本發(fā)明涉及機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種爬墻機(jī)器人的腳掌及其吸附穩(wěn)定性判斷方法。

背景技術(shù)：

隨著機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展，爬墻機(jī)器人也越來越得到廣泛的應(yīng)用，通過真空泵提供負(fù)壓產(chǎn)生吸附力的爬墻機(jī)器人，其能否成功的在墻面上運(yùn)動(dòng)，取決于電機(jī)能否負(fù)載起整體自身的重量，以及氣泵提供的負(fù)壓在吸盤上產(chǎn)生的吸力能否支撐起整體自身的重量。

現(xiàn)有的爬墻機(jī)器人多采用多個(gè)吸盤吸附在墻面上，需要同時(shí)至少有兩只吸盤進(jìn)行完全吸附以提供支撐力，才能支撐起整個(gè)腳掌，但是僅單腳掌吸附在墻面上提供支撐力的爬墻機(jī)器人多存在受整體自身重力影響，使得吸盤受到向上撬動(dòng)的力，導(dǎo)致吸盤形變量過大的問題，從而導(dǎo)致爬墻機(jī)器人的爬墻動(dòng)作失敗。

公開號為cn205706942u，名稱為“攀壁機(jī)器人吸附腳”的中國發(fā)明專利文獻(xiàn)公開了一種攀壁機(jī)器人吸附腳，屬于攀爬裝置領(lǐng)域，包括永磁吸盤，永磁吸盤的操作桿上設(shè)有齒輪a，齒輪a與通過鏈條與齒輪b配合，齒輪b安裝在動(dòng)力機(jī)構(gòu)的動(dòng)力輸出軸上，動(dòng)力裝置的控制端連接到控制裝置，其雖然可以使機(jī)器人在豎直方向進(jìn)行攀登，但是其同樣存在爬墻機(jī)器人的腳掌結(jié)構(gòu)受整體自身重力影響，使得腳掌受到向上撬動(dòng)的力，導(dǎo)致形變的問題。

公開號為cn203381704u，名稱為“爬壁機(jī)器人伸縮腳臂”的中國發(fā)明專利文獻(xiàn)公開了一種爬壁機(jī)器人伸縮腳臂，其每個(gè)伸縮腳臂單元的結(jié)構(gòu)是，包括氣缸座，氣缸座通過頂部的接耳與滑桿固定連接，氣缸座通過水平接耳與橫桿固定連接，氣缸座向下與腳臂氣缸缸體固定連接，腳臂氣缸活塞桿下端與吸盤固定板固定連接，吸盤固定板下表面固定安裝有真空吸盤，其在伸縮腳臂上設(shè)置有折疊板，使得在吸盤受力時(shí)，將大部分力由折疊板直接傳至氣缸座，受力就不會(huì)由氣缸單獨(dú)承載，保護(hù)了氣缸，但是其卻存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且同樣受整體自身重力影響，使得腳掌受到向上撬動(dòng)的力，導(dǎo)致形變的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種爬墻機(jī)器人的腳掌及其吸附穩(wěn)定性判斷方法，用以解決現(xiàn)有的爬墻機(jī)器人僅單腳掌吸附在墻面上提供支撐力的爬墻機(jī)器人多存在受整體自身重力影響，使得吸盤受到向上撬動(dòng)的力，導(dǎo)致吸盤形變量過大的問題，從而避免爬墻機(jī)器人的爬墻動(dòng)作失敗。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一方面提供一種爬墻機(jī)器人的腳掌。具體地，該爬墻機(jī)器人的腳掌包括如下結(jié)構(gòu)：

所述爬墻機(jī)器人的腳掌，包括吸盤，吸盤與支撐結(jié)構(gòu)相連接；支撐結(jié)構(gòu)包括環(huán)繞設(shè)置在吸盤外部的支撐架。

可選地，支撐架包括下支撐環(huán)板，下支撐環(huán)板套設(shè)在吸盤的外部，且下支撐環(huán)板位于吸盤的中部位置。

可選地，支撐架還包括上支撐環(huán)板，上支撐環(huán)板設(shè)置在吸盤外的上部；上支撐環(huán)板和下支撐環(huán)板之間通過連接桿相連接。

可選地，吸盤與吸盤座相連接，上支撐環(huán)板與吸盤座連接件相連接；吸盤座與吸盤座連接件以間隙配合方式相連接。

可選地，吸盤、上支撐環(huán)板和下支撐環(huán)板均設(shè)為同心的圓形。

可選地，吸盤座連接件上設(shè)置有微動(dòng)開關(guān)，微動(dòng)開關(guān)的中部設(shè)置有固定用的孔位，吸盤座連接件上設(shè)置有與孔位相對應(yīng)匹配的卡扣，吸盤座連接件通過卡扣卡入孔位內(nèi)與微動(dòng)開關(guān)連接。

可選地，微動(dòng)開關(guān)的頂部設(shè)置有按鈕，吸盤座的頂部設(shè)置有卡槽，卡槽內(nèi)卡設(shè)有位于按鈕上方的微動(dòng)卡環(huán)。

可選地，吸盤座的中部套設(shè)有彈簧，吸盤座設(shè)置有支臺，彈簧設(shè)置在上支撐環(huán)板與支臺之間。

本發(fā)明另一方面提供一種如本發(fā)明一個(gè)方面所述的爬墻機(jī)器人的腳掌吸附穩(wěn)定性判斷方法，包括以下步驟：

將所述爬墻機(jī)器人的腳掌結(jié)構(gòu)設(shè)置為：包括吸盤，吸盤與支撐結(jié)構(gòu)相連接；支撐結(jié)構(gòu)包括環(huán)繞設(shè)置在吸盤外部的支撐架；

