本實(shí)用新型屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種可調(diào)整步幅的吸盤式爬壁機(jī)器人。

背景技術(shù)：

目前，爬壁機(jī)器人按吸附方式分為真空吸附和磁吸附兩種方式。其中，真空吸附是依靠高速氣流的抽吸作用排除密閉空間內(nèi)的氣體形成真空，為爬壁機(jī)器人提供吸附力量。

真空吸附爬壁機(jī)器人，一般有履帶式、輪式、伸縮式等，移動機(jī)構(gòu)多采用肢體或履帶。采用肢體作為移動機(jī)構(gòu)的機(jī)器人結(jié)構(gòu)復(fù)雜，導(dǎo)致控制和移動都較慢，而采用履帶形式的爬壁機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)在壁面上的快速運(yùn)動，但是不具備越障能力，且真空吸附的爬壁機(jī)器人一般均移動方式單一，不靈活，尤其在遇到障礙物時(shí)，如果吸附在障礙物上，就會導(dǎo)致吸附不牢固。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的移動方式單一、不能避開障礙物的技術(shù)問題，提供一種移動方式靈活多樣且可調(diào)整步幅以避開障礙物的吸盤式爬壁機(jī)器人。

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：

一種可調(diào)整步幅的吸盤式爬壁機(jī)器人，包括

機(jī)器人主體，其包括控制系統(tǒng)和測距模塊；

兩個(gè)第一舵機(jī)，其分別設(shè)于所述機(jī)器人主體相對的兩外側(cè)，并分別通過一個(gè)伺服氣缸與所述機(jī)器人主體連接，且所述伺服氣缸的氣缸桿沿X軸設(shè)置，以在所述控制系統(tǒng)的控制下驅(qū)動所述第一舵機(jī)沿X軸往復(fù)運(yùn)動，兩個(gè)所述第一舵機(jī)的驅(qū)動軸均沿y軸設(shè)置；

兩個(gè)第二舵機(jī)，其分別設(shè)于一個(gè)伸縮桿的頂面的中部，兩個(gè)所述第二舵機(jī)的驅(qū)動軸均沿z軸設(shè)置，并分別通過一個(gè)連接件與同側(cè)的所述第一舵機(jī)轉(zhuǎn)動連接；

兩個(gè)吸盤座，其分別設(shè)于所述伸縮桿的底面的兩端，用于安裝吸盤；

所述測距模塊、伺服氣缸、第一舵機(jī)和第二舵機(jī)分別與所述控制系統(tǒng)連接。

作為優(yōu)選，所述機(jī)器人主體包括主殼體，所述控制系統(tǒng)設(shè)于所述主殼體內(nèi)，所述控制系統(tǒng)包括電源、控制模塊、真空泵和兩個(gè)電磁閥，所述真空泵分別與兩個(gè)所述電磁閥連接，兩個(gè)所述電磁閥分別通過管路與兩個(gè)所述吸盤座連接，所述第一舵機(jī)、第二舵機(jī)、控制模塊、真空泵和電磁閥分別與電源連接，且所述測距模塊、伺服氣缸、所述第一舵機(jī)、第二舵機(jī)、真空泵和電磁閥分別與所述控制模塊連接。

作為優(yōu)選，所述電磁閥具有C端、D端和E端，所述電磁閥的E端與空氣連通，所述真空泵通過兩個(gè)第一支氣管分別與兩個(gè)所述電磁閥的D端連接，每個(gè)所述電磁閥的C端分別連接有兩個(gè)第二支氣管，以分別與兩個(gè)所述吸盤座連接。

作為優(yōu)選，所述主殼體相對的兩外側(cè)分別連接有一個(gè)側(cè)殼體，所述第一舵機(jī)位于所述側(cè)殼體內(nèi)，所述側(cè)殼體的相對兩側(cè)分別設(shè)有一個(gè)長孔，所述第一舵機(jī)的驅(qū)動軸伸出所述長孔后與所述連接件連接，所述第一舵機(jī)的底部連接于一個(gè)第一安裝板上，所述第一安裝板的底面設(shè)有燕尾槽，所述側(cè)殼體內(nèi)的底面上設(shè)有與所述燕尾槽配合的燕尾形的導(dǎo)軌，以使所述第一舵機(jī)在所述伺服氣缸的推拉下沿所述導(dǎo)軌的長度方向往復(fù)運(yùn)動。

