一種可靈活轉(zhuǎn)向的鉤刺式爬壁機(jī)器人的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于機(jī)械制造【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是一種可靈活轉(zhuǎn)向的鉤刺式爬壁機(jī)器人。一種可靈活轉(zhuǎn)向的鉤刺式爬壁機(jī)器人，包括上機(jī)體板、下機(jī)體板、曲柄滑塊結(jié)構(gòu)、柔性鉤刺腳爪、電機(jī)，其中上機(jī)體板與下機(jī)體板中間連接有曲柄滑塊結(jié)構(gòu)，曲柄滑塊結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)，使上機(jī)體板與下機(jī)體板做線性相對(duì)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的前進(jìn)或后退運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明柔性鉤刺腳爪的剛性鉤刺尖端表面包裹一層彈性橡膠層，當(dāng)剛性鉤刺抓附在壁面凹坑里時(shí)，彈性橡膠膜發(fā)生變形，填充凹坑，使抓附更加穩(wěn)定。另外，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、方便操作使用、造價(jià)成本不高，適合在相關(guān)【技術(shù)領(lǐng)域】中推廣應(yīng)用。
【專利說明】一種可靈活轉(zhuǎn)向的鉤刺式爬壁機(jī)器人
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)械制造【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是一種可靈活轉(zhuǎn)向的鉤刺式爬壁機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]爬壁機(jī)器人對(duì)于航天航空、星球探測、極限環(huán)境搜救、軍事偵察等有重要意義。而爬壁機(jī)器人為實(shí)現(xiàn)爬行功能，必須具有吸附和移動(dòng)兩個(gè)基本功能。一般爬壁機(jī)器人通過負(fù)壓吸附和磁吸附，以及近年來發(fā)展很快的仿生納米粘附材料，其中負(fù)壓吸附要求壁面光滑平整，磁吸附要求壁面具有鐵磁性，而仿生納米粘附材料制造比較困難，現(xiàn)階段仿生納米材料容易被灰塵等污染而使粘附性能下降甚至失效，且對(duì)于粗糙的壁面粘附效果不佳。三種吸附方式都具有局限性，本發(fā)明基于粗糙壁面的任務(wù)要求，提出仿生柔性鉤刺粘附方式。爬壁機(jī)器人的移動(dòng)方式主要有腿式和履帶式兩種，腿式結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜，需要的驅(qū)動(dòng)較多，攀爬穩(wěn)定性不好，履帶式要求壁面光滑，爬壁機(jī)器人在壁面上運(yùn)動(dòng)受到機(jī)構(gòu)和粘附方式的限制，不能自由地轉(zhuǎn)向，因此設(shè)計(jì)一種可攀爬粗糙壁面，同時(shí)結(jié)構(gòu)簡單，驅(qū)動(dòng)較少，可靈活轉(zhuǎn)向的爬壁機(jī)器人具有重要意義。
[0003]中國專利文獻(xiàn)CN100455473C提供了一種《鉤爪式爬壁機(jī)器人》，該專利文件在一定程度上解決了爬壁機(jī)器人在粗糙壁面上攀爬的問題，但這種機(jī)器人抓附不夠穩(wěn)定，不可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)，實(shí)用性不強(qiáng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種可攀爬粗糙壁面，結(jié)構(gòu)簡單，可靈活轉(zhuǎn)向的鉤刺式爬壁機(jī)器人。
[0005]一種可靈活轉(zhuǎn)向的鉤刺式爬壁機(jī)器人，包括上機(jī)體板、下機(jī)體板、曲柄滑塊結(jié)構(gòu)、柔性鉤刺腳爪、電機(jī)，其中上機(jī)體板與下機(jī)體板中間連接有曲柄滑塊結(jié)構(gòu)，曲柄滑塊結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)，使上機(jī)體板與下機(jī)體板做線性相對(duì)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的前進(jìn)或后退運(yùn)動(dòng)。
[0006]本發(fā)明的上機(jī)體板與下機(jī)體板之間具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，機(jī)器人每步上機(jī)體板與下機(jī)體板之間轉(zhuǎn)動(dòng)的范圍是-60° -60°，爬壁機(jī)器人可以靈活的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)。
[0007]本發(fā)明的曲柄滑塊結(jié)構(gòu)包括滑塊、連桿、曲柄，曲柄安裝在上機(jī)體板上，電機(jī)的輸出軸與曲柄連接，滑塊與下機(jī)體板通過電機(jī)連接，之間可以相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。上機(jī)體板上設(shè)置有滑槽。
