖3是本發(fā)明骨架的結(jié)構(gòu)圖。
圖3A是本發(fā)明骨架的另一視角結(jié)構(gòu)圖。
圖4是本發(fā)明吸排組件的結(jié)構(gòu)圖。
圖4A是本發(fā)明吸排組件的分解圖。
圖5是本發(fā)明定位塊與舵機的裝配圖。
圖5A是本發(fā)明定位塊的結(jié)構(gòu)圖。
圖6是本發(fā)明A舵盤的結(jié)構(gòu)圖。
圖7是本發(fā)明B舵盤的結(jié)構(gòu)圖。
圖中 l.A吸附關(guān)節(jié) 2.B吸附關(guān)節(jié) 3.C吸附關(guān)節(jié)
4.D吸附關(guān)節(jié)5.E吸附關(guān)節(jié) 6.F吸附關(guān)節(jié) 7.G吸附關(guān)節(jié)8.骨架801.支撐體802.A通孔803.B通孔804.橢圓孔
805.螺紋孔806.A凹形面807,B凹形面851.上面板852.下面板853.左面板854.右面板81.A半環(huán)凸耳81a.A光孔81b.A半環(huán)口
82.B半環(huán)凸耳82a.B光孔82b.B半環(huán)口83.C半環(huán)凸耳83a.C光孔
83b.C半環(huán)口84.D半環(huán)凸耳84a.D光孔84b.D半環(huán)口85.A限位塊
86.B限位塊87.C限位塊88.D限位塊8a.定位塊8a-l.安裝板
8a-2.橢圓柱8a-3.E通孔8a-4.F通孔8b.A舵盤8b-l.A圓凸臺
8b-2.A外緣8b-3.A軸孔8b-4.G通孔8c.B舵盤8c-l.B圓凸臺
8c-2.B外緣8c-3.B軸孔8c-4.H通孔9.吸排組件91.A吸盤
911.C通孔912.連接端92.B吸盤921.D通孔922.連接端
93.氣泵931.進氣口932.排氣口94.兩位單通閥941.A接口
942.B接口943.C接口944.控制正端945.控制負端95.A導(dǎo)柱
951.A導(dǎo)氣孔952.A凸緣953.A擋塊954.A圓柱段96.B導(dǎo)柱
961.B導(dǎo)氣孔962.B凸緣963.B擋塊964.B圓柱段
10.舵機lOa.驅(qū)動軸10b.隨動軸10c.安裝孔
具體實施例方式
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明。
本發(fā)明是一種模塊化可重構(gòu)蠕蟲式爬壁機器人，該爬壁機器人的相鄰兩個吸附關(guān) 節(jié)為正交連接，若為七個吸附關(guān)節(jié)構(gòu)成的蠕蟲式爬壁機器人的正交連接為(參見圖1 所示)A吸附關(guān)節(jié)1上的舵機10的驅(qū)動軸10a沿x軸方向放置，B吸附關(guān)節(jié)2上 的舵機的驅(qū)動軸沿y軸方向放置，C吸附關(guān)節(jié)3上的舵機的驅(qū)動軸沿x軸方向放置， D吸附關(guān)節(jié)4上的舵機的驅(qū)動軸沿y軸方向放置，E吸附關(guān)節(jié)5上的舵機的驅(qū)動軸 沿x軸方向放置，F(xiàn)吸附關(guān)節(jié)6上的舵機的驅(qū)動軸沿y軸方向放置，G吸附關(guān)節(jié)7 上的舵機的驅(qū)動軸沿x軸方向放置。在本發(fā)明中，蠕蟲式爬壁機器人在x軸方向至 少應(yīng)當(dāng)放置三個，那么在y軸方向上則至少應(yīng)當(dāng)放置四個，這樣才能實現(xiàn)一個蠕蟲式 爬壁機器人的功能。
在本發(fā)明中，參見圖1所示，七個吸附關(guān)節(jié)的連接關(guān)系為