作為優(yōu)選，所述伸縮桿呈筒狀結(jié)構(gòu)。

作為優(yōu)選，所述伸縮桿包括第一桿和第二桿，所述第二桿的一端插入所述第一桿內(nèi)，所述第一桿和第二桿內(nèi)分別安裝有第一截面板和第二截面板，所述第一截面板和第二截面板之間設(shè)有雙向氣缸，以分別與所述雙向氣缸的氣缸桿連接，所述雙向氣缸安裝于第二安裝板上，所述第二安裝板與第二桿用于插入所述第一桿的一端的內(nèi)壁滑動連接。

作為優(yōu)選，所述連接件包括U形板，所述第一舵機(jī)的輸出軸的兩端與所述U形板的兩個(gè)側(cè)板連接，所述第二舵機(jī)的輸出軸的一端與所述U形板的底板連接。

作為優(yōu)選，所述吸盤為雙層吸盤。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型所具有的有益效果是：本實(shí)用新型通過設(shè)置伺服氣缸來調(diào)整吸盤足的翻越距離，提高了越障能力且可以精確移動到平面上的任何的位置，以通過翻轉(zhuǎn)前進(jìn)、轉(zhuǎn)彎和爬行前進(jìn)的移動動作來達(dá)到移動方式多樣化的目的。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型中的吸盤式爬壁機(jī)器人的主視結(jié)構(gòu)(兩個(gè)吸盤足處于吸附狀態(tài))示意圖；

圖2為圖1的俯視圖；

圖3為本實(shí)用新型中的吸盤式爬壁機(jī)器人的控制原理圖；

圖4為本實(shí)用新型中的吸盤式爬壁機(jī)器人的吸盤足的吸附和自由狀態(tài)的控制原理圖；

圖5為本實(shí)用新型中的吸盤式爬壁機(jī)器人在翻轉(zhuǎn)前進(jìn)過程中的步驟1)的狀態(tài)圖；

圖6為本實(shí)用新型中的吸盤式爬壁機(jī)器人在翻轉(zhuǎn)前進(jìn)過程中的步驟2)的狀態(tài)圖；

圖7為本實(shí)用新型中的吸盤式爬壁機(jī)器人在翻轉(zhuǎn)前進(jìn)過程中的步驟3)的狀態(tài)圖；

圖8為本實(shí)用新型中的吸盤式爬壁機(jī)器人在轉(zhuǎn)彎過程中的步驟1)的狀態(tài)圖；

圖9為本實(shí)用新型中的吸盤式爬壁機(jī)器人在轉(zhuǎn)彎過程中的步驟2)的狀態(tài)圖；

圖10為本實(shí)用新型中的吸盤式爬壁機(jī)器人在轉(zhuǎn)彎過程中的步驟3)的狀態(tài)圖；

圖11為本實(shí)用新型中的吸盤式爬壁機(jī)器人在爬行前進(jìn)過程中的步驟1)的狀態(tài)圖；

圖12為本實(shí)用新型中的吸盤式爬壁機(jī)器人在爬行前進(jìn)過程中的步驟2)的狀態(tài)圖；

圖13為本實(shí)用新型中的吸盤式爬壁機(jī)器人在爬行前進(jìn)過程中的步驟3)的狀態(tài)圖；

圖14為本實(shí)用新型中的吸盤式爬壁機(jī)器人在爬行前進(jìn)過程中的步驟4)的狀態(tài)圖；

圖15為本實(shí)用新型中的吸盤式爬壁機(jī)器人的伸縮桿與驅(qū)動機(jī)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：