[0008]本發(fā)明的爬壁機(jī)器人轉(zhuǎn)向自由，曲柄滑塊結(jié)構(gòu)中的滑塊與下機(jī)體板通過電機(jī)連接，驅(qū)動(dòng)電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)滑塊與下機(jī)體板的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，而上機(jī)體板與滑塊之間沒有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了上機(jī)體板與下機(jī)體板的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0009]本發(fā)明的柔性鉤刺腳爪有六只，其中三只安裝在上機(jī)體板上，三只安裝在下機(jī)體板上。爬壁機(jī)器人的六只柔性鉤刺腳爪可以圓周對(duì)稱分布，也可以左右對(duì)稱分布。每只柔性鉤刺腳爪由電機(jī)、腳爪基座、主動(dòng)齒輪、腳趾、剛性鉤刺、彈性橡膠膜組成，其中彈性橡膠膜包裹在剛性鉤刺的尖端表面周圍。每只柔性鉤刺腳爪的腳趾數(shù)是4至10根。[0010]本發(fā)明采用鉤刺式粘附方式，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器人在粗糙或柔性壁面上的穩(wěn)定爬行，而且可以靈活轉(zhuǎn)向；本發(fā)明的上機(jī)體板與下機(jī)體板通過曲柄滑塊結(jié)構(gòu)連接，用旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)，減輕了機(jī)器人的重量；本發(fā)明柔性鉤刺腳爪的剛性鉤刺尖端表面包裹一層彈性橡膠層，當(dāng)剛性鉤刺抓附在壁面凹坑里時(shí)，彈性橡膠膜發(fā)生變形，填充凹坑，使抓附更加穩(wěn)定。另外，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、方便操作使用、造價(jià)成本不高，適合在相關(guān)【技術(shù)領(lǐng)域】中推廣應(yīng)用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2為本發(fā)明的動(dòng)作示意圖；
[0013]圖3是本發(fā)明的腳爪結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖4是本發(fā)明的腳趾結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖中:1、滑塊；2、上機(jī)體板；3、轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)電機(jī)；4、下機(jī)體板；5、連桿；6、曲柄；7、機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電機(jī)；8、柔性鉤刺腳爪；9、腳爪基座；10、電機(jī)；11、主動(dòng)齒輪；12、腳趾；13、剛性鉤刺；14、彈性橡膠膜；15、腳爪末端的黑圓點(diǎn)；16、腳爪末端的白圓點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0016]為使本發(fā)明的技術(shù)方案和特點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合實(shí)施例和附圖，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。在此，以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0017]如圖1所示，本發(fā)明爬壁機(jī)器人包括上機(jī)體板2，下機(jī)體板4、轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)電機(jī)3，曲柄滑塊結(jié)構(gòu)的滑塊1、連桿5、曲柄6，曲柄滑塊的機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電機(jī)7，柔性鉤刺腳爪8。另外，滑槽設(shè)置在上機(jī)體板上2，曲柄滑塊結(jié)構(gòu)的機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電機(jī)7安裝在上機(jī)體板2上，電機(jī)輸出軸與曲柄6連接，驅(qū)動(dòng)曲柄滑塊結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，使上機(jī)體板2與下機(jī)體板4產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。滑塊I與下機(jī)體板4通過轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)電機(jī)3連接，通過轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)電機(jī)3的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)。