A吸附關(guān)節(jié)1的A舵盤8b與B吸附關(guān)節(jié)2上的舵機的驅(qū)動軸軸孔連接，A吸 附關(guān)節(jié)1的B舵盤8c與B吸附關(guān)節(jié)2上的舵機的隨動軸軸孔連接，從而實現(xiàn)A吸 附關(guān)節(jié)1與B吸附關(guān)節(jié)2的轉(zhuǎn)動連接。
由于本發(fā)明為模塊化設(shè)計，且七個吸附關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)相同，因此根據(jù)A吸附關(guān)節(jié)1 分別與B吸附關(guān)節(jié)2的轉(zhuǎn)動連接,可以得到B吸附關(guān)節(jié)2與C吸附關(guān)節(jié)3的轉(zhuǎn)動連 接、C吸附關(guān)節(jié)3與D吸附關(guān)節(jié)4的轉(zhuǎn)動連接、D吸附關(guān)節(jié)4與E吸附關(guān)節(jié)5的轉(zhuǎn) 動連接、E吸附關(guān)節(jié)5與F吸附關(guān)節(jié)6的轉(zhuǎn)動連接、F吸附關(guān)節(jié)6與G吸附關(guān)節(jié)7 的轉(zhuǎn)動連接。
參見圖2、圖2A所示，本發(fā)明中的A吸附關(guān)節(jié)l包括有骨架8、定位塊8a、 A 舵盤8b、 B舵盤8c、吸排組件9和舵機10。 A舵盤8b與B舵盤8c結(jié)構(gòu)相同，A 舵盤8b與B吸附關(guān)節(jié)2的舵機的驅(qū)動軸軸孔連接，B舵盤8c與B吸附關(guān)節(jié)2的舵
機的隨動軸軸孔連接。
舵機10為外購件，舵機10上有驅(qū)動軸和隨動軸。舵機10的扭矩為12.5^^cw， 角速度為60度/0.1秒。 (一)骨架8
參見圖3、圖3A所示，骨架8為一體成型件，骨架8上設(shè)有支撐體801和四 個半環(huán)凸耳(A半環(huán)凸耳81、 B半環(huán)凸耳82、 C半環(huán)凸耳83和D半環(huán)凸耳84)， 四個半環(huán)凸耳分別置于支撐體801的前端。支撐體801作為承重件，相對設(shè)置(x 軸、y軸)的兩個半環(huán)凸耳上連接舵盤后作為轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)。在支撐體801的前端設(shè)有A半環(huán)凸耳81、 B半環(huán)凸耳82、 C半環(huán)凸耳83、 D 半環(huán)凸耳84，且A半環(huán)凸耳81與C半環(huán)凸耳83對稱，B半環(huán)凸耳82與D半環(huán) 凸耳84對稱。
A半環(huán)凸耳81上設(shè)有A光孔81a， A半環(huán)凸耳81的端部設(shè)有A半環(huán)口 81b， 該A半環(huán)口 81b用于與相鄰吸附關(guān)節(jié)上的一個舵盤配合。
B半環(huán)凸耳82上設(shè)有B光孔82a，該B光孔82a用于與B舵盤8c上的H通 孔8c-4配合實現(xiàn)B舵盤8c與B半環(huán)凸耳82的連接；B半環(huán)凸耳82的端部設(shè)有 B半環(huán)口 82b,該B半環(huán)口 82b用于與B舵盤8c的B圓凸臺8c-1的定位；B舵 盤8c的B軸孔8c-3內(nèi)連接有舵機的隨動軸。
C半環(huán)凸耳83上設(shè)有C光孔83a, C半環(huán)凸耳83的端部為C半環(huán)口 83b, 該C半環(huán)口 83b用于與相鄰吸附關(guān)節(jié)上的另一個舵盤配合。
