[发明专利]一种可灵活转向的钩刺式爬壁机器人

说明书

技术领域

本发明属于机械制造技术领域，具体是一种可灵活转向的钩刺式爬壁机器人。 

背景技术

爬壁机器人对于航天航空、星球探测、极限环境搜救、军事侦察等有重要意义。而爬壁机器人为实现爬行功能，必须具有吸附和移动两个基本功能。一般爬壁机器人通过负压吸附和磁吸附，以及近年来发展很快的仿生纳米粘附材料，其中负压吸附要求壁面光滑平整，磁吸附要求壁面具有铁磁性，而仿生纳米粘附材料制造比较困难，现阶段仿生纳米材料容易被灰尘等污染而使粘附性能下降甚至失效，且对于粗糙的壁面粘附效果不佳。三种吸附方式都具有局限性，本发明基于粗糙壁面的任务要求，提出仿生柔性钩刺粘附方式。爬壁机器人的移动方式主要有腿式和履带式两种，腿式结构都比较复杂，需要的驱动较多，攀爬稳定性不好，履带式要求壁面光滑，爬壁机器人在壁面上运动受到机构和粘附方式的限制，不能自由地转向，因此设计一种可攀爬粗糙壁面，同时结构简单，驱动较少，可灵活转向的爬壁机器人具有重要意义。 

中国专利文献CN100455473C提供了一种《钩爪式爬壁机器人》，该专利文件在一定程度上解决了爬壁机器人在粗糙壁面上攀爬 的问题，但这种机器人抓附不够稳定，不可以实现转向运动，实用性不强。 

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种可攀爬粗糙壁面，结构简单，可灵活转向的钩刺式爬壁机器人。 

一种可灵活转向的钩刺式爬壁机器人，包括上机体板、下机体板、曲柄滑块结构、柔性钩刺脚爪、电机，其中上机体板与下机体板中间连接有曲柄滑块结构，曲柄滑块结构驱动电机的旋转，使上机体板与下机体板做线性相对运动，实现机器人的前进或后退运动。 

本发明的上机体板与下机体板之间具有一个转动自由度，机器人每步上机体板与下机体板之间转动的范围是-60°-60°，爬壁机器人可以灵活的转向运动。 

本发明的曲柄滑块结构包括滑块、连杆、曲柄，曲柄安装在上机体板上，电机的输出轴与曲柄连接，滑块与下机体板通过电机连接，之间可以相对转动。上机体板上设置有滑槽。 

本发明的爬壁机器人转向自由，曲柄滑块结构中的滑块与下机体板通过电机连接，驱动电机可以实现滑块与下机体板的相对转动，而上机体板与滑块之间没有相对转动，从而实现了上机体板与下机体板的相对转动。 

本发明的柔性钩刺脚爪有六只，其中三只安装在上机体板上， 三只安装在下机体板上。爬壁机器人的六只柔性钩刺脚爪可以圆周对称分布，也可以左右对称分布。每只柔性钩刺脚爪由电机、脚爪基座、主动齿轮、脚趾、刚性钩刺、弹性橡胶膜组成，其中弹性橡胶膜包裹在刚性钩刺的尖端表面周围。每只柔性钩刺脚爪的脚趾数是4至10根。 

本发明采用钩刺式粘附方式，能够实现机器人在粗糙或柔性壁面上的稳定爬行，而且可以灵活转向；本发明的上机体板与下机体板通过曲柄滑块结构连接，用旋转电机驱动曲柄转动，减轻了机器人的重量；本发明柔性钩刺脚爪的刚性钩刺尖端表面包裹一层弹性橡胶层，当刚性钩刺抓附在壁面凹坑里时，弹性橡胶膜发生变形，填充凹坑，使抓附更加稳定。另外，本发明结构简单、方便操作使用、造价成本不高，适合在相关技术领域中推广应用。 

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图； 

图2为本发明的动作示意图； 

图3是本发明的脚爪结构示意图； 

图4是本发明的脚趾结构示意图。 

图中：1、滑块；2、上机体板；3、转向驱动电机；4、下机体板；5、连杆；6、曲柄；7、机构驱动电机；8、柔性钩刺脚爪；9、脚爪基座；10、电机；11、主动齿轮；12、脚趾；13、刚性钩刺；14、弹性橡胶膜；15、脚爪末端的黑圆点；16、脚爪末端的白圆点。 

具体实施方式

为使本发明的技术方案和特点更加清楚，下面结合实施例和附图，对本发明做进一步的详细说明。在此，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。 

如图1所示，本发明爬壁机器人包括上机体板2，下机体板4、转向驱动电机3，曲柄滑块结构的滑块1、连杆5、曲柄6，曲柄滑块的机构驱动电机7，柔性钩刺脚爪8。另外，滑槽设置在上机体板上2，曲柄滑块结构的机构驱动电机7安装在上机体板2上，电机输出轴与曲柄6连接，驱动曲柄滑块结构运动，使上机体板2与下机体板4产生相对运动。滑块1与下机体板4通过转向驱动电机3连接，通过转向驱动电机3的旋转运动驱动机器人转向运动。