[发明专利]具有姿态自主检测和吸附面自适应能力的负压吸附模块

说明书

技术领域

本发明涉及机器人的自动检测技术领域，特别涉及一种具有姿态自主检测和吸附面自适应能力的负压吸附模块。

背景技术

获取真空吸盘相对于被吸附面的位置和姿态，是引导吸附过程和保证吸附可靠的必要条件。

传统的吸附模块安装接触传感器和光纤曲率传感器来实现真空吸盘与被吸附面接触状况探测。以爬壁机器人吸附模块为例，美国密歇根州立大学研制的两种双足式小型爬壁机器人FLIPPER和CRAWLER，哈尔滨工业大学研制的仿尺蠖微小型双足爬壁机器人，沈阳自动化研究所的双足爬壁机器人等都是在真空吸盘足部安装接触传感器或者光纤曲率传感器，以探测出真空吸盘是否与壁面接触和贴合在一起。同样，在工业运用中也有很多类似的吸附单元。但是这种方法比较被动，只有当真空吸盘接触被吸附面后，传感器才有信号产生。当未有接触时，控制单元无法获取任何信息来引导真空吸盘单元根据其与被吸附面的相对位姿进行调整；而一旦真空吸盘单元与被吸附面已经接触上，所能进行的调整微乎其微，否则容易产生碰撞，致使设备损坏。再者，在接近被吸附面运动过程中，吸附单元相对于被吸附面的姿态也是未知的，需要人工来逐步调整，缺乏启发信息，费时费力，也不可靠。

另外,目前多吸盘吸附模块很少有在吸盘处连接球铰，从而容易导致由于被吸附面不平整而形成不了密闭空腔，产生吸附压力不够、吸附不可靠等一系列问题。

发明内容

本发明的发明目的是针对现有机器人自动检测的技术不足，提供一种具有姿态自主检测和吸附面自适应能力的负压吸附模块。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

提供一种具有姿态自主检测和吸附面自适应能力的负压吸附模块，包括吸附块及主控系统；所述吸附块包括主支架、真空泵、气管、主电路板、真空压力传感器、倾角传感器、3个及3个以上距离传感器与3个及3个以上真空吸盘；所述主支架上设有吸盘连接轴，3个及3个以上真空吸盘通过吸盘连接轴安装于主支架的下方；所述主支架上还设有元件安装板，所述真空泵通过元件安装板安装于主支架的下方；所述真空吸盘通过气管与真空泵连接，所述气管上设有电磁阀与单向阀；所述主支架上还设有倾角传感器安装板，所述倾角传感器通过倾角传感器安装板安装于主支架的下方；所述主支架上还设有距离传感器安装架，3个及3个以上距离传感器通过距离传感器安装架安装于主支架的上方，且距离传感器与真空吸盘相错开；所述主电路板设于主支架上，所述真空压力传感器设于主电路板上；所述真空压力传感器与气管相连通，用以检测真空吸盘与被吸附面之间形成的密闭空腔的真空度。

优选地,所述真空吸盘与主支架之间设有球铰；所述球铰套于吸盘连接轴的中部。从而赋予真空吸盘相对于主支架三个方向的小角度被动转动能力。

优选地,所述真空吸盘与吸盘连接轴的一端螺纹连接，所述吸盘连接轴的另一端穿过主支架且通过六角螺帽压紧于主支架上，且真空吸盘、吸盘连接轴、球铰、六角螺帽中心轴线共线并依次连成一体。当被吸附面不完全平整或有小弧度时，又或者在吸附模块靠近被吸附面时，这种每个真空吸盘各自带有球铰的设计，使得吸附模块的被动适应被吸附面的能力得以提高，更利于密闭空腔的行成，从而提高吸附成功率和可靠性。

优选地,所述电磁阀为二位二通电磁阀，所述真空吸盘为3个，所述距离传感器也为3个；3个所述真空吸盘分别通过L形快插式螺纹引出3条气管，3条气管分别与四合一分气接头的3个分支接口相连接汇聚成总气管，总气管依次通过第一快插式变径接头、二位二通电磁阀、单向阀、第二快插式变径接头与真空泵的抽气口连接；另外，真空压力传感器通过气管与四合一分气接头的剩下的1个分支接口连接。

优选地,3个所述真空吸盘呈正三角形分布；3个所述距离传感器呈正三角形分布在距离传感器安装架上；且3个距离传感器组成的正三角形与3个真空吸盘组成的正三角正相错开，而且3个距离传感器组成的正三角形的外圆与3个真空吸盘组成的正三角的外圆同心。真空吸盘呈正三角布置可有效增大吸附模块的抗倾覆力矩，提高吸附的可靠性和安全性。

优选地,3个所述真空吸盘为圆锥状吸盘。

优选地, 所述主支架上还设有连接架，所述主电路板设于连接架内。

优选地，所述主控系统包括基于单片机的主控制器，3个所述距离传感器与基于单片机的主控制器通过I²C总线连接；另外，倾角传感器及真空压力传感器通过降压电路与基于单片机的主控制器连接；真空泵和二位二通真空电磁阀通过驱动电路与基于单片机的主控制器连接；所述基于单片机的主控制器通过RS485串口与上位机连接。