1-機(jī)器人主體；

11A-第一舵機(jī)A； 111A-第一驅(qū)動軸A；

11B-第一舵機(jī)B； 111B-第一驅(qū)動軸B；

12-電源； 13-控制模塊；

14-真空泵； 15-電磁閥；

16-第一支氣管； 17-三通接頭；

18-第二支氣管； 19-側(cè)殼體；

2A-第一吸盤足； 2B-第二吸盤足；

21-吸盤座； 22-吸盤；

23A-第二舵機(jī)A； 231A-第二驅(qū)動軸A；

23B-第二舵機(jī)B； 231B-第二驅(qū)動軸B；

24-伸縮桿； 241-第一桿；

242-第二桿； 243-第一截面板；

244-第二截面板； 25-短管；

3-連接件； 4-測距模塊；

5-雙向氣缸； 6-伺服氣缸；

7-導(dǎo)軌； 81-第一安裝板；

82-第二安裝板； 9-長孔。

具體實(shí)施方式

為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本實(shí)用新型的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型作詳細(xì)說明。

如圖1至圖15所示，本實(shí)用新型的實(shí)施例公開了一種可調(diào)整步幅的吸盤式爬壁機(jī)器人，包括機(jī)器人主體1、兩個(gè)第一舵機(jī)、兩個(gè)第二舵機(jī)和兩個(gè)吸盤座21，其中，機(jī)器人主體1包括控制系統(tǒng)和測距模塊4，兩個(gè)第一舵機(jī)分別設(shè)于機(jī)器人主體1相對的兩外側(cè)，并分別通過一個(gè)伺服氣缸6與機(jī)器人主體1連接，且伺服氣缸6的氣缸桿沿X軸設(shè)置，以在控制系統(tǒng)的控制下驅(qū)動第一舵機(jī)沿X軸往復(fù)運(yùn)動，兩個(gè)第一舵機(jī)的驅(qū)動軸均沿y軸設(shè)置。兩個(gè)第二舵機(jī)分別設(shè)于一個(gè)伸縮桿24的頂面的中部，伸縮桿24呈筒狀結(jié)構(gòu)，以減輕重量。兩個(gè)第二舵機(jī)的驅(qū)動軸均沿z軸設(shè)置，并分別通過一個(gè)連接件3與同側(cè)的第一舵機(jī)轉(zhuǎn)動連接。為了簡化結(jié)構(gòu)，連接件3包括U形板，第一舵機(jī)的輸出軸的兩端與U形板的兩個(gè)側(cè)板連接，第二舵機(jī)的輸出軸的一端與U形板的底板連接。第一舵機(jī)用于驅(qū)動連接件3帶動吸盤足2或驅(qū)動機(jī)器人主體1圍繞第一舵機(jī)的驅(qū)動軸轉(zhuǎn)動。第二舵機(jī)用于驅(qū)動連接件3帶動機(jī)器人主體1或吸盤足2圍繞第二舵機(jī)的驅(qū)動軸轉(zhuǎn)動。兩個(gè)吸盤座21分別設(shè)于伸縮桿24的底面的兩端，用于安裝吸盤22。吸盤22為雙層吸盤，雙層吸盤腔體小、面積大，更有利于吸附。測距模塊4、伺服氣缸6、第一舵機(jī)和第二舵機(jī)分別與控制系統(tǒng)連接。

本實(shí)施例中，機(jī)器人主體1包括主殼體，控制系統(tǒng)設(shè)于主殼體內(nèi)，如圖3所示，控制系統(tǒng)包括電源12、控制模塊13、真空泵14和兩個(gè)電磁閥15，真空泵14分別與兩個(gè)電磁閥15連接，兩個(gè)電磁閥15分別通過管路與兩個(gè)吸盤座21連接，使真空泵14可以通過兩個(gè)電磁閥15分別使兩個(gè)吸盤22中的一個(gè)吸盤22吸附或呈自由狀態(tài)。第一舵機(jī)、第二舵機(jī)、控制模塊13、真空泵14和電磁閥15分別與電源12連接，且測距模塊4、伺服氣缸6、第一舵機(jī)、第二舵機(jī)、真空泵14和電磁閥15分別與控制模塊13連接，以在控制模塊13的控制下發(fā)生相應(yīng)的動作。