啟動(dòng)電機(jī)，控制腳掌豎直下壓，使得吸盤接觸到墻面且被墻面頂起，通過單片機(jī)控制打開氣泵氣閥電路，開始抽氣；

通過單片機(jī)檢測微動(dòng)開關(guān)的信號，如果在設(shè)定時(shí)間內(nèi)得到微動(dòng)開關(guān)預(yù)定的信號，則得出結(jié)論為吸盤漏氣量小于設(shè)定值，腳掌可以支撐起整個(gè)機(jī)體，其過程為吸盤與墻面之間的縫隙小于設(shè)定值，漏氣量小于抽氣量，吸盤內(nèi)部真空度上升，吸盤變形、下壓，吸盤帶動(dòng)微動(dòng)卡環(huán)下壓并壓住微動(dòng)開關(guān)上部的按鈕，單片機(jī)得到信號，吸盤內(nèi)的真空度達(dá)到設(shè)定值后，腳掌支撐起整個(gè)爬墻機(jī)器人的機(jī)體；

如果在設(shè)定時(shí)間內(nèi)未得到微動(dòng)開關(guān)預(yù)定的信號，則得出結(jié)論為吸盤漏氣量大于設(shè)定值，吸盤內(nèi)沒有變化，吸盤不變形，微動(dòng)開關(guān)按鈕不再被壓下，腳掌不能支撐起整個(gè)爬墻機(jī)器人的機(jī)體，則繼續(xù)選擇其他落腳點(diǎn)。

可選地，還包括以下步驟：

將所述爬墻機(jī)器人的腳掌的支撐架設(shè)置為：支撐架包括下支撐環(huán)板，下支撐環(huán)板套設(shè)在吸盤外的中部；支撐架還包括上支撐環(huán)板，上支撐環(huán)板設(shè)置在吸盤外的上部；上支撐環(huán)板和下支撐環(huán)板之間通過連接桿相連接；吸盤與吸盤座相連接，上支撐環(huán)板與吸盤座連接件相連接；吸盤座與吸盤座連接件以間隙配合方式相連接；吸盤、上支撐環(huán)板和下支撐環(huán)板均設(shè)為同心的圓形；吸盤座連接件上設(shè)置有微動(dòng)開關(guān)，微動(dòng)開關(guān)的中部設(shè)置有固定用的孔位，吸盤座連接件上設(shè)置有與孔位相對應(yīng)匹配的卡扣，吸盤座連接件通過卡扣卡入孔位內(nèi)與微動(dòng)開關(guān)連接；微動(dòng)開關(guān)的頂部設(shè)置有按鈕，吸盤座的頂部設(shè)置有卡槽，卡槽內(nèi)卡設(shè)有位于按鈕上方的微動(dòng)卡環(huán)；吸盤座的中部套設(shè)有彈簧，吸盤座設(shè)置有支臺，彈簧設(shè)置在上支撐環(huán)板與支臺之間；

將所述爬墻機(jī)器人的腳掌的初始狀態(tài)設(shè)置為：彈簧被初步壓縮，彈力方向向下，使得吸盤和吸盤座往下自然懸空，此時(shí)吸盤底部低于下支撐環(huán)板的底部，吸盤處于松弛狀態(tài)，卡在吸盤座上的微動(dòng)卡環(huán)向下壓著微動(dòng)開關(guān)，微動(dòng)開關(guān)處于觸發(fā)狀態(tài)；

啟動(dòng)電機(jī)，控制腳掌豎直下壓，當(dāng)吸盤接觸到墻面后，吸盤和吸盤座被墻面頂起，吸盤座上移，彈簧被繼續(xù)壓縮，吸盤座上方的微動(dòng)卡環(huán)跟著上升，微動(dòng)開關(guān)的按鈕被松開，此時(shí)吸盤仍然處于松弛狀態(tài)，僅將吸盤和吸盤座通過電機(jī)的下壓向上頂起，下壓過程中，通過單片機(jī)收到微動(dòng)開關(guān)被松開的信號后，則確定吸盤正常頂起、吸盤接觸到墻面的信息，則單片機(jī)控制打開氣泵氣閥電路，開始抽氣；

通過單片機(jī)檢測微動(dòng)卡環(huán)與微動(dòng)開關(guān)之間的位置狀態(tài)信息，如果在設(shè)定時(shí)間內(nèi)檢測到微動(dòng)卡環(huán)再次壓住微動(dòng)開關(guān)的按鈕的信息，則得出吸盤內(nèi)漏氣量小于抽氣量的結(jié)論，則繼續(xù)抽真空，使得吸盤完全下壓至墻面，使得腳掌支撐起整個(gè)機(jī)體；

如果在設(shè)定時(shí)間內(nèi)檢測不到微動(dòng)卡環(huán)再次壓住微動(dòng)開關(guān)的按鈕的信息，則得出吸盤內(nèi)漏氣量大于抽氣量的結(jié)論，吸盤不能下壓或完全下壓至墻面，不能使得腳掌支撐起整個(gè)機(jī)體，則繼續(xù)選擇其他落腳點(diǎn)。

