專利名稱：膠粘式爬壁多足機器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及爬壁機器人，它能在危險場合和惡劣環(huán)境下工作，完成特定的任 務(wù)，尤其是它能附著在垂直的壁面和天花板上。
背景技術(shù)：
在許多場合，人類自身是很難到達(dá)并完成相應(yīng)任務(wù)的。比如高層建筑的外墻、核工 業(yè)的輻射場、高的天花板、火災(zāi)、地震或其它災(zāi)難發(fā)生的地方，這些地方如采用人工作業(yè)則 危險性很高，這就使得爬壁機器人應(yīng)運而生。爬壁機器人因為其足部能夠產(chǎn)生吸附力，從而 極大的提高了機器人的活動范圍和應(yīng)用場合，它能夠在垂直的壁面爬行甚至還能承受一定 的負(fù)載。爬壁機器人的核心技術(shù)是如何提供吸附力使得爬壁機器人能夠穩(wěn)固的停在工作 表面。根據(jù)吸附原理的不同，目前的爬壁機器人主要有磁吸式、氣吸式、真空吸附式。以上 幾種吸附方式存在適應(yīng)壁面材質(zhì)范圍窄，噪聲大，功耗高等缺點。并且，基于以上吸附方式 的爬壁機器人往往過于笨重，移動緩慢，所能承擔(dān)的負(fù)載小，持續(xù)工作時間短。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，而提供一種基 于膠粘吸附方式的爬壁多足機器人。它具有適應(yīng)材質(zhì)范圍廣，噪聲小，自重小，移動輕便等 優(yōu)點。為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案是一種膠粘式爬壁多足機器人，包括軀干、運動控制模塊、至少四個運動腿以及足， 所述的運動腿一端與軀干連接，所述的運動腿的另一端設(shè)置所述的足，在所述的軀干上還 設(shè)置有儲膠罐，在所述的運動腿上設(shè)置有輸膠通道，所述的足的底座的底面為柔性接觸面， 在所述的足的底面上設(shè)置有出膠孔，所述的儲膠罐的出膠口經(jīng)輸膠通道與所述的足的出膠 孔連通，所述的儲膠罐還包括壓力裝置，所述的儲膠罐的膠水在壓力裝置的作用下輸送到 足的出膠孔。所述的儲膠罐包括罐體，所述的壓力裝置包括活塞盤和氣囊，所述的活塞盤設(shè)置 在罐體中間，在所述的罐體的一端設(shè)置所述的出膠口，在罐體的另一端設(shè)置氣囊進氣孔，所 述的氣囊設(shè)置在罐體的進氣孔端。所述的機器人的足由底座、支架和端蓋三部分組成，在支架和端蓋直接設(shè)置有彈 簧，端蓋和底座通過膠粘密封，在支架的下端設(shè)置支架腿，在底座上設(shè)置底座孔，所述的支 架腿與所述的底座孔相適配。本實用新型機器人采用多足設(shè)計，可以取4個、6個、8個等足或以上，足底是一個 柔性接觸面。機器人的軀干上安裝儲膠罐，在機器人工作之前，從注膠口灌入工作時使用的 膠水，封好注膠口。再從進氣孔(氣門芯)給氣囊沖足氣，氣囊膨脹的趨勢始終將活塞盤向 下壓，逼迫膠水通過輸膠管輸送至機器人的每個足底。在足底覆蓋薄膠層，粘附在工作表
3[0010]機器人機動采用仿生的爬行方式，即其所有腳都與表面抓著，每次只允許有一只 腳是脫空的，并產(chǎn)生移動動作。其機動是通過輪流使其所有腳實施“脫空(拔出)-移動-抓 著”來進行的。運動控制模塊通過單片機編程控制，依次輪流給每只足發(fā)出控制電壓信號， 使得腿部的控制電機運轉(zhuǎn)(其它的足保持不動)，完成拔出-向前移動-抓著動作，當(dāng)所有 腿都完成一次該動作時，機器人總體即移動一步。設(shè)總腳數(shù)為n，這樣，總是有n-1只腳通過 膠與表面連接，從而保證其能夠貼附于表面。但是其移動也方便，因為，只需要花少量力抽 出被膠粘住的這只腳就行了。設(shè)想倒掛狀態(tài)，假設(shè)每只足粘著力是f，則機器人能承受的總 的力是(n-1) f，但是機器人拔出一只足需要用的力是f。因此采用多足設(shè)計可以保證機器 人方便的移動但又不會掉下來。