考慮到自重、控制、固定條件等因素，本實(shí)施例的每個(gè)吸盤足2分別采取兩個(gè)吸盤22，每個(gè)吸盤22分別固定在每個(gè)吸盤座21內(nèi)，每個(gè)吸盤足2的兩個(gè)吸盤座21通過伸縮桿24連接，也即，兩個(gè)吸盤座21分設(shè)于伸縮桿24的兩端，頂殼體設(shè)于伸縮桿24的中部。相應(yīng)地，如圖4所示，電磁閥15具有C端、D端和E端，電磁閥15的E端與空氣連通，真空泵14通過一個(gè)三通接頭連接有兩個(gè)第一支氣管16，以分別與兩個(gè)電磁閥15的D端連接，每個(gè)電磁閥15的C端分別通過一個(gè)三通接頭17連接有兩個(gè)第二支氣管18，以分別與每個(gè)吸盤足2的兩個(gè)所吸盤22連接。繼續(xù)結(jié)合圖1，吸盤座21上設(shè)有與吸盤22連通的短管25，短管25穿過伸縮桿24，第二支氣管18與短管25連接。本實(shí)施例中的吸盤式爬壁機(jī)器人的吸盤22的動作原理如圖4所示，真空泵14在不斷工作，電磁閥15斷電時(shí)，電磁閥15的C端與D端接通，與該電磁閥15連接的吸盤22接通真空泵14進(jìn)入吸附狀態(tài)；電磁閥15通電時(shí)，電磁閥的C端與E端接通，即接通大氣，與該電磁閥15連接的吸盤22進(jìn)入自由狀態(tài)。這樣在機(jī)器人工作時(shí)若意外斷電后能夠保證安全性以及減輕電池的負(fù)擔(dān)。

本實(shí)施例中，繼續(xù)結(jié)合圖1，主殼體相對的兩外側(cè)分別連接有一個(gè)側(cè)殼體，第一舵機(jī)位于側(cè)殼體內(nèi)，側(cè)殼體的相對兩側(cè)分別設(shè)有一個(gè)長孔9，第一舵機(jī)的驅(qū)動軸伸出長孔9后與連接件3連接，第一舵機(jī)的底部連接于一個(gè)第一安裝板81上，第一安裝板81的底面設(shè)有燕尾槽，側(cè)殼體內(nèi)的底面上設(shè)有與燕尾槽配合的燕尾形的導(dǎo)軌7，以使第一舵機(jī)在伺服氣缸6的推拉下沿導(dǎo)軌7的長度方向往復(fù)運(yùn)動，第一舵機(jī)通過連接件3帶動第二舵機(jī)及對應(yīng)的吸盤座21移動，以避開障礙物。具體地，測距模塊4獲得機(jī)器人相對墻面位置與墻面傾斜角信息，再經(jīng)過計(jì)算以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的面面轉(zhuǎn)換，達(dá)到精確控制的目的。另外，當(dāng)測距模塊4檢測到有障礙物(測距模塊4獲取吸盤足與障礙物之間的距離L1，當(dāng)L1等于或接近等于其中一側(cè)的吸盤足翻越的距離，也就是吸盤足翻越后有可能落于障礙物上)時(shí)，會通過控制模塊13控制伺服氣缸6的伸縮動作，以使吸盤足在翻越后能夠繞開障礙物。

