專利名稱：氣動(dòng)柔性爬壁機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于爬壁機(jī)器人，它可以代替人類在一些危險(xiǎn)場(chǎng)合和惡劣 環(huán)境中工作，完成一些人類難以完成的任務(wù)，比如在高空中清洗建筑 物壁面等。
技術(shù)背景爬壁機(jī)器人是一種能夠在垂直壁面上移動(dòng)的極限作業(yè)機(jī)器人，一 般具有吸附和移動(dòng)兩大功能。目前，國(guó)內(nèi)外的爬壁機(jī)器人設(shè)計(jì)大都采 用電機(jī)驅(qū)動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)兩大驅(qū)動(dòng)方式。電機(jī)驅(qū)動(dòng)的爬壁機(jī)器人應(yīng)用相對(duì)廣泛，技術(shù)較成熟；液壓驅(qū)動(dòng)的爬壁機(jī)器人具有很好的穩(wěn)定性和可 靠性，很高的力矩/體積比等優(yōu)點(diǎn)。采用上述兩種驅(qū)動(dòng)方式的爬壁機(jī) 器人，通常必需有一套復(fù)雜的機(jī)械裝置，把電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或者液壓 缸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成所要求的其他運(yùn)動(dòng)方式。因此，采用上述兩種驅(qū) 動(dòng)方式設(shè)計(jì)的爬壁機(jī)器人可能具有高精確度、大輸出功率等優(yōu)點(diǎn)；但 往往有著體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及價(jià)格昂貴，而且靈活性也不夠等缺點(diǎn)。發(fā)明內(nèi)容為了克服已有的爬壁機(jī)器人的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、靈活性差的不 足，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、靈活性強(qiáng)的氣動(dòng)柔性爬壁機(jī) 器人。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種氣動(dòng)柔性爬壁機(jī)器人，包括氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器、氣動(dòng)柔性球關(guān) 節(jié)、真空吸盤、與吸盤相連接的管接口以及吸盤連接架，所述氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器與所述氣動(dòng)柔性關(guān)節(jié)聯(lián)接;所述氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器包括前端蓋、 中間端蓋和粗橡膠管，所述的粗橡膠管兩端分別與前端蓋、中間端蓋 密封聯(lián)結(jié)，前端蓋上設(shè)有一個(gè)與大氣相連接的通孔，所述的粗橡膠管 管壁中嵌套有螺旋鋼絲且螺旋鋼絲是沿著粗橡膠管的徑向螺旋密繞在 粗橡膠管的內(nèi)壁中；所述氣動(dòng)柔性關(guān)節(jié)包括后端蓋和三根細(xì)橡膠管，所述中間端蓋一側(cè)與粗橡膠管密封聯(lián)結(jié)，所述中間端蓋的另一側(cè)間隔120度設(shè)有三個(gè)臺(tái)階分別與三根細(xì)橡膠管的一側(cè)密封聯(lián)結(jié)，所述三根 細(xì)橡膠管的另一側(cè)與后端蓋密封連接，所述的細(xì)橡膠管管壁中嵌套有 螺旋鋼絲且螺旋鋼絲是沿著細(xì)橡膠管的徑向螺旋密繞在粗橡膠管的內(nèi) 壁中，所述后端蓋與每根細(xì)橡膠管的連接處設(shè)有與大氣連通的通孔； 所述前端蓋、中間端蓋和后端蓋的兩側(cè)分別與吸盤連接架固定連接， 所述吸盤連接架與真空吸盤固定連接。作為優(yōu)選的一種方案:所述的后端蓋上間隔120度設(shè)置3個(gè)臺(tái)階， 且每個(gè)臺(tái)階上都設(shè)有與大氣聯(lián)結(jié)的通孔。作為優(yōu)選的另一種方案:所述吸盤連接架下方安裝所述真空吸盤， 所述吸盤連接架上方安裝管接口，所述管接口與真空吸盤連通。再進(jìn)一步，所述前端蓋、中間端蓋和后端蓋的兩側(cè)分別與吸盤連接架之間螺紋連接。本發(fā)明涉及一種新型的氣動(dòng)柔性爬壁機(jī)器人，這種爬壁機(jī)器人具有很好的柔性及適應(yīng)性，可以直接驅(qū)動(dòng)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于控制，成本低廉，環(huán)保性強(qiáng)，易于小型化設(shè)計(jì)等特點(diǎn)。