本發(fā)明屬于爬壁機器人領(lǐng)域，特別涉及一種爬壁機器人無源真空吸附和行走裝置。

背景技術(shù)：
近年來，我國城市面貌發(fā)生了翻天覆地的變化,高層建筑拔地而起,但發(fā)展的同時也帶來了如高空擦洗玻璃、高空消防急救、高空建筑施工等難題。爬壁機器人作為一種能在垂直外壁進行移動作業(yè)的機器人移動平臺，可搭載多種工具執(zhí)行多種任務(wù)，對其進行深入的研究具有重要的實用價值和應(yīng)用前景！爬壁機器人必須具備兩種功能：壁面吸附和行走功能。但現(xiàn)有技術(shù)中，爬壁機器人吸附裝置的吸附方式主要有有源真空吸附，磁吸附和靜電吸附幾種，但三種方式都有其不足之處：（1）有源真空吸附方式常常借助于真空泵、真空發(fā)生器或者風(fēng)機等真空動力源提供吸附動力把車體吸附在墻面上，不但產(chǎn)生很大的噪音，還會造成裝置的復(fù)雜；（2）磁吸附機器人是借助電磁力把機器人吸附在墻體上，但磁吸附方式只適用于導(dǎo)磁性壁面,只能在導(dǎo)磁金屬壁面上作業(yè)，具有很大的局限性；（3）靜電吸附一般吸附力很小，很難真正作一些民用和軍用的工作。另外，吸附裝置是為機器人提供吸附力，使其可靠的吸附在壁面上的，而機器人需要移動工作時，吸附力成為其主要的運動阻力，故爬壁機器人的吸附能力和行走能力是相互矛盾的。因此設(shè)計一種爬壁機器人吸附和行走裝置，該裝置能有效彌補以上三種吸附方式的不足，并解決爬壁機器人吸附和行走的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種爬壁機器人無源真空吸附和行走裝置，解決爬壁機器人吸附和行走的問題，利用該裝置，無需真空動力源（真空泵、真空發(fā)生器或者風(fēng)機等），爬壁機器人便可自由在光滑的壁面（玻璃、瓷磚、鋁塑板）上自由行走，且吸附力大、安全可靠、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，有效防止溜車現(xiàn)象，并可跨越溝槽；當(dāng)機器人各吸盤在貼近墻壁時，吸附力自動產(chǎn)生，吸盤將要離開墻壁時，吸附力自動解除，進而保證爬壁機器人運動的平穩(wěn)和連續(xù)。本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種爬壁機器人無源真空吸附和行走裝置，其本體包括兩側(cè)四條對稱布置的鏈條，兩側(cè)兩對對稱布置的鏈輪、兩側(cè)32個對稱布置的吸盤組件、兩側(cè)兩對對稱布置的吸盤凸緣導(dǎo)槽、兩側(cè)兩個對稱布置的吸盤撥桿滑槽、蝸桿蝸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)、電機、電機控制裝置、防后仰機構(gòu)和機器人框架。其特征在于:電機在控制裝置的控制下，通過蝸桿蝸輪和齒輪機構(gòu)驅(qū)動后鏈輪軸轉(zhuǎn)動，八個鏈輪對稱安裝在兩個鏈輪軸的兩端，后鏈輪軸帶動鏈輪轉(zhuǎn)動，鏈輪帶動和其嚙合的四條鏈條滾動和前鏈輪轉(zhuǎn)動，每側(cè)的兩根鏈條上分別固連16個吸盤組件，吸盤組件均布在鏈條上，防后仰機構(gòu)一端安裝在后鏈輪軸上，另一端通過軸承和前鏈輪軸組成轉(zhuǎn)動副，電機固連在機器人框架的橫梁上，并通過聯(lián)軸器和蝸桿相連，前、后鏈輪軸和蝸輪軸都安裝在機器人框架側(cè)板的軸承孔內(nèi)，吸盤撥桿滑槽和吸盤凸緣導(dǎo)槽都通過螺栓固定在機器人框架的側(cè)板上，吸盤撥桿滑槽斷面為U形，吸盤凸緣導(dǎo)槽呈L形，吸盤凸緣導(dǎo)槽的上表面和吸盤支架的下表面呈面接觸，吸盤撥桿滑槽的導(dǎo)槽內(nèi)表面和吸盤撥桿接觸。