為了更加靈活地避開障礙物，伸縮桿24包括第一桿241和第二桿242，第二桿242的一端插入第一桿241內(nèi)；第一桿241和第二桿242內(nèi)分別安裝有第一截面板243和第二截面板244，第一截面板243和第二截面板244之間設(shè)有雙向氣缸5，第一截面板243和第二截面板244分別與雙向氣缸5的氣缸桿連接，雙向氣缸5安裝于一個(gè)第二安裝板82，第二安裝板82與第二桿242用于插入第一桿241的一端的內(nèi)壁滑動連接。雙向氣缸5與電源12、控制模塊13連接，以在控制模塊13的控制下實(shí)現(xiàn)氣缸桿的伸縮。例如，可以通過雙向氣缸5與第一截面板243連接的氣缸桿伸縮，以使第一截面板帶動第一桿241相對第二桿242伸縮，用于調(diào)節(jié)該吸盤足的兩個(gè)吸盤22之間的距離，避開障礙物。

本實(shí)施例中的吸盤式爬壁機(jī)器人可進(jìn)行的動作包括翻轉(zhuǎn)前進(jìn)、轉(zhuǎn)彎和爬行前進(jìn)，具體請參見圖5至圖14，為了便于進(jìn)行說明，兩個(gè)吸盤足2分別命名為第一吸盤足2A和第二吸盤足2B，兩個(gè)第一舵機(jī)區(qū)分為第一舵機(jī)A11A和第一舵機(jī)B11B，相對應(yīng)地，第一舵機(jī)A11A的驅(qū)動軸命名為第一驅(qū)動軸A111A，第一舵機(jī)B11B的驅(qū)動軸命名為第一驅(qū)動軸B111B。兩個(gè)第二舵機(jī)區(qū)分為第二舵機(jī)A23A和第二舵機(jī)B23B,相對應(yīng)地，第二舵機(jī)A23A的驅(qū)動軸命名第二驅(qū)動軸A231A，第二舵機(jī)B23B的驅(qū)動軸命名第二驅(qū)動軸B231B。其中，

翻轉(zhuǎn)前進(jìn)的步驟為：

1)第一吸盤足2A和第二吸盤足2B均處于吸附狀態(tài)，然后第一吸盤足2A進(jìn)入自由狀態(tài)，控制模塊13將信號傳送給第一舵機(jī)B11B,第一舵機(jī)B11B圍繞其驅(qū)動軸111B轉(zhuǎn)動第一角度，因此同步帶動機(jī)器人主體1和第一吸盤足2A轉(zhuǎn)動第一角度；例如第一角度為30°,具體參見圖5。

2)控制模塊13將信號傳遞給第一舵機(jī)A11A,第一舵機(jī)A11A圍繞其驅(qū)動軸111A轉(zhuǎn)動180°，因此同步帶動第一吸盤足2A轉(zhuǎn)動180°，具體參見圖6。

3)第一舵機(jī)11B接收控制模塊13的控制信號后，圍繞其驅(qū)動軸111B轉(zhuǎn)動第二角度，第二角度與第一角度之和為180°，也即第二角度為150°，具體參見圖7，因此同步帶動機(jī)器人主體1和吸盤足2A轉(zhuǎn)動150°，使第一吸盤足2A與墻面貼合，然后電磁閥15A斷電，真空泵14通過電磁閥15A與第一吸盤足2A的兩個(gè)吸盤22連通，第一吸盤足2A的兩個(gè)吸盤22吸附在墻面上，完成了一次翻轉(zhuǎn)前進(jìn)。

轉(zhuǎn)彎的步驟為：

1)第一吸盤足2A和第二吸盤足2B均處于如圖1所示的吸附狀態(tài)，然后第一吸盤足2A進(jìn)入自由狀態(tài)，控制模塊13將信號傳送給第一舵機(jī)B11B,第一舵機(jī)B11B圍繞其驅(qū)動軸111B轉(zhuǎn)動第三角度，因此同步帶動機(jī)器人主體1和第一吸盤足2A轉(zhuǎn)動第三角度角度，例如第三角度為30°,具體參見圖8。

2)控制模塊13將信號傳遞給第二舵機(jī)B23B,第二舵機(jī)B23B圍繞其驅(qū)動軸231B(圖中由于遮擋而未示出)轉(zhuǎn)動第四角度，因此帶動機(jī)器人主體1同步轉(zhuǎn)動第四角度30°，具體參見圖9。本實(shí)施例中給出的第三角度和第四角度都是30°，而在實(shí)際應(yīng)用中，第三角度和第四角度也可以不同，也就是兩者之間沒有聯(lián)系。