多足的設(shè)計使得機器人整體的粘著力很大，保證機器人工作時牢固地附著在工作 表面，但單足拔出所用的力卻不大，以保證其機動方便。本實用新型的有益效果柔性接觸面通過薄膠層可以和大部分材質(zhì)的表面很好的粘著，即使其表面可能是 不平的，使得爬壁機器人的應(yīng)用場合很廣；2.通過施膠的方式來提供附著力，機構(gòu)簡單，易 于實現(xiàn)。比起傳統(tǒng)的吸附方式，可以大大減輕附著機構(gòu)的重量，并提高附著力的可靠性； 3.粘著力不需要額外的能量消耗，只需要保證薄膠層的覆蓋即可，能耗很低，這有利于機器 人的長時間工作；4.吸附裝置基本沒有噪聲產(chǎn)生。

圖1、圖2是機器人效果圖；圖3是儲膠罐結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是機器人足結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是足的底座主視圖。圖6是圖5的俯視圖。
具體實施方式
機器人的結(jié)構(gòu)如圖1所示。其主要包括軀干1，運動控制模塊2，儲膠罐5，運動腿 兼輸膠通道3，具有柔性接觸面的足4。儲膠罐5將膠水不斷地通過嵌入在機器人腿上的輸 膠管輸送到足底的柔性接觸面上，使其形成薄膠層。運動控制模塊2通過微控制電路控制 微型電機驅(qū)動機器人智能的移動和工作，模塊中放置電瓶供給運動的能量。儲膠罐5的結(jié)構(gòu)如圖3。儲膠罐5由罐體7，底座10，底座端蓋11以及壓力裝置組 成，其中壓力裝置包括活塞盤9和橡膠囊8。儲膠罐5組裝好后，罐體7和底座10膠粘密 封。儲膠罐5內(nèi)部由活塞盤9分隔成上下兩部分。上部頂端是壓縮空氣注入孔，從這個孔 伸出來的是一個安裝在橡膠囊8上的氣門芯14。在機器人實施任務(wù)前，用打氣筒或空氣壓 縮機將空氣注入橡膠囊8，橡膠囊8的膨脹力作用在活塞盤9上，活塞盤9向下推動下部儲 存的膠水通過底座端蓋的小孔12流出，8個小孔12是通過塑料軟管分別與機器人的8只足 4部相連的。底座端蓋11中部是膠水的注入孔13。足4的設(shè)計如圖4，由上端蓋15，支架16，底座17構(gòu)成。在支架16和端蓋15連接處有彈簧20。足部端蓋15和底座17通過膠粘密封。底座17的底面采用非金屬的柔性 材料，比如橡膠，形成柔性接觸面，增大膠水產(chǎn)生的粘性力，并且使機器人可以在更多材質(zhì) 的表面爬行。上部開口 21是通過輸膠軟管與儲膠罐相連通的。膠水被從儲膠罐5壓出，由 足4底9個底座孔18流出，在足4底形成薄膠層。每只足4移動一步，儲膠罐5都向其輸 膠一次，每次輸膠的數(shù)量可以調(diào)整。本實用新型機器人輸膠裝置的工作過程。在機器人實施任務(wù)之前，從底座端蓋11 的注膠口 13向罐內(nèi)注入工作所需的膠水，封好注膠口 13。用打氣筒或空氣壓縮機將外部空 氣注入橡膠囊8，機器人就可以工作了。氣門芯14阻止空氣外泄，橡膠囊的壓力始終存在， 所以在工作時不需要再給氣囊打氣。橡膠囊8的膨脹力壓迫活塞盤9，始終對儲膠罐5下半部儲存的膠水產(chǎn)生壓力，使 膠水有從端蓋小孔12流出的趨勢，直至膠水用完?；钊P9的設(shè)計也使得在機器人倒懸在 天花板上時，膠水不會倒流向儲膠罐5頂而不能到達(dá)足4部。機器人的足4由底座17、支架16和端蓋15三部分組成。并且在支架16和端蓋 15連接處有彈簧20。彈簧20是處在壓縮狀態(tài)的，產(chǎn)生較小的力將支架16頂向底座17。支 架下邊的支架腿19和底座17的底座孔18下端部剛好貼合，并且支架腿19伸出底座1mm， 根據(jù)每次輸膠的量可以調(diào)整該參數(shù)，支架腿19的直徑比底座孔18小2mm，支架腿19的下端 和底座孔18的下端均為錐形，當(dāng)足4懸空時，因為彈簧20的作用以及膠水的壓力，使得支 架腿19的前端和底座孔18的前端逐漸抵住，膠水將不會外溢。