[发明专利]基于气流升力的壁面移动机器人

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种机器人，具体地说是一种基于气流升力的壁面移动机 器人。属于机器人技术领域。

背景技术

近年来，机器人在国家安全、工业检测、高空营救和反恐侦察任务中越来 越得到人们的重视，国际上许多成功的机器人平台已经建立，但是具有爬壁、 在天花板行走和穿越管道能力的机器人还很少。目前，有许多专家对具有爬壁 能力的机器人做了研究，有运用吸附技术设计的连续运动清扫爬壁机器人，有 运用磁性吸附技术设计的六足爬壁机器人，有运用磁性吸附技术设计的步行式 爬壁机器人等。但由于这些机器人都具有体积大、价格昂贵、重量大、转弯特 性差、控制系统复杂等缺点，极大地限制了这些机器人的应用。

随着科技的发展，反恐侦察、高层建筑物壁面检测、高空营救等领域迫切 需要能实现良好爬壁功能的机器人。传统爬壁机器人的结构复杂、噪声大、运 动速度慢的特点限制了机器人技术的发展，爬壁机器人在朝小型化，轻型化的 方向发展，但现有爬壁机器人特别是基于真空吸附原理或者负压吸附原理的壁 面移动机器人对壁面的适应能力和吸附的可靠性都很难达到实际应用的要求。 在一些粗糙度比较大的壁面上利用真空或负压吸附原理的机器人很难适应。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种结构简单、体积小、 重量轻、噪声低、壁面适应能力强的壁面移动机器人。

为实现上述发明目的，本发明是通过以下的技术方案来实现的：

一种基于气流升力的壁面移动机器人，其特征在于包括升力发生装置、升 力方向调整机构和沿壁面行走机构；

所述的升力发生装置包括函道风扇和导流叶片，函道风扇由函道管、固定 在函道管内的骨架、固定在骨架上的驱动电机和风机叶片组成，所述的函道风 扇的吸气口垂直向上放置，函道风扇安装在气流方向调整架上，在气流方向调 整架上还安装有导流叶片，所述的的导流叶片位于函道风扇的出气口；

所述的升力方向调整机构包括升力方向调整环、升力方向调整驱动电机和 升力方向调整驱动齿轮，升力方向调整环与气流方向调整架通过T形连接件连 接，升力方向调整驱动电机安装在升力方向调整环上，通过升力方向调整驱动 齿轮与活动安装在升力方向调整环上的沿壁面行走机构连接。

前述的基于气流升力的壁面移动机器人，其特征在于所述的导流叶片为水 滴形。

前述的基于气流升力的壁面移动机器人，其特征在于还包括控制器，在所 述的T形连接件和升力方向调整环之间连接有拉力传感器，拉力传感器与控制 器连接。

前述的基于气流升力的壁面移动机器人，其特征在于在所述的升力方向调 整环与拉力传感器的连接处还安装有倾角传感器，倾角传感器与控制器连接。

前述的基于气流升力的壁面移动机器人，其特征在于所述的升力发生装置 根据拉力传感器的读数与拉力设定值之差来控制函道风扇的转速，实现拉力为 设定值，采用的公式为Δv＝k(f_d-f_r)，式中Δv为函道风扇转速的增加量，k为正 的比例系数，f_d为设定的升力值，与机器人的重力相等，f_r为拉力传感器的读 数。

前述的基于气流升力的壁面移动机器人，其特征在于所述的升力方向调整 机构根据倾角传感器的读数与倾角设定值之差来控制驱动电机的位置和转速， 实现升力的方向为设定值，采用的公式为Δp＝k_d(θ_d-θ_r)，式中Δp为升力方向调 整驱动电机位移的增加量，k_d为正的比例系数，θ_d为设定的倾角值，θ_r为倾角 传感器的读数。

前述的基于气流升力的壁面移动机器人，其特征在于所述的驱动电机为外 转子无刷直流电机。

前述的基于气流升力的壁面移动机器人，其特征在于所述的沿壁面行走机 构为轮式移动机构、履带式移动机构或腿足式移动机构。

前述的基于气流升力的壁面移动机器人，其特征在于所述的沿壁面行走机 构包括底盘、驱动轮和驱动轮支架，底盘活动安装在升力方向调整环上，在底 盘中安装有供电电池，在底盘的下方装有驱动轮支架，在驱动轮支架上安装有 驱动轮。

前述的基于气流升力的壁面移动机器人，其特征在于所述的驱动轮，其上 覆盖有防滑材料。