本發(fā)明方法具有如下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明的爬墻機(jī)器人的腳掌及其吸附穩(wěn)定性判斷方法，能夠解決現(xiàn)有的爬墻機(jī)器人的雙吸盤結(jié)構(gòu)所存在的受整體自身重力影響，使得吸盤受到向上撬動(dòng)的力，導(dǎo)致形變的問題，從而避免爬墻機(jī)器人的爬墻動(dòng)作失敗，其能夠使得吸盤承受較大的負(fù)載，能夠承擔(dān)起各個(gè)方向的力，而不是單方向的力，能夠?qū)⑽搅Φ姆较蚝拓?fù)載的重力最大程度做到平行，從而最大程度的提高吸附效率；其尤其適用于單只吸盤吸附在墻面上的情況，由于外部的支撐架結(jié)構(gòu)對其受力情況進(jìn)行優(yōu)化，使其通過單只吸盤即能夠提供較大的吸附力。

附圖說明

圖1為爬墻機(jī)器人的腳掌在工作狀態(tài)的受力示意圖。

圖2為本發(fā)明的爬墻機(jī)器人的腳掌的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明的爬墻機(jī)器人的腳掌的剖面示意圖。

圖4為本發(fā)明的爬墻機(jī)器人的腳掌的吸盤的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明的爬墻機(jī)器人的腳掌的下支撐板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為本發(fā)明的爬墻機(jī)器人的腳掌的上支撐板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為本發(fā)明的爬墻機(jī)器人的腳掌的連接桿的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8為本發(fā)明的爬墻機(jī)器人的腳掌的吸盤座的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9為本發(fā)明的爬墻機(jī)器人的腳掌的吸盤座連接件的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖10為本發(fā)明的爬墻機(jī)器人的腳掌的微動(dòng)開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖11為本發(fā)明的爬墻機(jī)器人的腳掌的微動(dòng)卡環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖12為本發(fā)明的爬墻機(jī)器人的腳掌吸附穩(wěn)定性判斷方法的吸盤懸空狀態(tài)主視圖。

圖13為本發(fā)明的爬墻機(jī)器人的腳掌吸附穩(wěn)定性判斷方法的吸盤被底面頂起狀態(tài)主視圖。

圖14為本發(fā)明的爬墻機(jī)器人的腳掌吸附穩(wěn)定性判斷方法的吸盤吸附完全狀態(tài)主視圖。

圖15為本發(fā)明的爬墻機(jī)器人的腳掌吸附穩(wěn)定性判斷方法的吸盤懸空狀態(tài)側(cè)視圖。

圖16為本發(fā)明的爬墻機(jī)器人的腳掌吸附穩(wěn)定性判斷方法的吸盤被底面頂起狀態(tài)側(cè)視圖。

圖17為本發(fā)明的爬墻機(jī)器人的腳掌吸附穩(wěn)定性判斷方法的吸盤吸附完全狀態(tài)側(cè)視圖。

圖18為本發(fā)明的爬墻機(jī)器人的腳掌吸附穩(wěn)定性判斷方法的吸盤懸空狀態(tài)示意圖。

圖19為本發(fā)明的爬墻機(jī)器人的腳掌吸附穩(wěn)定性判斷方法的吸盤被底面頂起狀態(tài)示意圖。

圖20為本發(fā)明的爬墻機(jī)器人的腳掌吸附穩(wěn)定性判斷方法的吸盤吸附完全狀態(tài)示意圖。

圖中，1為吸盤，2為下支撐環(huán)板，3為上支撐環(huán)板，4為連接桿，5為吸盤座，6為吸盤座連接件，7為微動(dòng)開關(guān)，8為微動(dòng)卡環(huán)，9為彈簧，氣管接口10。

具體實(shí)施方式

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。

實(shí)施例1

參見圖1至圖4，一種爬墻機(jī)器人的腳掌，包括吸盤1，吸盤1與支撐結(jié)構(gòu)相連接；支撐結(jié)構(gòu)包括環(huán)繞設(shè)置在吸盤1外部的支撐架。

參見圖1，可見，本實(shí)施例的爬墻機(jī)器人腳掌，其通過支撐架與吸盤1相連接，對吸盤1起到輔助支撐的作用，當(dāng)吸盤1穩(wěn)定的吸附在墻面上時(shí)，整個(gè)腳掌視為一個(gè)剛性的整體，優(yōu)選的腳掌為圓形，參見圖1，左邊為墻面，右側(cè)為支撐架，f1為吸盤的拉力，f2為爬墻機(jī)器人的重力，f3為墻面對腳掌的支撐力，f4為摩擦力，d1為重力的力臂，d2為腳掌的半徑，m為力矩。一般情況下假定腳盤下方防滑有效，所以簡化為鉸鏈，若是要使得機(jī)器人能吸附在上面，則有：

∑f＝0(1)

∑m＝0(2)

f1＝f3(3)

f4＝f2(4)

f1×d2-f2×d1＝0(5)