機器人在光滑壁面上上爬時，通過操縱控制裝置的控制轉(zhuǎn)把，可隨意改變電機的轉(zhuǎn)速的大小和方向，經(jīng)蝸桿蝸輪和齒輪傳動，電機驅(qū)動后鏈輪轉(zhuǎn)動，后鏈輪帶動鏈條和吸盤滾動，從而驅(qū)動機器人爬行，機器人的爬行速度大小和速度方向是由電機速度的大小和方向決定的，由于采用了具有自鎖性的蝸桿蝸輪機構(gòu)，有效防止了溜車現(xiàn)象的發(fā)生，每組吸盤組件隨鏈條滾動的過程中，當(dāng)吸盤組件在機器人前端逐漸接觸壁面時，在防后仰裝置壓桿的壓力下，吸盤逐漸貼緊壁面，同時，吸盤的撥桿滑入到吸盤撥桿滑槽的導(dǎo)槽內(nèi)，且被吸盤撥桿導(dǎo)槽撥動，此時吸盤端部和壁面之間便形成真空的密閉空間，在大氣壓力作用下吸盤緊緊的吸附在壁面上，隨著機器人的爬行，吸盤組件逐漸從機器人前端滑動到機器人的后端，這一過程，吸盤組件吸附力一直保持，且吸附力一直保持到吸盤撥桿脫離吸盤撥桿滑槽，此時吸盤吸附力在回位塔形彈簧作用下自動解除，接著吸盤開始隨鏈條滾動脫離壁面。如此反復(fù)循環(huán)，32個吸盤組件在隨鏈條滾動時，鏈條前端的吸盤不斷的接觸壁面并產(chǎn)生吸附力，鏈條末端的吸盤不斷的解除吸附力并脫離壁面，且每個瞬間都保證至少有14個吸盤同時提供吸附力，從而保證機器人在壁面上安全、可靠和穩(wěn)定的爬行。本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明無需真空動力源（真空泵、真空發(fā)生器、風(fēng)機），靠杠桿和凸輪機構(gòu)使吸盤發(fā)生變形，吸附力自動產(chǎn)生和消除，故結(jié)構(gòu)簡單、噪聲?。幻總€吸盤組件的橡膠吸盤直徑為120mm，吸附力大（每個吸盤可產(chǎn)生35kg的吸附力）；而每個瞬間都至少有14個吸盤同時保持吸附，即使有幾個吸盤由于跨越溝槽或障礙等情況造成失效，仍安全可靠，安全系數(shù)很大；且操作方便，只需通過轉(zhuǎn)動控制手把；該裝置可搭載多種工具在光滑壁面上執(zhí)行多種任務(wù)，可作為家庭居室壁面和玻璃清洗的機械，也可加上輔助裝置代替人從事軍事偵察、反恐、防爆、核輻射等工作。附圖說明圖1是吸附行走裝置立體圖；圖2是機器人框架三維示意圖；圖3是吸附行走裝置主視圖；圖4是吸附行走裝置俯視圖；圖5是吸盤組件、鏈條和吸盤凸緣導(dǎo)槽裝配三維示意圖；圖6是吸盤組件和吸盤撥桿滑槽配合三維示意圖；圖7是吸盤主視圖；圖8是吸盤左視圖；圖9是吸盤俯視圖；圖10是防后仰裝置結(jié)構(gòu)原理圖。其中，1.吸盤組件，2.電機，3.鏈條，4.機器人框架，5.齒輪機構(gòu)，6.防后仰機構(gòu)，7.蝸桿蝸輪機構(gòu)，8.鏈輪，9.吸盤撥桿滑槽，10.吸盤凸緣導(dǎo)槽，11.電機控制裝置，12.機器人框架側(cè)板，13.機器人框架橫梁，14.聯(lián)軸器，15.前鏈輪，16.后鏈輪，17.前鏈輪軸，18.后鏈輪軸，19.控制轉(zhuǎn)把，20.控制器，21.蝸輪軸，22.軸承，23.撥桿，24.螺栓，25.內(nèi)置鋼制嵌件真空橡膠抽放閥芯，26.外殼，27.回位塔形彈簧，28.調(diào)距螺母，29.調(diào)力彈簧，30.