D半環(huán)凸耳84上設(shè)有D光孔84a，該D光孔84a用于與A舵盤8b上的G通 孔8b-4配合實現(xiàn)A舵盤8b與D半環(huán)凸耳84的連接；D半環(huán)凸耳84的端部設(shè)有 D半環(huán)口84b，該D半環(huán)口84b用于與A舵盤8b的A圓凸臺8b-l的定位；A舵 盤8b的A軸孔8b-3內(nèi)連接有舵機的驅(qū)動軸。
在支撐體801的上面板851上設(shè)有A通孔802，該A通孔802用于A導(dǎo)柱95 穿過，且A導(dǎo)柱95的A擋塊951與上面板851粘接。
在支撐體801的下面板852上設(shè)有B通孔803，該B通孔803用于B導(dǎo)柱96穿 過，且B導(dǎo)柱96的B擋塊961與下面板852粘接。
在支撐體801的左面板853上設(shè)有橢圓孔804，該橢圓孔804的圓周設(shè)有四個螺 紋孔805，該螺紋孔805與定位塊8a上的E通孔8a-3配合實現(xiàn)定位塊8a安裝在 支撐體801的左面板853上。在支撐體801的左面板853的背面(支撐體801的 左面板853向外的稱為正面)平行設(shè)有D限位塊88、 C限位塊87。
在支撐體801的右面板854的背面(支撐體801的右面板854向外的稱為正面) 平行設(shè)有A限位塊85、 B限位塊86。
該A限位塊85與B限位塊86， D限位塊88與C限位塊87形成一個空腔，該 空腔用于放置舵機IO，且起到對舵機10的定位，舵機10安裝在定位塊8a上。
在支撐體801的后端設(shè)有A凹形面806和B凹形面807， A凹形面806位于A 限位塊85與B限位塊86之間，B凹形面807位于D限位塊88與C限位塊87 之間。該A凹形面806和B凹形面807能夠消除舵機10與骨架8在轉(zhuǎn)動時的機械 干涉。(二) 吸排組件9
參見圖4、圖4A所示，吸排組件9由A吸盤91、 B吸盤92、氣泵93、兩位
單通閥94、 A導(dǎo)柱95和B導(dǎo)柱96組成。
A吸盤91上設(shè)有C通孔911、連接端912， C通孔911用于A導(dǎo)柱95穿過。 B吸盤92上設(shè)有D通孔921 、連接端922 ， D通孔921用于B導(dǎo)柱96穿過。 氣泵93為外購件，氣泵93的功率為2PF、排氣量為1.5丄/min。氣泵93的
進氣口 931通過一軟管(該軟管為導(dǎo)氣管，為A吸盤91提供氣源)與氣泵93的A
接口 941連通。
兩位單通閥94為外購件，兩位單通閥94的控制正端944和控制負端945分 別與5F電壓的正、負端連接，兩位單通閥94的A接口 941通過A軟管(圖中未 示出)與氣泵93的進氣口 931聯(lián)通，兩位單通閥94的B接口 942上連接B軟管 (圖中未示出)的一端，B軟管的另一端穿過B導(dǎo)柱96的B導(dǎo)氣孔961后連接在 B吸盤92上，兩位單通閥94的C接口 943與大氣導(dǎo)通。
A導(dǎo)柱95的中心設(shè)有A導(dǎo)氣孔951, A導(dǎo)柱95的上端設(shè)有A凸緣952,該A 凸緣952與A吸盤91的C通孔911配合，A導(dǎo)柱95的下端設(shè)有A擋塊953，該 A擋塊953安裝在支撐體801的上面板851上的A通孔802處，A凸緣952與A 擋塊953之間是A圓柱段954，該A圓柱段954裝配在A吸盤91的連接端912 上。
