双足爬壁机器人的制作方法

本实用新型涉及一种爬壁机器人，尤其是一种能够翻越不同壁面的爬壁机器人，属于工业技术领域。

背景技术：

与地面移动的机器人相比，爬壁机器人需要克服自身及各种负载的重力，因此需要足够的吸附力，还需要较高的可靠性。对于高空作业，则需要无缆爬壁机器人。因为问题的复杂性，爬壁机器人的研究进展明显滞后于地面移动机器人。

多年来，国内外对爬壁机器人开展了不少研究。根据工作环境和工作介质不同，爬壁机器人的吸附方式主要有负压吸附、仿生干性粘合剂吸附和磁力吸附等。负压吸附不受工作条件和工作介质限制，但是当吸附壁面有裂纹或凹凸时，吸盘容易漏气。干性粘合剂吸附是利用各种物体接触面之间的分子力进行吸附，该吸附方式不受工作介质和工作环境的影响，可以在任意场合应用。磁力吸附不受吸附壁面凹凸或壁面裂纹的影响，吸附稳定可靠。该吸附方式仅适用于导磁材料的壁面。磁力吸附可以分为电磁铁吸附、永磁体吸附、电磁和永磁混合吸附。

行走机构是移动机器人的关键部件之一，可以分为轮式（包括履带式）和足式（腿式）等形式。腿式运动适宜于粗糙和非结构化地形，机构自由度多，控制复杂。腿式运动以一系列机器人和地面之间的点接触为特征，其主要优点为在粗糙地形上良好的自适应性和机动性。因为只需要一组点接触，所以只要机器人能够保持适当的地面步距，这些点之间的地面质量是无关紧要的。另外，只要行走机器人的步距大于洞穴的宽度，它就能跨越洞穴或者裂口。腿式运动的最主要的缺点为动力和机械的复杂性。足式（腿式）行走机构同样适用于爬壁机器人。

研究者提出了很多种轮式（包括履带式）的爬壁机器人，也有四足、六足的爬壁机器人（如申请号CN201620810094.3的中国专利“一种爬壁机器人”和申请号CN201620412255.3的中国专利“新型仿生爬壁机器人”），但是相比较而言，结构都有些复杂。对于狭小空间或者复杂的壁面，需要更为小巧的爬壁机器人。

检索发现，申请号CN201410253377.8的中国专利提出了“一种爬壁机器人的负压吸附式双足”，该机器人结构简洁，灵活性好，但是足部没有旋转功能，导致机器人只能直线行走。申请号CN201010217822.7的中国专利提出了“一种模块化的仿生爬壁机器人”，该机器人有5个自由度，每个足的底部安装着3个真空吸盘，能以尺蠖式、扭转式和翻转式等步态在光洁平整的壁面上全方位攀爬，具有壁面过渡和越障能力。因为采用真空吸附，所以需要提供气源，只能是有缆爬壁机器人，而且控制较为复杂。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种足部具有旋转功能，移动灵活，具有壁面过渡和越障能力的双足爬壁机器人。

本实用新型所述的双足爬壁机器人，具有中间连杆，中间连杆的两端分别与左连杆和右连杆形成转动关节；

中间连杆与左连杆之间设置有驱动左连杆相对于中间连杆转动的左上步进电机；左连接块下部安装有左电磁铁或者左真空吸盘；左连接块通过左推力轴承转动设置在左下电机安装框架上，左下步进电机设置在左下电机安装框架上，左下步进电机的输出轴与左连接块相连以带动其相对于左下电机安装框架转动；左下电机安装框架与左连杆的另一端相连；

中间连杆与右连杆之间设置有驱动右连杆相对于中间连杆转动的右上步进电机；右连接块下部安装有右电磁铁或者右真空吸盘；右连接块通过右推力轴承转动设置在右下电机安装框架上，右下步进电机设置在右下电机安装框架上，右下步进电机的输出轴与右连接块相连以带动其相对于右下电机安装框架转动；右下电机安装框架与右连杆的另一端相连。