[0018]如圖2所示，爬壁機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)順時(shí)針和逆時(shí)針靈活轉(zhuǎn)向，一步轉(zhuǎn)向角度范圍在O度至40度。圖中所示為機(jī)器人轉(zhuǎn)向過程，腳爪末端的黑圓點(diǎn)15表示腳爪處于抓附狀態(tài)，腳爪末端的白圓點(diǎn)16表示腳爪處于脫離壁面的狀態(tài)。
[0019]這里定義:下機(jī)體為下機(jī)體板4與安裝于下機(jī)體板4上的腳爪的總稱，上機(jī)體為上機(jī)體板2與安裝于上機(jī)體板2上的腳爪的總稱。爬壁機(jī)器人轉(zhuǎn)向的具體過程為:下機(jī)體脫附一下機(jī)體轉(zhuǎn)向一下機(jī)體抓附；上機(jī)體脫附一上機(jī)體轉(zhuǎn)向一上機(jī)體抓附，如此循環(huán)可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自由靈活的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)。
[0020]如圖3、4所示，柔性鉤刺腳爪8由電機(jī)10、腳爪基座9、主動(dòng)齒輪11、腳趾12、剛性鉤刺13、彈性橡膠膜14組成。電機(jī)10輸出軸與主動(dòng)齒輪11連接，通過齒輪傳動(dòng)，驅(qū)動(dòng)腳趾運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)腳爪與壁面的抓附和脫附。另外，彈性橡膠膜14 (或其他柔性材料)包裹在剛性鉤刺13尖端表面周圍，在剛性鉤刺13抓附壁面凹坑時(shí)，剛性鉤刺13表面的彈性橡膠膜14由于擠壓受力發(fā)生形變，填充凹坑，使抓附更加穩(wěn)定，不易發(fā)生晃動(dòng)。
[0021]顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引伸出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。
【權(quán)利要求】
1.一種可靈活轉(zhuǎn)向的鉤刺式爬壁機(jī)器人，包括上機(jī)體板、下機(jī)體板、曲柄滑塊結(jié)構(gòu)、柔性鉤刺腳爪、電機(jī)，其中上機(jī)體板與下機(jī)體板中間連接有曲柄滑塊結(jié)構(gòu)，其特征在于曲柄滑塊結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)，使上機(jī)體板與下機(jī)體板做線性相對(duì)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的前進(jìn)或后退運(yùn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可靈活轉(zhuǎn)向的鉤刺式爬壁機(jī)器人，其特征在于上機(jī)體板與下機(jī)體板之間具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，機(jī)器人每步上機(jī)體板與下機(jī)體板之間轉(zhuǎn)動(dòng)的范圍是-60° -60°，爬壁機(jī)器人可以靈活的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可靈活轉(zhuǎn)向的鉤刺式爬壁機(jī)器人，其特征在于曲柄滑塊結(jié)構(gòu)包括滑塊、連桿、曲柄，曲柄安裝在上機(jī)體板上，電機(jī)的輸出軸與曲柄連接，滑塊與下機(jī)體板通過電機(jī)連接，之間可以相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可靈活轉(zhuǎn)向的鉤刺式爬壁機(jī)器人，其特征在于上機(jī)體板上設(shè)置有滑槽。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可靈活轉(zhuǎn)向的鉤刺式爬壁機(jī)器人，其特征在于柔性鉤刺腳爪有六只，其中三只安裝在上機(jī)體板上，三只安裝在下機(jī)體板上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種可靈活轉(zhuǎn)向的鉤刺式爬壁機(jī)器人，其特征在于爬壁機(jī)器人的六只柔性鉤刺腳爪可以圓周對(duì)稱分布，也可以左右對(duì)稱分布。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的一種可靈活轉(zhuǎn)向的鉤刺式爬壁機(jī)器人，其特征在于每只柔性鉤刺腳爪由電機(jī)、腳爪基座、主動(dòng)齒輪、腳趾、剛性鉤刺、彈性橡膠膜組成，其中彈性橡膠膜包裹在剛性鉤刺的尖端表面周圍。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種可靈活轉(zhuǎn)向的鉤刺式爬壁機(jī)器人，其特征在于每只柔性鉤刺腳爪的腳趾數(shù)是4至10根。
【文檔編號(hào)】B62D57/024GK103587603SQ201210288324
【公開日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2012年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月14日
【發(fā)明者】劉彥偉, 孫少明, 梅濤, 胡重陽, 張勇杰, 吳暄, 黃 俊, 吳益靚 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院