B導(dǎo)柱96的中心設(shè)有B導(dǎo)氣孔961 ， B導(dǎo)柱96的上端設(shè)有B凸緣962,該B 凸緣962與B吸盤92的D通孔921配合，B導(dǎo)柱96的下端設(shè)有B擋塊963，該 B擋塊963安裝在支撐體801的下面板852上的B通孔803處，B凸緣962與B 擋塊963之間是B圓柱段964 ，該B圓柱段964裝配在B吸盤92的連接端922 上。
(三) 定位塊8a
參見圖5、圖5A所示，定位塊8a為一體成型件，該定位塊8a為"丁"字形； 定位塊8a的安裝板8a-1的四個角上設(shè)有四個E通孔8a-3，通過螺釘穿過該E通 孔8a-3后與A螺紋孔805連接，從而實現(xiàn)將定位塊8a安裝在支撐體801的左面 板853上；定位塊8a的安裝板8a-l的中心位置處設(shè)有兩個F通孔8a-4，且該F通孔8a-4貫穿橢圓柱8a-2，通過長螺釘順次穿過該F通孔8a-4、舵機10上的安 裝孔10c后連接一螺母實現(xiàn)舵機10固定安裝在定位塊8a的橢圓柱8a-2的端面上。 在本發(fā)明中，通過一 "丁"字形定位塊8a能夠?qū)崿F(xiàn)舵機10在骨架8上的定位 安裝，進而得到舵機10的驅(qū)動軸10a和隨動軸10b分別與兩個舵盤(A舵盤8b 安裝在支撐體801前端的D半環(huán)凸耳84上，C舵盤8c安裝在支撐體801前端的 B半環(huán)凸耳82上)的位置關(guān)系。
(四) A舵盤8b
參見圖6所示，A舵盤8b的中心設(shè)有A軸孔8b-3，該A軸孔8b-3內(nèi)用于放 置后一吸附關(guān)節(jié)(B吸附關(guān)節(jié)2)的驅(qū)動軸；A舵盤8b上設(shè)有A圓凸臺8b-1、 A 外緣8b-2， A圓凸臺8b-l與A外緣8b-2為同心，A外緣8b-2的圓周上設(shè)有四個 G通孔8b-4 ，該四個G通孔8b-4中有三個G通孔8b-4與D半環(huán)凸耳84上的三 個D光孔84a配合，通過螺釘實現(xiàn)將A舵盤8b安裝在D半環(huán)凸耳84上。
(五) B舵盤8c
參見圖7所示，B舵盤8c的中心設(shè)有B軸孔8c-3，該B軸孔8c-3內(nèi)用于放 置后一吸附關(guān)節(jié)(B吸附關(guān)節(jié)2)的隨動軸；B舵盤8c上設(shè)有B圓凸臺8c-l、 B 外緣8c-2， B圓凸臺8c-l與B外緣8c-2為同心，B外緣8c-2的圓周上設(shè)有四個 H通孔8c-4，該四個通孔8c-4中有三個H通孔8c-4與B半環(huán)凸耳82上的三個B 光孔82a配合，通過螺釘實現(xiàn)將B舵盤8c安裝在B半環(huán)凸耳82上。
本發(fā)明的一種模塊化可重構(gòu)蠕蟲式爬壁機器人，通過相鄰兩個吸附關(guān)節(jié)上的支撐 體和半環(huán)凸耳與舵機驅(qū)動軸、隨動軸連接構(gòu)成了機器人的串聯(lián)蠕蟲式結(jié)構(gòu)，使得機器 人具有多自由度的特征。通過采用七個或七個以上結(jié)構(gòu)相同的吸附關(guān)節(jié)相接構(gòu)成蠕蟲 式機器人，增強了機器人的運動靈活性、吸附可靠性和越障能力。
權(quán)利要求
