[实用新型]一种模块化的仿生爬壁机器人

说明书

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，是一种模块化的仿生爬壁机器人。

背景技术

现代社会有很多对人类来说属于艰难困苦而危险的作业和任务。例如核工业中对核度液储罐进行视觉检查及探伤，建筑业中巨型墙面喷涂、高楼大厦瓷砖或玻璃幕墙的清洁，造船业中对内外船体表面的探伤和喷涂等等。这类工作依靠人类搭建脚手架、爬上爬下地完成，不仅效率低、成本高，更是一项危险的任务。因此，能替代人类执行和从事类似任务的爬壁机器人便应运而生。

目前国内外已研制出各种各样来的爬壁机器人，其形式各异，吸附方式和移动机能各不相同，如有磁履带式、多吸盘履带式、单吸盘轮式、多吸盘框架式、旋翼轮式、基于范德华力的仿壁虎式等等。虽然目前爬壁机器人种类繁多，但它们存在若干问题和不足，例如：(1)单吸盘整体滑移式爬壁机器人为防止滑落，必须提供足够的压力来产生与墙面的摩擦力，同时为移动又必须克服摩擦力做切向运动，这是一对矛盾，磨损严重、能量消耗大；(2)轮式和多吸盘框架式爬壁机器人转弯困难，缺乏运动灵活性；多吸盘框架式和多足式爬壁机器人结构复杂，体型较大，控制不方便，攀爬速度慢；(4)旋翼式爬壁机器人噪声大且吸附不可靠，动力消失后马上失效；(5)仿壁虎式爬壁机器人制造成本高、材料问题目前仍待进一步研究解决。尤其是很多爬壁机器人普遍缺乏越障能力和壁面间过渡能力；本体构型固定不变，不可根据环境和任务做出调整或者改变，对环境的适应性较差；没有具备操作功能，若要求机器人实施操作，就必须额外加装操作臂或末端执行器。

在众多的吸附方式中，负压吸附无污染、成本低、使用方便、维护容易、对环境有良好的适应性而广泛采用，但是很多系统采用集中气源，依靠地面上高功率空气压缩机通过很长的气管对机器人足部吸盘进行抽真空(基于文丘里原理)，又造成系统额外的负担，限制了其运动范围。在结构形式和攀爬方式上，仿生双足是爬壁机器人的一个重要的发展方向。仿生双足爬壁机器人具有很强的越障能力和壁面过渡能力，结构和控制也较为简单。真空吸附与仿生双足攀爬结合可解决上面提到的众多问题。目前真空吸附爬壁机器人的开发多集中在小电机或者舵机驱动的微小型轻便机器人上，如美国密西根州大学的可重构微小型机器人RAMR1和Crawler，以及国内北京航天航空大学的串联式模块化机器人(申请号：200710179041.1)。由于只有手掌大小，它们的运动和负载能力很弱，实用价值有限，而后者基于密闭气腔扩容，通过振动产生负压进行吸附，效率欠高、可靠性较低。因此，开发一种常规尺寸的，结构和控制相对简单、构建容易、吸附稳定可靠、攀爬能力强、对攀爬对象有较强适应性，同时兼具操作功能的爬壁机器人符合机器人发展的趋势和社会生产生活的需要。

实用新型内容

本实用新型目的在于面向建筑、化工、核工业和船泊业等领域的高空作业，克服现有爬壁机器人所存在的转向困难、机动性较差、越障和壁面过渡能力较弱等缺点和不足之处，受尺蠖等动物攀爬动作的启发，提供一种新型的由若干独立完整的模块组成的便于拆装、攀爬功能强大且双端吸附的模块化的仿生爬壁机器人。

本实用新型的模块化仿生爬壁机器人采用串联式关节型仿手臂结构，具有五个自由度，由七个模块构成，包括三个T型关节模块、两个I型关节模块和两个真空吸附模块；所述I型关节模块是指只有一个转动自由度且关节转轴与模块本身中心线重合或平行的模块，也称回转关节模块；所述T型关节模块是指只有一个转动自由度且关节转轴与模块本身中心线垂直的关节模块，也称摆转关节模块；所述真空吸附模块是一种通过抽真空形成负压对光洁平整的物体表面进行吸附的功能模块。各模块采用串联方式通过卡环依次连接，顺序为：第一真空吸附模块-第一I型关节模块-第一T型关节模块-第二T型关节模块-第三T型关节模块-第二I型关节模块-第二真空吸附模块。三个T型关节模块的转轴互相平行，并与两端的I型关节模块的转轴互相垂直；模块之间在接口处以四个销钉定位并阻止模块间可能的相对转动。两个真空吸附模块分别安装在机器人的两端，组成一个双足式的仿手臂机器人。