由式(1)至式(5)得出：

從式(6)可知，當(dāng)腳掌的半徑d2越大時(shí)，吸盤1所受到的拉力就越小，所以吸盤1的拉力f1和腳掌的半徑d2之間的關(guān)系是：隨著d2的增加，f1降低。但是在實(shí)際中，腳掌越大，爬墻機(jī)器人機(jī)身的重量也越大；這里優(yōu)選腳掌的半徑d2為120mm；假設(shè)支撐架支撐在墻面上不打滑，那么當(dāng)f2有負(fù)載重力時(shí)，由于有了支撐架，吸盤1則不會(huì)受到巨大的撬動(dòng)的力量，而是有很大一部分通過支撐架的支撐作用，轉(zhuǎn)換成了與吸附力f1平行的拉力，其能夠使得吸盤承受較大的負(fù)載，能夠承擔(dān)起各個(gè)方向的力，而不是單方向的力，能夠?qū)⑽搅Φ姆较蚝拓?fù)載的重力最大程度做到平行，從而最大程度的提高吸附效率。需要說明的是，這里的吸盤1優(yōu)選為雙層吸盤，其吸附力會(huì)比單層吸盤大一些，而且允許有一定的斜向上的拉力和位移量，從而提高輔助吸附效果；其適用于單只吸盤1吸附在墻面上的情況，由于外部的支撐架結(jié)構(gòu)對其受力情況進(jìn)行優(yōu)化，使其通過單只吸盤1即能夠提供較大的吸附力。

本實(shí)施例的爬墻機(jī)器人的腳掌吸附穩(wěn)定性判斷方法，參見圖12至圖20，包括以下步驟：

啟動(dòng)電機(jī)，控制腳掌豎直下壓，使得吸盤1接觸到墻面且被墻面頂起，通過單片機(jī)控制打開氣泵氣閥電路，開始抽氣；

通過單片機(jī)檢測微動(dòng)開關(guān)的信號，如果在設(shè)定時(shí)間內(nèi)得到微動(dòng)開關(guān)7預(yù)定的信號，則得出結(jié)論為吸盤1漏氣量小于設(shè)定值，腳掌可以支撐起整個(gè)機(jī)體，其過程為吸盤與墻面之間的縫隙小于設(shè)定值，漏氣量小于抽氣量，吸盤1內(nèi)部真空度上升，吸盤1變形、下壓，吸盤1帶動(dòng)微動(dòng)卡環(huán)8下壓并壓住微動(dòng)開關(guān)7上部的按鈕，單片機(jī)得到信號，吸盤1內(nèi)的真空度達(dá)到設(shè)定值后，腳掌支撐起整個(gè)爬墻機(jī)器人的機(jī)體；

如果在設(shè)定時(shí)間內(nèi)未得到微動(dòng)開關(guān)7預(yù)定的信號，則得出結(jié)論為吸盤1漏氣量大于設(shè)定值，吸盤1內(nèi)沒有變化，吸盤1不變形，微動(dòng)開關(guān)7按鈕不再被壓下，腳掌不能支撐起整個(gè)爬墻機(jī)器人的機(jī)體，則繼續(xù)選擇其他落腳點(diǎn)。

其中，預(yù)定的信號可以是微動(dòng)卡環(huán)8壓住微動(dòng)開關(guān)7上部按鈕的信號。

實(shí)施例2

參見圖5，一種爬墻機(jī)器人的腳掌，與實(shí)施例1相似，所不同的是，支撐架包括下支撐環(huán)板2，下支撐環(huán)板2套設(shè)在吸盤1的外部，且下支撐環(huán)板2位于吸盤1的中部位置。這樣，能夠使得支撐架的下支撐板2的結(jié)構(gòu)起到穩(wěn)定支撐的作用。

參見圖6，優(yōu)選的，支撐架還包括上支撐環(huán)板3，上支撐環(huán)板3設(shè)置在吸盤1外的上部。這樣，能夠進(jìn)一步使得支撐架起到穩(wěn)定支撐的作用，優(yōu)化受力結(jié)構(gòu)。

參見圖7，優(yōu)選的，上支撐環(huán)板3和下支撐環(huán)板2之間通過連接桿4相連接。這樣，能夠使得支撐架的上支撐環(huán)板3和下支撐環(huán)板2之間的連接結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，且連接方便。

需要說明的是，連接桿4可以設(shè)置為傾斜的“z”字形結(jié)構(gòu)，連接桿4的頂面可以與上支撐環(huán)板3的底面相連接，連接桿4的底面可以與下支撐環(huán)板2的頂面相連接，連接桿4的頂面和底面上可以分別設(shè)置有螺紋通孔，上支撐環(huán)板3和下支撐環(huán)板2的頂面上可以分別設(shè)置有與螺紋通孔相對應(yīng)匹配的螺紋孔，螺紋通孔和螺紋孔內(nèi)分別設(shè)置有螺栓或螺釘，以將連接桿4分別與上支撐環(huán)板3及下支撐環(huán)板2相連接。另外，上支撐環(huán)板3的尺寸小于下支撐環(huán)板2的尺寸，則傾斜的“z”字形結(jié)構(gòu)的連接桿4的傾斜方向?yàn)橛蓛?nèi)到外向下傾斜。連接桿4的數(shù)量為至少兩個(gè)，且均勻?qū)ΨQ分布，優(yōu)選為四個(gè)。

實(shí)施例3

參見圖8，一種爬墻機(jī)器人的腳掌，與實(shí)施例2相似，所不同的是，吸盤1與吸盤座5相連接，上支撐環(huán)板3與吸盤座連接件6相連接。這樣，下支撐環(huán)板2用于與吸盤1一起貼合在墻面上起到支撐作用，能夠使得吸盤1自身的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，同時(shí)使得吸盤1與支撐架的連接結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定。