1、一種模塊化可重構(gòu)蠕蟲式爬壁機器人，其特征在于該爬壁機器人的相鄰兩個吸附關(guān)節(jié)為正交連接；即A吸附關(guān)節(jié)(1)上的舵機(10)的驅(qū)動軸(10a)沿x軸方向放置，B吸附關(guān)節(jié)(2)上的舵機的驅(qū)動軸沿y軸方向放置，C吸附關(guān)節(jié)(3)上的舵機的驅(qū)動軸沿x軸方向放置，D吸附關(guān)節(jié)(4)上的舵機的驅(qū)動軸沿y軸方向放置，E吸附關(guān)節(jié)(5)上的舵機的驅(qū)動軸沿x軸方向放置，F(xiàn)吸附關(guān)節(jié)(6)上的舵機的驅(qū)動軸沿y軸方向放置，G吸附關(guān)節(jié)(7)上的舵機的驅(qū)動軸沿x軸方向放置；A吸附關(guān)節(jié)(1)、B吸附關(guān)節(jié)(2)、C吸附關(guān)節(jié)(3)、D吸附關(guān)節(jié)(4)、E吸附關(guān)節(jié)(5)、F吸附關(guān)節(jié)(6)和G吸附關(guān)節(jié)(7)結(jié)構(gòu)相同；A吸附關(guān)節(jié)(1)包括有骨架(8)、定位塊(8a)、A舵盤(8b)、B舵盤(8c)、吸排組件(9)和舵機(10)；A舵盤(8b)與B舵盤(8c)結(jié)構(gòu)相同；骨架(8)為一體成型件，骨架(8)上設(shè)有支撐體(801)和A半環(huán)凸耳(81)、B半環(huán)凸耳(82)、C半環(huán)凸耳(83)和D半環(huán)凸耳(84)四個半環(huán)凸耳，四個半環(huán)凸耳分別置于支撐體(801)的前端；在支撐體(801)的前端設(shè)有A半環(huán)凸耳(81)、B半環(huán)凸耳(82)、C半環(huán)凸耳(83)、D半環(huán)凸耳(84)，且A半環(huán)凸耳(81)與C半環(huán)凸耳(83)對稱，B半環(huán)凸耳(82)與D半環(huán)凸耳(84)對稱；A半環(huán)凸耳(81)上設(shè)有A光孔(81a)，A半環(huán)凸耳(81)的端部設(shè)有A半環(huán)口(81b)，該A半環(huán)口(81b)用于與相鄰吸附關(guān)節(jié)上的一個舵盤配合；B半環(huán)凸耳(82)上設(shè)有B光孔(82a)，該B光孔(82a)用于與B舵盤(8c)上的H通孔(8c-4)配合實現(xiàn)B舵盤(8c)與B半環(huán)凸耳(82)的連接；B半環(huán)凸耳(82)的端部設(shè)有B半環(huán)口(82b)，該B半環(huán)口(82b)用于與B舵盤(8c)的B圓凸臺(8c-1)的定位；B舵盤(8c)的B軸孔(8c-3)內(nèi)連接有舵機的隨動軸；C半環(huán)凸耳(83)上設(shè)有C光孔(83a)，C半環(huán)凸耳(83)的端部為C半環(huán)口(83b)，該C半環(huán)口(83b)用于與相鄰吸附關(guān)節(jié)上的另一個舵盤配合；D半環(huán)凸耳(84)上設(shè)有D光孔(84a)，該D光孔(84a)用于與A舵盤(8b)上的G通孔(8b-4)配合實現(xiàn)A舵盤(8b)與D半環(huán)凸耳(84)的連接；D半環(huán)凸耳(84)的端部設(shè)有D半環(huán)口(84b)，該D半環(huán)口(84b)用于與A舵盤(8b)的A圓凸臺(8b-1)的定位；A舵盤(8b)的A軸孔(8b-3)內(nèi)連接有舵機的驅(qū)動軸；在支撐體(801)的上面板(851)上設(shè)有A通孔(802)，該A通孔(802)用于A導(dǎo)柱(95)穿過，且A導(dǎo)柱(95)的A擋塊(951)與上面板(851)粘接；在支撐體(801)的下面板(852)上設(shè)有B通孔(803)，該B通孔(803)用于B導(dǎo)柱(96)穿過，且B導(dǎo)柱(96)的B擋塊(961)與下面板(852)粘接；在支撐體(801)的左面板(853)上設(shè)有橢圓孔(804)，該橢圓孔(804)的圓周設(shè)有四個螺紋孔