推力軸承，31.鍵一，32.單向軸承，33.鍵二，34.主動摩擦片殼體，35.主動摩擦片，36.從動摩擦片，37.壓桿，38.從動摩擦片殼體。具體實施方式如圖1～9中，一種爬壁機器人無源真空吸附和行走裝置包括兩側(cè)四條對稱布置的鏈條3，兩側(cè)兩對對稱布置的鏈輪8、兩側(cè)32個對稱布置的吸盤組件1、兩側(cè)兩對對稱布置的吸盤凸緣導(dǎo)槽10、兩側(cè)兩個對稱布置的吸盤撥桿滑槽9、蝸桿蝸輪機構(gòu)7、齒輪機構(gòu)5、電機2、電機控制裝置11、防后仰機構(gòu)6和機器人框架4。電機2在控制裝置的控制下，通過蝸桿蝸輪7和齒輪機構(gòu)5驅(qū)動后鏈輪軸18轉(zhuǎn)動，八個鏈輪8對稱安裝在兩個鏈輪軸的兩端，后鏈輪軸18帶動后鏈輪16轉(zhuǎn)動，鏈輪8帶動和其嚙合的四條鏈條3滾動和前鏈輪15轉(zhuǎn)動，每側(cè)的兩根鏈條3上分別固連16個吸盤組件1，吸盤組件1均布在鏈條3上，防后仰機構(gòu)6一端安裝在后鏈輪軸18上，另一端通過軸承22和前鏈輪軸17組成轉(zhuǎn)動副，電機2固連在機器人框架橫梁13上，并通過聯(lián)軸器14和蝸桿相連，前、后鏈輪軸17、18和蝸輪軸21都安裝在機器人框架側(cè)板12的軸承孔內(nèi)，吸盤撥桿滑槽9和吸盤凸緣導(dǎo)槽10都通過螺栓24固定在機器人框架4的側(cè)板上，吸盤撥桿滑槽9斷面為U形，吸盤凸緣導(dǎo)槽10呈L形，吸盤凸緣導(dǎo)槽10的上表面和吸盤支架的下表面呈面接觸，吸盤撥桿滑槽9的導(dǎo)槽內(nèi)表面和吸盤撥桿23接觸。兩側(cè)兩對對稱布置的鏈輪8中，機器人后端的兩個鏈輪8為主動輪，機器人前端的兩個鏈輪8為從動輪，主動輪和后鏈輪軸18通過鍵連接，從動輪和前鏈輪軸17亦通過鍵連接，前、后鏈輪軸18安裝在機器人框架側(cè)板12的軸承22內(nèi)。兩側(cè)32個對稱布置的吸盤組件1中，每個組件包括：內(nèi)置鋼制嵌件真空橡膠抽放閥芯25、外殼26、回位塔形彈簧27、螺栓24和撥桿23。內(nèi)置鋼制嵌件真空橡膠抽放閥芯25的上表面和外殼26的下圓環(huán)面形成面接觸，真空橡膠抽放閥芯的鋼制嵌件上套有一回位塔形彈簧27，塔形彈簧的大端和外殼26的內(nèi)表面接觸，塔形彈簧的小端和真空橡膠抽放閥芯的橡膠內(nèi)表面接觸，外殼26上表面和撥桿23端部凸輪下輪廓線接觸，每個吸盤外殼26上表面左、右兩側(cè)各有一對側(cè)板，每對側(cè)板通過兩個銷釘和鏈條3的一個鏈結(jié)固接，外殼26兩邊各有一凸緣，凸緣下表面和吸盤凸緣導(dǎo)槽10的上表面以面接觸，借助吸盤凸緣導(dǎo)槽10進行水平導(dǎo)向，以防止鏈條3的彎曲。真空橡膠抽放閥芯通過銷釘和撥桿23端部凸輪以圓柱副連接，撥桿23端部兩側(cè)各有一段凸輪圓弧，橡膠抽放閥芯的鋼制嵌件和外殼26的頂部孔以間隙配合。當(dāng)撥桿23在外力作用下左、右擺動時，撥桿23端部凸輪向徑便會增大，鋼制嵌件沿著外殼26的頂部孔軸線方向滑動，從而橡膠抽放閥芯的端部橡膠發(fā)生變形，橡膠貼在光滑壁面上時，和光滑墻壁便形成真空的密閉空間，吸盤對壁面產(chǎn)生吸附力，當(dāng)撥桿23外力去除后，橡膠抽放閥芯的端部橡膠在回位塔形彈簧27的作用下變形消失，真空的密閉空間也同時消失，吸附力自動消失。