本發(fā)明的有益效果表現(xiàn)在1、通過對(duì)氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器、氣動(dòng)柔性 球關(guān)節(jié)以及真空吸盤的控制可以實(shí)現(xiàn)爬壁機(jī)器人進(jìn)行直線、轉(zhuǎn)彎、以及爬坡越障等運(yùn)動(dòng)；2、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理、動(dòng)作靈活、尺寸小、易于小型化；3、可以在氣動(dòng)柔性爬壁機(jī)器人上配套攝像頭等輔助裝置，從而可以實(shí)現(xiàn)越障，高樓壁面上清洗等工作，具有較大的實(shí)施價(jià)值；4、采用氣動(dòng)技術(shù)，柔順性和適應(yīng)性好。


圖1是氣動(dòng)柔性爬壁機(jī)器人的三維效果圖。圖2是初始狀態(tài)的氣動(dòng)爬壁機(jī)器人結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖2的前視圖的剖面圖。圖4是圖3的左視圖。圖5是實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)某一工作狀態(tài)時(shí)的氣動(dòng)爬壁機(jī)器人結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是實(shí)現(xiàn)爬坡越障運(yùn)動(dòng)某一工作狀態(tài)時(shí)的氣動(dòng)爬壁機(jī)器人結(jié)構(gòu) 示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。參照?qǐng)D1 圖6， 一種氣動(dòng)柔性爬壁機(jī)器人，包括氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器 1、氣動(dòng)柔性球關(guān)節(jié)2、真空吸盤4 、與吸盤相連接的管接口 5以及吸 盤連接架6。所述的氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器1包括前端蓋11、中間端蓋12、 粗橡膠管13，所述的粗橡膠管兩端分別與前端蓋ll、中間端蓋12密 封聯(lián)結(jié)，其中前端蓋11上設(shè)有一個(gè)與大氣相連接的通孔，所述的粗橡 膠管管壁中嵌套有螺旋鋼絲14且螺旋鋼絲是沿著粗橡膠管13的徑向 螺旋密繞在粗橡膠管的內(nèi)壁中，當(dāng)高壓氣管3通過前端蓋11的通孔把 壓縮氣體通入粗橡膠管13內(nèi)腔，由于螺旋鋼絲14的徑向限制作用， 在壓縮氣體的壓力下，粗橡膠管13與螺旋鋼絲14發(fā)生軸向形變，而其徑向變形可以忽略，從而產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)效果。所述的氣動(dòng)柔性球關(guān)節(jié)2包括中間端蓋12、后端蓋21、三根同樣的細(xì)橡膠管22，所述的中間 端蓋12 —側(cè)與氣動(dòng)柔性球關(guān)節(jié)1中的粗橡膠管13密封聯(lián)結(jié)，另一側(cè) 間隔120度設(shè)有三個(gè)臺(tái)階分別與三根細(xì)橡膠管22密封聯(lián)結(jié)，所述的后 端蓋21上間隔120度設(shè)置3個(gè)臺(tái)階，且每個(gè)臺(tái)階上都設(shè)有與大氣聯(lián)結(jié) 的通孔，通過三個(gè)臺(tái)階將三根細(xì)橡膠管22與后端蓋21密封連接，所 述的細(xì)橡膠管22與粗橡膠管13中的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理一樣，工作時(shí)通過 高壓氣管把壓縮氣體從后端蓋21的三個(gè)通孔分別通入三個(gè)細(xì)橡膠管 的內(nèi)腔，通過控制通入三根細(xì)橡膠管22內(nèi)腔的壓縮氣體的壓力，可以 實(shí)現(xiàn)整個(gè)球關(guān)節(jié)向不同方向發(fā)生彎曲，通過中間端蓋12將氣動(dòng)柔性驅(qū) 動(dòng)器1與氣動(dòng)柔性球關(guān)節(jié)2連接起來構(gòu)成氣動(dòng)柔性爬壁機(jī)器人的"軀 干"，所述的六個(gè)同樣吸盤連接架6以螺紋連接方式固定在每個(gè)端蓋的 兩側(cè)，每個(gè)吸盤連接架上安裝一個(gè)真空吸盤4，因此六只相同的真空 吸盤4呈三三對(duì)稱分布在氣動(dòng)柔性爬壁機(jī)器人的兩側(cè)，構(gòu)成機(jī)器人的 "腳"。