3)第一舵機(jī)11B接收控制模塊13的控制信號，圍繞其驅(qū)動軸111B反向(步驟1)中的第一舵機(jī)11B的轉(zhuǎn)動方向假設(shè)為正向)轉(zhuǎn)動第三角度30°，因此帶動第一吸盤足2A反向轉(zhuǎn)動30°，具體參見圖10，使第一吸盤足2A與墻面貼合，然后電磁閥15A斷電，真空泵14通過電磁閥15A與第一吸盤足2A的兩個(gè)吸盤22連通，第一吸盤足2A的兩個(gè)吸盤22吸附在墻面上，完成了一次轉(zhuǎn)彎。

吸盤式爬壁機(jī)器人的移動方法，還包括有爬行前進(jìn)的步驟，爬行前進(jìn)的步驟在轉(zhuǎn)彎步驟之后完成，其步驟為：

1)第一吸盤足2A和第二吸盤足2B均處于如圖10所示的吸附狀態(tài)，然后第二吸盤足2B進(jìn)入自由狀態(tài)，控制模塊13將信號傳送給第一舵機(jī)A11A,第一舵機(jī)A11A圍繞其驅(qū)動軸111A轉(zhuǎn)動第三角度，例如第三角度為30°，因此帶動所述機(jī)器人主體1和第二吸盤足2B轉(zhuǎn)動第三角度，具體參見圖11。

2)控制模塊13將信號傳遞給第二舵機(jī)B23B,第二舵機(jī)B23B圍繞第二驅(qū)動軸B231B(圖中由于遮擋而未示出)轉(zhuǎn)動第四角度，例如第四角度為30°，因此帶動第二吸盤足2B的伸縮桿24同步轉(zhuǎn)動第四角度后與機(jī)器人主體1垂直，具體參見圖12。

3)控制模塊13將信號傳遞給第二舵機(jī)A23A,第二舵機(jī)A23A圍繞其驅(qū)動軸231A(圖中由于遮擋而未示出)轉(zhuǎn)動第四角度，第四角度為30°，因此帶動機(jī)器人主體1同步轉(zhuǎn)動第四角度，具體參見圖13。

4)所第一舵機(jī)A11A接收控制模塊13的控制信號，圍繞其驅(qū)動軸111A反向(步驟1)中的第一舵機(jī)11A的轉(zhuǎn)動方向假設(shè)為正向)轉(zhuǎn)動第三角度，例如30°，因此帶動第二吸盤足2B反向轉(zhuǎn)動第三角度，具體參見圖14，使第二吸盤足2B與墻面貼合，然后電磁閥15B斷電，真空泵14通過電磁閥15B與第二吸盤足2B的兩個(gè)吸盤22連通，第二吸盤足2B的兩個(gè)吸盤22吸附在墻面上，完成了一次爬行前進(jìn)。

本實(shí)用新型中的吸盤式爬壁機(jī)器人利用真空泵14產(chǎn)生真空轉(zhuǎn)化為吸盤22的吸力使機(jī)器人吸附在壁面上，利用電磁閥15控制吸盤22的氣路通斷以控制吸盤足的吸附狀態(tài)，通過舵機(jī)的旋轉(zhuǎn)使機(jī)器人實(shí)現(xiàn)行走任務(wù)。該機(jī)器人具有外形小巧、結(jié)構(gòu)精妙、移動靈活、吸附穩(wěn)定、移動精確等優(yōu)點(diǎn)，可用于偵察、勘探、監(jiān)控、反恐、壁面清洗等領(lǐng)域。

以上實(shí)施例僅為本實(shí)用新型的示例性實(shí)施例，不用于限制本實(shí)用新型，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍由權(quán)利要求書限定。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)和保護(hù)范圍內(nèi)，對本實(shí)用新型做出各種修改或等同替換，這種修改或等同替換也應(yīng)視為落在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。