上述的双足爬壁机器人，在中间连杆上设置有相机。

上述的双足爬壁机器人，它还包括向各步进电机供电的电池。

本实用新型的有益效果：

由于采用左、右推力轴承把左、右连接块与左下、右下电机安装框架转动相连，实现了本机器人左右足部的旋转功能，动作灵活。

当采用左右电磁铁安装在左右连接块上时，本机器人就可以通过电磁铁吸附在钢铁壁面。当右电磁铁吸附在壁面上时，左电磁铁断电失去磁性，左上步进电机和/或右上步进电机转动，就使得本爬壁机器人左侧抬起，离开壁面，这时右下步进电机转动，使得在右电磁铁吸附住壁面的同时爬壁机器人其它部分能够旋转至下一个位置。这样交替动作，实现移动。

采用左右真空吸盘安装在左右连接块上时， 其动作过程与上述类同。

附图说明

图1是双足爬壁机器人的总体图；

图2是图1中的中间连杆、右连杆、右连接块等的连接关系示意图。

图3是图1中的双足爬壁机器人在翻越壁面时的不同姿态示意图。

图4是另一个双足爬壁机器人的总体图；

图5是图4中的中间连杆、右连杆、右连接块等的连接关系示意图。

图6是图4中的双足爬壁机器人在翻越壁面时的不同姿态示意图。

具体实施方式

实施例1

参见图1、2所示的电磁铁作为吸附单元的双足爬壁机器人，具有中间连杆10，中间连杆的两端分别与左连杆12和右连杆7形成转动关节；

中间连杆与左连杆之间设置有驱动左连杆相对于中间连杆转动的左上步进电机11；左连接块17下部安装有左电磁铁18。左连接块上部通过左推力轴承16转动设置在左下电机安装框架15上，左下步进电机14设置在左下电机安装框架上，左下步进电机的输出轴与左连接块通过圆柱销相连以带动其相对于左下电机安装框架转动；左下电机安装框架与左连杆的另一端相连。

中间连杆与右连杆7之间设置有驱动右连杆相对于中间连杆转动的右上步进电机8；右连接块下部安装有右电磁铁1；右连接块上部通过右推力轴承4转动设置在右下电机安装框架5上，右下步进电机6设置在右下电机安装框架上，右下步进电机的输出轴与右连接块通过圆柱销3相连以带动其相对于右下电机安装框架转动；右下电机安装框架与右连杆的另一端相连。

用于向左上步进电机、左下步进电机、右上步进电机、右下步进电机、左电磁铁、右电磁铁等供电的电池13设置在左下电机安装框架15上。

在中间连杆上设置有全景相机9。

移动方式：当右电磁铁1吸附在钢铁壁面上时，让左电磁铁断电失去磁性，转动左上步进电机11和/或右上步进电机8，就使得爬壁机器人左侧抬起，离开壁面，这时转动右下步进电机6，使得在右电磁铁1吸附住壁面的同时爬壁机器人其它部分能够旋转至下一个位置。如此交替动作，实现移动，并能够实现翻越不同壁面的功能，参见图3。

全景相机既可以用于控制机器人运动，也可以将壁面图像采集并传输给后方用于缺陷检测。机器人由电池13供电，机器人采用遥控方式，控制系统由手持终端和机载控制器组成（未画出）。

该方案，电机和电磁铁都由电池供电，因此可以实现无缆方式。

实施例2

参见图4、5所示的真空吸盘作为吸附单元的双足爬壁机器人，

本实施例2与实施例1不同的是：本实施例2中以左真空吸盘18、右真空吸盘1替换了实施例1中的左电磁铁、右电磁铁。当然，左、右真空吸盘需要通过软管与真空泵等设备连接。

移动方式：当右真空吸盘1吸附在钢铁壁面上时，让左真空吸盘18失去吸力，转动左上步进电机11和/或右上步进电机8，就使得爬壁机器人左侧抬起，离开壁面，这时转动右下步进电机6，使得在左真空吸盘1吸附住壁面的同时爬壁机器人其它部分能够旋转至下一个位置。如此交替动作，实现移动，并能够实现翻越不同壁面的功能，参见图6。

全景相机既可以用于控制机器人运动，也可以将壁面图像采集并传输给后方用于缺陷检测。电机由电池13供电，机器人采用遥控方式，控制系统由手持终端和机载控制器组成（未画出）。

该方案，电机由电池供电，真空吸盘需要通过软管与真空泵等设备连接，因此只能实现有缆方式。