參見圖9，優(yōu)選的，吸盤座5與吸盤座連接件6以間隙配合方式相連接。這樣，上支撐環(huán)板2的中心位置處可以與吸盤座連接件6相連接，能夠優(yōu)化吸盤1的整體的連接結(jié)構(gòu)，提高平衡穩(wěn)定性。需要說明的是，吸盤座連接件6下部設(shè)置有突出部分，用來與上支撐環(huán)板3的中心相套連接，其以過渡配合的方式相連接；進(jìn)一步的，吸盤座連接件6上可以設(shè)置兩個(gè)用于螺絲固定的孔位，從而將吸盤座連接件6與上支撐環(huán)板3相固定，這樣能夠使得連接更加牢靠，同時(shí)防止吸盤座連接件6套和后旋轉(zhuǎn)。

需要說明的是，吸盤座5的上部可以設(shè)置有凸起的鍵，吸盤座連接件6可以設(shè)置為圓筒形，吸盤座連接件6的內(nèi)壁上可以設(shè)置有與鍵相對應(yīng)匹配的鍵槽，吸盤座連接件6套設(shè)在吸盤座5的外部，且鍵設(shè)置在鍵槽內(nèi)。

優(yōu)選的，吸盤1、上支撐環(huán)板3和下支撐環(huán)板2均設(shè)為同心的圓形。這樣，能夠提高腳掌整體的平衡穩(wěn)定性能，優(yōu)化輔助吸附結(jié)構(gòu)。上支撐環(huán)板3可以設(shè)置為“8”字形的雙環(huán)結(jié)構(gòu)，其中一個(gè)環(huán)的直徑大于另一個(gè)環(huán)的直徑。直徑較大的環(huán)內(nèi)設(shè)置有十字形的加強(qiáng)筋，加強(qiáng)筋的中心處設(shè)置有圓環(huán)形的配合環(huán)，吸盤座連接件6穿過配合環(huán)。連接桿4與直徑較大的環(huán)相連接，直徑較小的環(huán)用于與爬墻機(jī)器人的機(jī)身相連接。

實(shí)施例4

參見圖10，一種爬墻機(jī)器人的腳掌，與實(shí)施例3相似，所不同的是，吸盤座連接件6上設(shè)置有微動(dòng)開關(guān)7，微動(dòng)開關(guān)7的中部設(shè)置有固定用的孔位，吸盤座連接件6上設(shè)置有與孔位相對應(yīng)匹配的卡扣，吸盤座連接件6通過卡扣卡入孔位內(nèi)與微動(dòng)開關(guān)7連接。這樣，將微動(dòng)開關(guān)7固定在腳掌上，能夠通過微動(dòng)開關(guān)7反饋吸盤1的漏氣情況。

參見圖11，優(yōu)選的，微動(dòng)開關(guān)7的頂部設(shè)置有按鈕，吸盤座5的頂部設(shè)置有卡槽，卡槽內(nèi)卡設(shè)有位于按鈕上方的微動(dòng)卡環(huán)8。這樣，能夠優(yōu)化微動(dòng)開關(guān)7的檢測方式。

需要說明的是，微動(dòng)開關(guān)7可以固定在吸盤座連接件6右側(cè)。吸盤座5的下部用于套合吸盤1的上部，吸盤1與吸盤座5之間的間隙用膠水粘死，防止漏氣，吸盤座5上可以設(shè)置用于接通氣管的氣管接口10，吸盤座5的上半部分用于與吸盤座連接件6做間隙配合，可以實(shí)現(xiàn)上下滑動(dòng)，吸盤座5的頂部設(shè)置卡槽，卡槽內(nèi)卡設(shè)一個(gè)微動(dòng)卡環(huán)8，用于吸盤座5做上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，觸發(fā)微動(dòng)開關(guān)7。微動(dòng)卡環(huán)8可以設(shè)置為扳手狀，微動(dòng)卡環(huán)8的一側(cè)設(shè)置有開口。

實(shí)施例5

參見圖11，一種爬墻機(jī)器人的腳掌，與實(shí)施例4相似，所不同的是，吸盤座5的中部套設(shè)有彈簧9，吸盤座5設(shè)置有支臺，彈簧9設(shè)置在上支撐環(huán)板3與支臺之間。彈簧9可以設(shè)置為非固定的結(jié)構(gòu)，彈簧9的頂部頂著上支撐環(huán)板3，下部頂著吸盤座5，其主要起到復(fù)位的作用。這樣，能夠使得吸盤1在向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，彈簧9被壓縮，吸盤1懸空時(shí)，吸盤座5能夠被彈簧9恢復(fù)回原來的位置。

需要說明的是，彈簧9可以設(shè)置在吸盤座5的中部，吸盤1懸空時(shí)，吸盤座5能夠被彈簧9恢復(fù)回原來的位置，即最低狀態(tài)。

本實(shí)施例的爬墻機(jī)器人的腳掌吸附穩(wěn)定性判斷方法，參見圖12至圖20，還包括以下步驟：

將所述爬墻機(jī)器人的腳掌的初始狀態(tài)設(shè)置為：彈簧9被初步壓縮，彈力方向向下，使得吸盤1和吸盤座5往下自然懸空，此時(shí)吸盤1底部低于下支撐環(huán)板2的底部，吸盤1處于松弛狀態(tài)，卡在吸盤座5上的微動(dòng)卡環(huán)8向下壓著微動(dòng)開關(guān)7，微動(dòng)開關(guān)7處于觸發(fā)狀態(tài)；