氣動(dòng)柔性爬壁機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)，氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器1起到推進(jìn)器的 作用，而氣動(dòng)柔性球關(guān)節(jié)2主要是控制行進(jìn)方向的，固本發(fā)明不僅可 以實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，還可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎、爬坡等運(yùn)動(dòng)。參照?qǐng)D2 圖4，便于表述清楚，我們定義氣動(dòng)柔性球關(guān)節(jié)2—端 為氣動(dòng)柔性爬壁機(jī)器人的前端，氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器1的一端為機(jī)器人的 后端。氣動(dòng)柔性爬壁機(jī)器人實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)其實(shí)質(zhì)就是控制氣動(dòng)柔性驅(qū) 動(dòng)器1配合真空吸盤4的吸放順序有節(jié)奏的工作。氣動(dòng)爬壁機(jī)器人直 線運(yùn)動(dòng)一個(gè)步距的動(dòng)作可以分解如下首先開啟后兩個(gè)吸盤的真空發(fā) 生器，使吸盤吸附在地面上，從而固定前端蓋ll，關(guān)閉其他四個(gè)吸盤 的真空發(fā)生器，使他們能夠自由移動(dòng)，此時(shí)氣動(dòng)柔性爬壁機(jī)器人處于原始狀態(tài)。此時(shí)，通過前端蓋11的通孔向氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器1的內(nèi)腔中 通入壓縮氣體，由于后兩個(gè)吸盤吸附在地面上，氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器只能 向前伸展，驅(qū)動(dòng)器向前伸長(zhǎng)一個(gè)步距的距離時(shí)，開啟前面兩個(gè)吸盤的 真空發(fā)生器，使得后端蓋21固定，此時(shí)將氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器1內(nèi)腔中的 氣壓減小為零，并關(guān)閉后兩個(gè)真空吸盤的真空發(fā)生器，兩個(gè)真空吸盤 松開，前端蓋ll處于自由狀態(tài)，在橡膠管以及螺旋鋼絲的回彈力作用 下，后兩個(gè)吸盤向前運(yùn)動(dòng)一個(gè)步距，恢復(fù)原長(zhǎng)，此時(shí)機(jī)器人整體向前 移動(dòng)一個(gè)步距，整個(gè)工程中間兩個(gè)真空吸盤以及氣動(dòng)柔性球關(guān)節(jié)沒有 工作。參照?qǐng)D2 圖5，便于表述清楚，我們定義氣動(dòng)柔性球關(guān)節(jié)2—端 為氣動(dòng)柔性爬壁機(jī)器人的前端，氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器1的一端為機(jī)器人的 后端。氣動(dòng)柔性爬壁機(jī)器人實(shí)現(xiàn)彎曲運(yùn)動(dòng)是通過分別控制氣動(dòng)柔性驅(qū) 動(dòng)器l、氣動(dòng)柔性球關(guān)節(jié)2以及六個(gè)吸盤的工作順序來實(shí)現(xiàn)的。機(jī)器人轉(zhuǎn)彎動(dòng)作可以分解如下轉(zhuǎn)彎時(shí)首先打開中間兩個(gè)真空吸盤的真空 發(fā)生器，使中間吸盤吸附在地面上，從而固定中間端蓋12，關(guān)閉其他四個(gè)真空吸盤的真空發(fā)生器，使其他四個(gè)真空吸盤能夠自由移動(dòng)，接著通過后端蓋21上的三個(gè)通孔向三根細(xì)橡膠管22內(nèi)腔中通入壓縮氣 體，通過控制通入三根細(xì)橡膠管22內(nèi)腔氣壓大小，使氣動(dòng)柔性球關(guān)節(jié) 可以左右彎曲，如圖5所示，接著打開前兩個(gè)真空吸盤的真空發(fā)生器， 使前兩個(gè)吸盤吸附在地面上，從而固定后端蓋21，此時(shí)關(guān)閉中間兩個(gè) 真空吸盤真空發(fā)生器，使中間兩個(gè)吸盤自由移動(dòng)，并釋放氣動(dòng)柔性球 關(guān)節(jié)2的三根細(xì)橡膠管內(nèi)腔中的氣體，此時(shí)前兩個(gè)吸盤吸附，其他四 個(gè)吸盤松開，在三個(gè)細(xì)橡膠管以及螺旋鋼絲的回彈力作用下，機(jī)器人 的后半部分會(huì)彎曲一個(gè)角度，此時(shí)整個(gè)氣動(dòng)柔性爬壁機(jī)器人彎曲了一個(gè)角度，從而實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人的轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)。