[发明专利]一种仿生式越障爬壁机器人及其越障方法

说明书

技术领域

本发明涉及爬壁机器人技术领域，特别是一种仿生式越障爬壁机器人及其越障方法。

背景技术

随着机器人技术的迅猛发展，爬壁机器人作为特种机器人已经在民用、军事、航天领域有广泛的应用。爬壁机器人的应用场合有着其环境特殊性，例如，壁面材料不同，有铁质、玻璃和混凝土等壁面；壁面的粗糙程度和状况多样，有的光滑、有的粗糙，同时伴有大突起、宽凹槽等障碍；攀爬的空间方位复杂，壁面之间存在凹凸，需要从一平面攀爬至另一平面，导致跨越困难等等问题。

申请号为200820079153.X的中国专利公开了一种关节连接小型双体负压爬壁机器人，具有前单体负压爬壁机器人，后单体负压爬壁机器人和俯仰连接关节三部分，但是仅仅靠一个俯仰连接关节连接，跨越的障碍的高度和沟槽的宽度受到限制；此外，双体机器人整体质量较重，而且两个机器人的动吸附方式导致消耗的能量很多。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适应性强、能量消耗低的仿生式越障爬壁机器人及其越障方法，能够模仿长臂猿跨越大突起、宽沟槽等障碍，实现内直角或外直角的面面转换，使机器人更好的适应环境。

实现本发明目的的具体解决方案为：一种仿生式越障爬壁机器人，包括微型吸附模块、轻质运动机构和爬壁机器人本体，并且微型吸附模块通过轻质运动机构与爬壁机器人本体连接；所述轻质运动机构为三个杆件、两个驱动装置串联形成的两自由度机构，其中一个杆件与微型吸附模块固定相接、另一个杆件与爬壁机器人本体固定相接，该两个杆件分别通过轴承连接于第三个杆件的两端，所述两个轴承均设有对应的驱动装置，驱动装置带动轴承旋转从而通过杆件带动微型吸附模块、爬壁机器人本体抬起或落下；

当爬壁机器人进行越障时，轻质运动机构的驱动装置收到驱动信号后开始转动，通过杆件抬高微型吸附模块越过障碍，调整微型吸附模块与壁面之间的夹角使微型吸附模块吸附在壁面上；待微型吸附模块吸附稳定后，关闭爬壁机器人本体的吸附作用，轻质运动机构的驱动装置继续转动，通过杆件抬高爬壁机器人本体越过障碍，调整爬壁机器人本体与壁面之间的夹角使爬壁机器人本体吸附在壁面上；待爬壁机器人本体吸附稳定后，取消微型吸附模块的吸附作用，轻质运动机构的驱动装置通过杆件将微型吸附模块从壁面抬起，爬壁机器人本体继续移动。

一种仿生式越障爬壁机器人的越障方法，步骤如下：

第1步，当爬壁机器人进行越障时，轻质运动机构的驱动装置收到驱动信号后开始转动，通过杆件抬高微型吸附模块越过障碍，调整微型吸附模块与壁面之间的夹角使微型吸附模块吸附在壁面上；

第2步，待微型吸附模块吸附稳定后，关闭爬壁机器人本体的吸附作用，轻质运动机构的驱动装置继续转动，通过杆件抬高爬壁机器人本体越过障碍，调整爬壁机器人本体与壁面之间的夹角使爬壁机器人本体吸附在壁面上；

第3步，待爬壁机器人本体吸附稳定后，取消微型吸附模块的吸附作用，轻质运动机构的驱动装置通过杆件将微型吸附模块从壁面抬起，爬壁机器人本体继续移动。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：（1）采用四轮驱动、负压吸附，能够在壁面上灵活快速移动，在遇到障碍时，通过微型吸附模块的辅助和轻质运动机构的协同控制实现跨越，并能进行内直角、外直角不同平面的面面转换，增强了机器人的机动性、工作环境适应性，拓宽了机器人的工作范围；（2）微型吸附模块采用静吸附方式，使得微型吸附模块在体积小、质量轻的情况下仍能提供很大的吸附力，且只有在越障时工作，大大降低了功耗；根据具体的壁面工作环境，安装不同吸附类型的微型吸附模块，可以适应各种粗糙程度的壁面；（3）轻质运动机构为欠驱动机构，减少了电机数量，通过低速运动获取大力矩输出，进一步减少了功耗；此外，轻质运动机构采用碳纤维或工业塑料等低密度的材料制作，使得机器人自重小、功耗低、相对载重能力大，在克服相同力矩的情况下，可以使得传动机构的杆件更长，能跨越更高的突起和更宽的沟槽。

附图说明

图1为本发明仿生式越障爬壁机器人中微型吸附模块的立体图。

图2为本发明仿生式越障爬壁机器人中轻质运动机构第一种装配方式的爆炸图。

图3为本发明仿生式越障爬壁机器人中轻质运动机构第二种装配方式的立体图。

图4为本发明仿生式越障爬壁机器人中爬壁机器人本体的立体图。

图5为本发明仿生式越障爬壁机器人跨越凸障碍的过程示意图。

图6为本发明仿生式越障爬壁机器人跨越凹障碍的过程示意图。