蝸桿蝸輪機構(gòu)7的蝸桿和電機2通過聯(lián)軸器14連接，蝸輪通過鍵聯(lián)接和蝸輪軸21固結(jié)，蝸輪軸21安裝在機器人框架側(cè)板12的軸承22內(nèi)，蝸桿蝸輪機構(gòu)7不但可對電機2進行減速，還能利用其自鎖性能防止爬壁機器人溜車。齒輪機構(gòu)5的小齒輪通過鍵聯(lián)接和蝸輪軸21固結(jié)，大齒輪和后鏈輪軸18通過鍵固結(jié)，對電機2進行二次減速。防后仰機構(gòu)6包括：調(diào)距螺母28、調(diào)力彈簧29、推力軸承30、從動摩擦片36、主動摩擦片35、單向軸承32、后鏈輪軸18和壓桿37。單向軸承32通過鍵一31聯(lián)接和后鏈輪軸18固接，單向軸承32內(nèi)圈一側(cè)和軸肩接觸，單向軸承32外圈通過鍵二33和主動摩擦片殼體34固接，主動摩擦片35和主動摩擦片殼體34粘接，主動摩擦片35另一側(cè)和從動摩擦片36橡膠面接觸，從動摩擦片36和從動摩擦片殼體38粘接，從動摩擦片殼體38和推力軸承30的一側(cè)面接觸，推力軸承30的另一側(cè)和調(diào)力彈簧29的一端接觸，調(diào)力彈簧29的另一端和調(diào)距螺母28面接觸，調(diào)距螺母28、調(diào)力彈簧29和推力軸承30都套在后鏈輪軸18上，壓桿36通過螺栓24固結(jié)在從動摩擦片殼體38上。運用摩擦力恒定打滑原理，當(dāng)機器人前進上爬時，利用單向軸承32的單向性使主動摩擦片35與后鏈輪軸18的運動同步，而從動摩擦片35是靜止不動的，兩摩擦片間由相對滑動產(chǎn)生摩擦力，該摩擦力通過壓桿36傳到機器人前鏈輪軸17上，從而防止車身后仰；當(dāng)機器人后退下降時，由于單向軸承32的單向性，主動摩擦片35不能隨主動軸運動，從動摩擦片36也不運動，兩摩擦片間不產(chǎn)生摩擦力，因機器人后退下降時，機器人前端吸盤在逐漸接觸壁面過程中，依靠自重便能貼緊壁面完成吸附過程，故下降過程中不需要壓桿37作用力。通過調(diào)整調(diào)距螺母28來調(diào)節(jié)彈簧的彈簧力，進而可隨意調(diào)節(jié)主從摩擦片間的傳動摩擦力。機器人在光滑壁面上上爬時，通過操縱控制裝置的控制轉(zhuǎn)把19，可隨意改變電機2的轉(zhuǎn)速的大小和方向，經(jīng)蝸桿蝸輪和齒輪傳動，電機2驅(qū)動后鏈輪16轉(zhuǎn)動，后鏈輪16帶動鏈條3和吸盤滾動，從而驅(qū)動機器人爬行，機器人的爬行速度大小和速度方向是由電機2速度的大小和方向決定的，由于采用了具有自鎖性的蝸桿蝸輪機構(gòu)，有效防止了溜車現(xiàn)象的發(fā)生，每組吸盤組件1隨鏈條3滾動的過程中，當(dāng)吸盤組件1在機器人前端逐漸接觸壁面時，在防后仰裝置壓桿37的壓力下，吸盤逐漸貼緊壁面，同時，吸盤的撥桿23滑入到吸盤撥桿滑槽9的導(dǎo)槽內(nèi)，且被吸盤撥桿導(dǎo)槽撥動，此時吸盤端部和壁面之間便形成真空的密閉空間，在大氣壓力作用下吸盤緊緊的吸附在壁面上，隨著機器人的爬行，吸盤組件1逐漸從機器人前端滑動到機器人的后端，這一過程，吸盤組件1吸附力一直保持，且吸附力一直保持到吸盤撥桿23脫離吸盤撥桿滑槽9，此時吸盤吸附力在回位塔形彈簧27的作用下自動解除，接著吸盤開始隨鏈條3滾動脫離壁面。如此反復(fù)循環(huán)，32個吸盤組件1在隨鏈條3滾動時，鏈條3前端的吸盤不斷的接觸壁面并產(chǎn)生吸附力，鏈條3末端的吸盤不斷的解除吸附力并脫離壁面，且每個瞬間都保證至少有14個吸盤同時提供吸附力，從而保證機器人在壁面上安全、可靠和穩(wěn)定的爬行。