運動控制模塊2控制機器 人的一只足進行“脫空拔出_移動_抓著”動作，在“抓著”時將懸空的足4用力壓向物體 表面6，作用力等于或者稍大于彈簧20壓力，使得支架腿19和底座孔18分開，膠水從縫隙 處溢出。稍等幾秒后，調(diào)整這個時間可以改變每次輸膠的量，卸去對足的壓力，則支架腿19 和底座孔18又逐漸抵住，膠水停止外溢，如圖5、圖6所示。因為儲膠罐5中的橡膠囊8始終對活塞盤9有壓力作用，因此膠水的滲透完全是 自動的，不需借助其它外力。這樣機器人在行走過程中。每當(dāng)足部貼合墻面或者天花板后， 足4底將釋放出薄膠層，膠層大約Imm可調(diào)整厚時，膠水也會停止外溢。機器人就像是自然 而然的貼在墻面或是天花板上一樣，只需考慮對機器人的運動和所要完成任務(wù)的動作姿態(tài) 進行控制，而不需要考慮機器人是否會掉下來。本實例所說明的膠粘系統(tǒng)可以應(yīng)用于大多數(shù)多足機器人，很好的解決了機器人的 爬壁或爬天花板問題，卻不需要大的能耗，也沒有大的噪聲，是一種非常實用的吸附方式。
權(quán)利要求1.一種膠粘式爬壁多足機器人，包括軀干(1)、運動控制模塊(2)、至少四個運動腿 (3)以及足(4)，所述的運動腿(3) —端與軀干(1)連接，在運動控制模塊(2)的作用下運 動，所述的運動腿(3)的另一端設(shè)置所述的足(4)，其特征在于在所述的軀干(1)上還設(shè) 置有儲膠罐(5)，在所述的運動腿(3)上設(shè)置有輸膠通道，所述的足(4)的底座(17)的底面 為柔性接觸面，在所述的足(4)的底面上設(shè)置有出膠孔，所述的儲膠罐(5)的出膠口經(jīng)輸膠 通道與所述的足(4)的出膠孔連通，所述的儲膠罐(5)還包括壓力裝置，所述的儲膠罐(5) 的膠水在壓力裝置的作用下輸送到足(4)的出膠孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膠粘式爬壁多足機器人，其特征在于所述的儲膠罐(5)包 括罐體(7)，所述的壓力裝置包括活塞盤(9)和氣囊(8)，所述的活塞盤(9)設(shè)置在罐體(7) 中間，在所述的罐體(7)的一端設(shè)置所述的出膠口，在罐體(7)的另一端設(shè)置氣囊進氣孔， 所述的氣囊(8)設(shè)置在罐體(7)的進氣孔端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的膠粘式爬壁多足機器人，其特征在于所述的機器人的 足(4)由底座(17)、支架(16)和端蓋(15)三部分組成，在支架(16)和端蓋(15)直接設(shè)置 有彈簧(20)，端蓋(15)和底座(17)通過膠粘密封，在支架(16)的下端設(shè)置支架腿(19)， 在底座(17)上設(shè)置底座孔(18)，所述的支架腿(19)與所述的底座孔(18)相適配。
專利摘要本實用新型公開了一種膠粘式爬壁多足機器人，包括軀干、運動控制模塊、至少四個運動腿以及足，所述的運動腿一端與軀干連接，所述的運動腿的另一端設(shè)置所述的足，在所述的軀干上還設(shè)置有儲膠罐，在所述的運動腿上設(shè)置有輸膠通道，所述的足的底座的底面為柔性接觸面，在所述的足的底面上設(shè)置有出膠孔，所述的儲膠罐的出膠口經(jīng)輸膠通道與所述的足的出膠孔連通，所述的儲膠罐還包括壓力裝置，所述的儲膠罐的膠水在壓力裝置的作用下輸送到足的出膠孔。通過施膠的方式來提供附著力，機構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)。比起傳統(tǒng)的吸附方式，可以大大減輕附著機構(gòu)的重量，并提高附著力的可靠性，吸附裝置基本沒有噪聲產(chǎn)生。
文檔編號B62D57/024GK201784730SQ201020022328
公開日2011年4月6日 申請日期2010年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月20日
發(fā)明者劉祥建, 安興, 陳仁文 申請人:南京航空航天大學(xué)