參照?qǐng)D6，氣動(dòng)柔性爬壁機(jī)器人實(shí)現(xiàn)爬坡，以及上臺(tái)階越障等動(dòng) 作，其工作過程轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)相同。本實(shí)施例采用氣動(dòng)技術(shù)，爬壁機(jī)器人具有很好的柔性和適應(yīng)性， 且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理、動(dòng)作靈活、尺寸小、易于小型化，可以在氣動(dòng)柔性 爬壁機(jī)器人上配套攝像頭等輔助裝置，從而可以實(shí)現(xiàn)越障，高樓壁面 上清洗等工作，具有較大的實(shí)施價(jià)值。
權(quán)利要求
1、一種氣動(dòng)柔性爬壁機(jī)器人，其特征在于所述氣動(dòng)柔性爬壁機(jī)器人包括氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器、氣動(dòng)柔性球關(guān)節(jié)、真空吸盤以及吸盤連接架，所述氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器與所述氣動(dòng)柔性關(guān)節(jié)聯(lián)接；所述氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器包括前端蓋、中間端蓋和粗橡膠管，所述的粗橡膠管兩端分別與前端蓋、中間端蓋密封聯(lián)結(jié)，前端蓋上設(shè)有一個(gè)與大氣相連接的通孔，所述的粗橡膠管管壁中嵌套有螺旋鋼絲且螺旋鋼絲是沿著粗橡膠管的徑向螺旋密繞在粗橡膠管的內(nèi)壁中；所述氣動(dòng)柔性關(guān)節(jié)包括后端蓋和三根細(xì)橡膠管，所述中間端蓋一側(cè)與粗橡膠管密封聯(lián)結(jié)，所述中間端蓋的另一側(cè)間隔120度設(shè)有三個(gè)臺(tái)階分別與三根細(xì)橡膠管的一側(cè)密封聯(lián)結(jié)，所述三根細(xì)橡膠管的另一側(cè)與后端蓋密封連接，所述的細(xì)橡膠管管壁中嵌套有螺旋鋼絲且螺旋鋼絲是沿著細(xì)橡膠管的徑向螺旋密繞在粗橡膠管的內(nèi)壁中，所述后端蓋與每根細(xì)橡膠管的連接處設(shè)有與大氣連通的通孔；所述前端蓋、中間端蓋和后端蓋的兩側(cè)分別與吸盤連接架固定連接，所述吸盤連接架與真空吸盤固定連接。
2、 如權(quán)利要求1所述的氣動(dòng)柔性爬壁機(jī)器人，其特征在于所述的后 端蓋上間隔120度設(shè)置3個(gè)臺(tái)階，且每個(gè)臺(tái)階上都設(shè)有與大氣聯(lián)結(jié)的 通孔。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的氣動(dòng)柔性爬壁機(jī)器人，其特征在于所述 吸盤連接架下方安裝所述真空吸盤，所述吸盤連接架上方安裝管接口 ， 所述管接口與真空吸盤連通。
4、 如權(quán)利要求3所述的氣動(dòng)柔性爬壁機(jī)器人，其特征在于所述前端蓋、中間端蓋和后端蓋的兩側(cè)分別與吸盤連接架之間螺紋連接。
全文摘要
一種氣動(dòng)柔性爬壁機(jī)器人，包括氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器、氣動(dòng)柔性球關(guān)節(jié)、真空吸盤以及吸盤連接架，氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器包括前端蓋、中間端蓋和粗橡膠管，粗橡膠管兩端分別與前端蓋、中間端蓋密封聯(lián)結(jié)，前端蓋上設(shè)有一個(gè)與大氣相連接的通孔，粗橡膠管管壁中嵌套有螺旋鋼絲；氣動(dòng)柔性關(guān)節(jié)包括后端蓋和三根細(xì)橡膠管，中間端蓋一側(cè)與粗橡膠管密封聯(lián)結(jié)，中間端蓋的另一側(cè)間隔120度設(shè)有三個(gè)臺(tái)階分別與三根細(xì)橡膠管的一側(cè)密封聯(lián)結(jié)，三根細(xì)橡膠管的另一側(cè)與后端蓋密封連接，細(xì)橡膠管管壁中嵌套有螺旋鋼絲；前端蓋、中間端蓋和后端蓋的兩側(cè)分別與吸盤連接架固定連接，吸盤連接架與真空吸盤固定連接。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、靈活性強(qiáng)。
文檔編號(hào)B62D57/024GK101239631SQ20081006111
公開日2008年8月13日 申請(qǐng)日期2008年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月7日
發(fā)明者張立彬, 楊慶華, 王志恒, 鮑官軍 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)