啟動(dòng)電機(jī)，控制腳掌豎直下壓，當(dāng)吸盤1接觸到墻面后，吸盤1和吸盤座5被墻面頂起，吸盤座5上移，彈簧9被繼續(xù)壓縮，吸盤座5上方的微動(dòng)卡環(huán)8跟著上升，微動(dòng)開關(guān)7的按鈕被松開，此時(shí)吸盤1仍然處于松弛狀態(tài)，僅將吸盤1和吸盤座5通過電機(jī)的下壓向上頂起，下壓過程中，通過單片機(jī)收到微動(dòng)開關(guān)7被松開的信號后，則確定吸盤1正常頂起、吸盤1接觸到墻面的信息，則單片機(jī)控制打開氣泵氣閥電路，開始抽氣；

通過單片機(jī)檢測微動(dòng)卡環(huán)8與微動(dòng)開關(guān)7之間的位置狀態(tài)信息，如果在設(shè)定時(shí)間內(nèi)檢測到微動(dòng)卡環(huán)8再次壓住微動(dòng)開關(guān)7的按鈕的信息，則得出吸盤1內(nèi)漏氣量小于抽氣量的結(jié)論，則繼續(xù)抽真空，使得吸盤1完全下壓至墻面，使得腳掌支撐起整個(gè)機(jī)體；

如果在設(shè)定時(shí)間內(nèi)檢測不到微動(dòng)卡環(huán)8再次壓住微動(dòng)開關(guān)7的按鈕的信息，則得出吸盤1內(nèi)漏氣量大于抽氣量的結(jié)論，吸盤1不能下壓或完全下壓至墻面，不能使得腳掌支撐起整個(gè)機(jī)體，則繼續(xù)選擇其他落腳點(diǎn)。

本發(fā)明的爬墻機(jī)器人的腳掌，如果考慮到漏氣情況監(jiān)測的問題，則在吸盤1的懸空狀態(tài)下，吸盤1的高度低于下支撐環(huán)板2，微動(dòng)卡環(huán)8壓著微動(dòng)開關(guān)7，此時(shí)微動(dòng)開關(guān)7處于開的狀態(tài)，則當(dāng)電機(jī)不斷控制腳掌豎直下壓時(shí)，吸盤1會(huì)被墻面頂起，吸盤座5上移，微動(dòng)卡環(huán)8上移，且并未壓著微動(dòng)開關(guān)7，此時(shí)微動(dòng)開關(guān)7處于關(guān)的狀態(tài)，腳掌停止下壓，開始抽氣產(chǎn)生負(fù)壓，吸盤1內(nèi)的空氣被抽走，產(chǎn)生真空，由于優(yōu)選的吸盤1為雙層吸盤，所以吸盤1本身會(huì)被壓縮，產(chǎn)生一段豎直的位移，帶動(dòng)吸盤座5下移，吸盤座5恢復(fù)自然狀態(tài)時(shí)候的位置，但是吸盤1被壓縮，即雙層吸盤自身的褶皺高度差等于吸盤1底部與下支撐環(huán)板2底部的高度差。吸附完全時(shí)，下支撐環(huán)板2正好支撐在墻面上，并且下支撐環(huán)板2對墻面有一定的壓力，此時(shí)，吸盤1、吸盤座5、下支撐環(huán)板2、吸盤座連接件6等部件所組合成的腳掌形成一個(gè)整體。

本發(fā)明的爬墻機(jī)器人的腳掌，下支撐環(huán)板2的底面可以設(shè)置橡膠墊，其能夠起到腳掌底部的防滑作用，與此同時(shí)，作用在吸盤座5上的壓力傳導(dǎo)到下支撐環(huán)板2底下的橡膠墊上，壓著橡膠墊與接觸面接觸；另一方面，橡膠墊提供摩擦力的來源，使機(jī)器人可以避免在墻上滑動(dòng)，其作用不僅在于固定機(jī)器人的一個(gè)部分，還可以使得一旦腳掌部分吸牢，機(jī)身是可以任意運(yùn)動(dòng)的，其可以作為機(jī)器人的基座，而換腳吸附可以作為換基座立足。另外，由于吸盤座5與吸盤座連接件6之間是間隙配合連接，所以可以上下滑動(dòng)，并且在吸附完成時(shí)，自動(dòng)鎖住整個(gè)腳掌，使得腳掌成為剛性整體，所以在吸附過程中，吸盤1的吸緊和松開運(yùn)動(dòng)對機(jī)器人的機(jī)體沒有影響，即在吸附時(shí)所產(chǎn)生的位移不會(huì)使得機(jī)器人本身產(chǎn)生晃動(dòng)或者位移。此外，吸盤座連接件6上可以設(shè)置傳感器，以利用吸附過程中產(chǎn)生的位移，對吸附面的漏氣情況進(jìn)行判斷和反饋，如果漏氣，則說明吸盤1不能提供足夠的吸附力支撐整個(gè)機(jī)體，從而為機(jī)器人提供安全保障。