(805)，該螺紋孔(805)與定位塊(8a)上的E通孔(8a-3)配合實現(xiàn)定位塊(8a)安裝在支撐體(801)的左面板(853)上；在支撐體(801)的左面板(853)的背面平行設(shè)有D限位塊(88)、C限位塊(87)；在支撐體(801)的右面板(854)的背面平行設(shè)有A限位塊(85)、B限位塊(86)；該A限位塊(85)與B限位塊(86)，D限位塊(88)與C限位塊(87)形成一個空腔，該空腔用于放置舵機(10)，且起到對舵機(10)的定位，舵機(10)安裝在定位塊(8a)上；在支撐體(801)的后端設(shè)有A凹形面(806)和B凹形面(807)，A凹形面(806)位于A限位塊(85)與B限位塊(86)之間，B凹形面(807)位于D限位塊(88)與C限位塊(87)之間；該A凹形面(806)和B凹形面(807)能夠消除舵機(10)與骨架(8)在轉(zhuǎn)動時的機械干涉；吸排組件(9)由A吸盤(91)、B吸盤(92)、氣泵(93)、兩位單通閥(94)、A導(dǎo)柱(95)和B導(dǎo)柱(96)組成；A吸盤(91)上設(shè)有C通孔(911)、連接端(912)，C通孔(911)用于A導(dǎo)柱(95)穿過；B吸盤(92)上設(shè)有D通孔(921)、連接端(922)，D通孔(921)用于B導(dǎo)柱(96)穿過；氣泵(93)的進氣口(931)通過一軟管與氣泵(93)的A接口(941)連通；兩位單通閥(94)的控制正端(944)和控制負端(945)分別與5V電壓的正、負端連接，兩位單通閥(94)的A接口(941)通過A軟管與氣泵(93)的進氣口(931)聯(lián)通，兩位單通閥(94)的B接口(942)上連接B軟管的一端，B軟管的另一端穿過B導(dǎo)柱(96)的B導(dǎo)氣孔(961)后連接在B吸盤(92)上，兩位單通閥(94)的C接口(943)與大氣導(dǎo)通；A導(dǎo)柱(95)的中心設(shè)有A導(dǎo)氣孔(951)，A導(dǎo)柱(95)的上端設(shè)有A凸緣(952)，該A凸緣(952)與A吸盤(91)的C通孔(911)配合，A導(dǎo)柱(95)的下端設(shè)有A擋塊(953)，該A擋塊(953)安裝在支撐體(801)的上面板(851)上的A通孔(802)處，A凸緣(952)與A擋塊(953)之間是A圓柱段(954)，該A圓柱段(954)裝配在A吸盤(91)的連接端(912)上；B導(dǎo)柱(96)的中心設(shè)有B導(dǎo)氣孔(961)，B導(dǎo)柱(96)的上端設(shè)有B凸緣(962)，該B凸緣(962)與B吸盤(92)的D通孔(921)配合，B導(dǎo)柱(96)的下端設(shè)有B擋塊(963)，該B擋塊(963)安裝在支撐體(801)的下面板(852)上的B通孔(803)處，B凸緣(962)與B擋塊(963)之間是B圓柱段(964)，該B圓柱段(964)裝配在B吸盤(92)的連接端(922)上；定位塊(8a)為一體成型件，該定位塊(8a)為“丁”字形；定位塊(8a)的安裝板(8a-1)的四個角上設(shè)有四個E通孔(8a-3)，通過螺釘穿過該E通孔(8a-3)后與A螺紋孔(805)連接，從而實現(xiàn)將定位塊(8a)安裝在支撐體(801)的左面板(853)上；定位塊(8a)的安裝板(8a-1)的中心位置處設(shè)有兩個F通孔(8a-4)，且該F通孔(8a-4)貫穿橢圓柱(8a-2)，通過長螺釘順次穿過該F通孔(8a-4)、舵機(10)上的安裝孔(10c)后連接一螺母實現(xiàn)舵機(10)固定安裝在定位塊(8a)的橢圓柱(8a-