爬墻機(jī)器人的腳掌在自然狀態(tài)下，由于吸盤座5中部有彈簧9，彈簧9處于稍被壓縮狀態(tài)，彈力方向向下，使得吸盤1和吸盤座5往下自然懸空，此時(shí)吸盤1底部低于下支撐環(huán)板2的底部大約6mm，雙層的吸盤1處于松弛狀態(tài)，吸盤1底面距離吸盤1的支撐面有大約8mm，卡在吸盤座5最上方的微動(dòng)卡環(huán)8向下始終壓著微動(dòng)開關(guān)7的按鈕，微動(dòng)開關(guān)7處于觸發(fā)狀態(tài)，微動(dòng)開關(guān)7上可以設(shè)置觸發(fā)彈片，以提高觸發(fā)效果。當(dāng)電機(jī)不斷控制腳掌豎直下壓時(shí)，如果吸盤1是正對墻面，吸盤1底部最先觸碰到墻面，當(dāng)吸盤1接觸到墻面后，吸盤1和吸盤座5會(huì)被墻面頂起，吸盤座5上移，彈簧9被壓縮，吸盤座5上方的微動(dòng)卡環(huán)8跟著上升，微動(dòng)開關(guān)7的按鈕被松開，這時(shí)候吸盤1仍然處于松弛狀態(tài)，只不過是把吸盤1和吸盤座5通過電機(jī)的下壓，而被墻面向上頂起而已，由于機(jī)體本身有著一定的彈性和柔性，所以下壓量可以大約為6mm。當(dāng)下壓過程中單片機(jī)收到微動(dòng)開關(guān)7被松開的信號后，就能夠確定吸盤1正常頂起，吸盤1接觸到墻面等信息，就可以進(jìn)行下一步操作，當(dāng)上一步完成后，單片機(jī)控制打開氣泵氣閥電路，開始抽氣；

此時(shí)如果吸盤1與墻面之間縫隙較小，吸盤1內(nèi)的空氣逐漸被抽出，內(nèi)部真空度不斷上升，吸盤1會(huì)開始變形、下壓，直到吸盤1內(nèi)有一定真空度后，吸盤1完全下壓至墻面，而隨之吸盤1的變形使得吸盤座5的下移，微動(dòng)卡環(huán)8再次壓住微動(dòng)開關(guān)7的按鈕，單片機(jī)檢測到此信號變化，即可知道吸盤1內(nèi)漏氣量較小，吸盤1內(nèi)漏氣較小，吸盤1吸附完全，腳掌可以提供足夠支撐力。

此時(shí)如果吸盤1與墻面之間縫隙較大，吸盤1內(nèi)漏氣量較大，不能被抽至真空狀態(tài)，漏氣量大于抽氣量，那么吸盤1內(nèi)就不會(huì)有任何變化，吸盤1不會(huì)變形，吸盤座5不會(huì)被下移，微動(dòng)開關(guān)7不會(huì)被再次壓下，單片機(jī)設(shè)定在一定時(shí)間內(nèi)如果不能檢測到微動(dòng)開關(guān)7的壓下信號，即視為吸盤1內(nèi)漏氣量較大，吸盤1未吸附在墻面上，腳掌不能支撐起整個(gè)機(jī)體，則必須選擇其他的落腳點(diǎn)。

本發(fā)明的爬墻機(jī)器人的腳掌，其氣管和氣管接口10的氣路結(jié)構(gòu)，能夠使吸盤快速抽氣下壓，而需要讓腳掌離開的時(shí)候，又能馬上脫離，在斷電的時(shí)候，吸盤1通過吸盤座5和氣閥相連，而經(jīng)過氣閥后通向大氣，同時(shí)，氣泵也停止工作。當(dāng)氣泵氣閥通電時(shí)，氣泵經(jīng)過氣閥，連接到吸盤1，既可以抽走氣路里的空氣，一旦需要快速脫離吸附面，只需要同時(shí)關(guān)閉氣泵氣閥，吸盤1將通過氣閥通向大氣，吸盤1內(nèi)真空度快速下降，充滿空氣，既可以快速脫離吸附面。吸盤1可以是直徑為50mm的雙層吸盤，吸盤座5可以是塑料吸盤座，二者可以通過膠合連接，以增加氣密性。雙層吸盤是柔軟的底部能更好的貼合吸附面，而且被拉起時(shí)，由于是吸盤1上面先變形，底下的部分變形量不大，則吸力變化不大，一個(gè)吸盤1對應(yīng)一個(gè)氣泵，避免多個(gè)吸盤1同時(shí)漏氣，且方便控制和檢測。

本發(fā)明的爬墻機(jī)器人的腳掌，其成功率高、重量小、體積小、多用途、成本低，誤觸發(fā)率幾乎為零，其利用負(fù)壓的物理原理，只要吸盤1里面能夠被抽到一定真空度，吸盤1就會(huì)產(chǎn)生一段位移，帶動(dòng)微動(dòng)開關(guān)7產(chǎn)生信號，如果沒有這段位移，則說明吸盤1并沒有變形。其微動(dòng)卡環(huán)8的主要作用為兩個(gè)，一個(gè)是觸發(fā)微動(dòng)開關(guān)7，另一個(gè)是防止吸盤座5掉落，提高安全性。