2)的端面上；A舵盤(8b)的中心設(shè)有A軸孔(8b-3)，該A軸孔(8b-3)內(nèi)用于放置相鄰吸附關(guān)節(jié)的驅(qū)動軸；A舵盤(8b)上設(shè)有A圓凸臺(8b-1)、A外緣(8b-2)，A圓凸臺(8b-1)與A外緣(8b-2)為同心，A外緣(8b-2)的圓周上設(shè)有四個G通孔(8b-4)，該四個G通孔(8b-4)中有三個G通孔(8b-4)與D半環(huán)凸耳(84)上的三個D光孔(84a)配合，通過螺釘實現(xiàn)將A舵盤(8b)安裝在D半環(huán)凸耳(84)上；B舵盤(8c)的中心設(shè)有B軸孔(8c-3)，該B軸孔(8c-3)內(nèi)用于放置相鄰吸附關(guān)節(jié)的隨動軸；B舵盤(8c)上設(shè)有B圓凸臺(8c-1)、B外緣(8c-2)，B圓凸臺(8c-1)與B外緣(8c-2)為同心，B外緣(8c-2)的圓周上設(shè)有四個H通孔(8c-4)，該四個通孔(8c-4)中有三個H通孔(8c-4)與B半環(huán)凸耳(82)上的三個B光孔(82a)配合，通過螺釘實現(xiàn)將B舵盤(8c)安裝在B半環(huán)凸耳(82)上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊化可重構(gòu)蠕蟲式爬壁機器人，其特《正在于舵機(10) 的扭矩為12.5《g.c附，角速度為60度/0.1秒；
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊化可重構(gòu)蠕蟲式爬壁機器人，其特征在于氣泵(93) 的功率為2『、排氣量為1.5丄/ min 。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種模塊化可重構(gòu)蠕蟲式爬壁機器人，該爬壁機器人的相鄰兩個吸附關(guān)節(jié)為正交連接；即A吸附關(guān)節(jié)(1)上的舵機(10)的驅(qū)動軸(10a)沿x軸方向放置，B吸附關(guān)節(jié)(2)上的舵機的驅(qū)動軸沿y軸方向放置，C吸附關(guān)節(jié)(3)上的舵機的驅(qū)動軸沿x軸方向放置，D吸附關(guān)節(jié)(4)上的舵機的驅(qū)動軸沿y軸方向放置，E吸附關(guān)節(jié)(5)上的舵機的驅(qū)動軸沿x軸方向放置，F(xiàn)吸附關(guān)節(jié)(6)上的舵機的驅(qū)動軸沿y軸方向放置，G吸附關(guān)節(jié)(7)上的舵機的驅(qū)動軸沿x軸方向放置。該機器人采用多個結(jié)構(gòu)相同的吸附關(guān)節(jié)相接成可重構(gòu)蠕蟲式爬壁機器人，在前行方向上，通過多個吸附關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)動作使各自的吸盤與工作面接觸或分離，從而達到前進和轉(zhuǎn)向的目的。本發(fā)明應(yīng)用模塊化設(shè)計理念，對于每一個吸附關(guān)節(jié)采用相同的結(jié)構(gòu)，提高了機器人關(guān)節(jié)模塊的互換性，降低了制造成本，減少了機械加工周期。
文檔編號B25J11/00GK101537619SQ200910082198
公開日2009年9月23日 申請日期2009年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月20日
發(fā)明者宗光華, 李大寨, 坤 王, 巍 王 申請人:北京航空航天大學(xué)