本發(fā)明的爬墻機(jī)器人的腳掌及其吸附穩(wěn)定性判斷方法，其爬墻機(jī)器人可以為五自由度的機(jī)器人，其中三個(gè)軸串聯(lián)形成前后運(yùn)動(dòng)，兩個(gè)軸獨(dú)立形成旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)，三軸的機(jī)器人能夠做到小型化但是不失姿態(tài)多樣性，三軸能夠做到爬墻機(jī)器人爬行過程中所需要的各類姿態(tài)，例如前進(jìn)后退、從地面垂直上到墻面、從墻面垂直上到天花板、從地面直接平行翻躍到天花板等等姿態(tài)動(dòng)作，其可以應(yīng)對360°全方位的吸附面的角度轉(zhuǎn)換。其小型爬墻機(jī)器人整機(jī)重量為650g，氣泵可負(fù)載1100g，但是考慮到現(xiàn)實(shí)運(yùn)行中的風(fēng)、自身晃動(dòng)、震動(dòng)等因素，需要預(yù)留出1/4的余量，所以還可以負(fù)載大概200g的重量運(yùn)行。另外，如果其選用微型的機(jī)器人舵機(jī)和微型氣泵氣閥，此機(jī)器人舵機(jī)平均轉(zhuǎn)矩為20kg·cm，供電電壓為4.8v～7.4v，不同電壓對應(yīng)不同轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)動(dòng)速度為60°/0.26s，重量為51g，轉(zhuǎn)動(dòng)角度限制為小于300°，非常適用于在小型機(jī)器人。選用的氣泵最大負(fù)壓為-65kpa，流量為0.6l/min，額定電壓為3v，額定電流為450ma，重量為21g，最大體積為12mmх20mmх45mm。選用的雙層的吸盤1直徑為50mm，氣管內(nèi)徑為3mm，在這種配置情況下，抽到氣泵所能產(chǎn)生最大真空度所需要時(shí)間大約為500ms，再配上直徑為120mm外部的下支撐環(huán)板2，其能夠支撐1100g-1200g的負(fù)載。其中最兩端的兩對電機(jī)為平行連接，以減少整體機(jī)身轉(zhuǎn)矩中的力臂，機(jī)身力臂越短，電機(jī)和吸盤的轉(zhuǎn)矩就越少，電機(jī)的負(fù)擔(dān)就越小，而吸盤1的吸附穩(wěn)定性就越高，但是不能過短，否則會(huì)導(dǎo)致每次向前運(yùn)動(dòng)的距離過小。其機(jī)架自身在不受力或者受力較好的部位采用abs塑料，在嚴(yán)格需要?jiǎng)傂圆牧系牟课徊捎娩X合金，可以結(jié)合采用3d打印技術(shù)，其板件可以用于固定器件用的槽為一體，不僅能夠?qū)㈦姍C(jī)之間相互連接，還能夠固定氣泵、氣閥、控制板、氣管、電線等器件。吸盤座5和吸盤座連接件6可以采用abs材料。而支撐架這種用于支撐整個(gè)機(jī)體的結(jié)構(gòu)，不能有嚴(yán)重的形變，要求有一定的強(qiáng)度和剛性，所以支撐架采用鋁材的鋁板，鋁板之間用單顆螺絲連接，部件之間采用方形的槽和鍵相配合連接，彌補(bǔ)單顆螺絲固定所帶來零件的轉(zhuǎn)動(dòng)問題。其在腳掌底面上用泡沫膠和橡膠做了防滑結(jié)構(gòu)，防止在墻面上橫著運(yùn)動(dòng)時(shí)候爬墻機(jī)器人打滑。其通過支撐架增大吸附力的效率，使得一個(gè)吸盤1即能夠支撐起整個(gè)機(jī)體，并且在吸附完成時(shí)，自動(dòng)鎖住整個(gè)腳掌，使得腳掌成為剛性整體，所以吸附過程中，吸盤1的吸緊和松開運(yùn)動(dòng)對機(jī)器人的本體沒有影響，即在吸附的時(shí)候所產(chǎn)生的位移對機(jī)器人本身不產(chǎn)生晃動(dòng)或者位移；還可以在爬墻機(jī)器人上設(shè)置傳感器進(jìn)行反饋，利用吸附過程中產(chǎn)生的位移，對吸附面的漏氣情況進(jìn)行判斷。其能夠適用于復(fù)雜度較高的墻面，只需要一個(gè)吸盤吸附在墻面上即可產(chǎn)生能夠支撐起整個(gè)機(jī)體的吸附力，而不需要兩個(gè)或三個(gè)以上的吸盤同時(shí)吸附在墻面上才能提供支撐整個(gè)機(jī)體的吸附力；其重量小、體積小，吸附效果穩(wěn)定，能夠做到爬墻機(jī)器人爬行過程中所需要的各類姿態(tài)，例如前進(jìn)后退、從地面垂直上到墻面、從墻面垂直上到天花板、從地面直接平行跳躍到天花板等等姿態(tài)動(dòng)作，他可以應(yīng)對360°全方位的吸附面的角度轉(zhuǎn)換，能夠在小空間的區(qū)域作業(yè)并且擁有一定的姿態(tài)多樣性，能夠進(jìn)行跨越障礙、翻墻、上墻、上天花板等復(fù)雜的動(dòng)作；其安全性高，效率高、成本低，可應(yīng)用于玻璃幕墻清洗、高墻和橋梁檢測、管道探測、反恐偵查、高危區(qū)域探查、墻面噴漆等多領(lǐng)域。

雖然，上文中已經(jīng)用一般性說明及具體實(shí)施例對本發(fā)明作了詳盡的描述，但在本發(fā)明基礎(chǔ)上，可以對之作一些修改或改進(jìn)，這對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發(fā)明精神的基礎(chǔ)上所做的這些修改或改進(jìn)，均屬于本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。