本實用新型屬于機器人技術領域，特別涉及一種可調整步幅的吸盤式爬壁機器人。

背景技術：

目前，爬壁機器人按吸附方式分為真空吸附和磁吸附兩種方式。其中，真空吸附是依靠高速氣流的抽吸作用排除密閉空間內的氣體形成真空，為爬壁機器人提供吸附力量。

真空吸附爬壁機器人，一般有履帶式、輪式、伸縮式等，移動機構多采用肢體或履帶。采用肢體作為移動機構的機器人結構復雜，導致控制和移動都較慢，而采用履帶形式的爬壁機器人能夠實現在壁面上的快速運動，但是不具備越障能力，且真空吸附的爬壁機器人一般均移動方式單一，不靈活，尤其在遇到障礙物時，如果吸附在障礙物上，就會導致吸附不牢固。

技術實現要素：

本實用新型針對現有技術中存在的移動方式單一、不能避開障礙物的技術問題，提供一種移動方式靈活多樣且可調整步幅以避開障礙物的吸盤式爬壁機器人。

為解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案是：

一種可調整步幅的吸盤式爬壁機器人，包括

機器人主體，其包括控制系統和測距模塊；

兩個第一舵機，其分別設于所述機器人主體相對的兩外側，并分別通過一個伺服氣缸與所述機器人主體連接，且所述伺服氣缸的氣缸桿沿X軸設置，以在所述控制系統的控制下驅動所述第一舵機沿X軸往復運動，兩個所述第一舵機的驅動軸均沿y軸設置；

兩個第二舵機，其分別設于一個伸縮桿的頂面的中部，兩個所述第二舵機的驅動軸均沿z軸設置，并分別通過一個連接件與同側的所述第一舵機轉動連接；

兩個吸盤座，其分別設于所述伸縮桿的底面的兩端，用于安裝吸盤；

所述測距模塊、伺服氣缸、第一舵機和第二舵機分別與所述控制系統連接。

作為優選，所述機器人主體包括主殼體，所述控制系統設于所述主殼體內，所述控制系統包括電源、控制模塊、真空泵和兩個電磁閥，所述真空泵分別與兩個所述電磁閥連接，兩個所述電磁閥分別通過管路與兩個所述吸盤座連接，所述第一舵機、第二舵機、控制模塊、真空泵和電磁閥分別與電源連接，且所述測距模塊、伺服氣缸、所述第一舵機、第二舵機、真空泵和電磁閥分別與所述控制模塊連接。

作為優選，所述電磁閥具有C端、D端和E端，所述電磁閥的E端與空氣連通，所述真空泵通過兩個第一支氣管分別與兩個所述電磁閥的D端連接，每個所述電磁閥的C端分別連接有兩個第二支氣管，以分別與兩個所述吸盤座連接。

作為優選，所述主殼體相對的兩外側分別連接有一個側殼體，所述第一舵機位于所述側殼體內，所述側殼體的相對兩側分別設有一個長孔，所述第一舵機的驅動軸伸出所述長孔后與所述連接件連接，所述第一舵機的底部連接于一個第一安裝板上，所述第一安裝板的底面設有燕尾槽，所述側殼體內的底面上設有與所述燕尾槽配合的燕尾形的導軌，以使所述第一舵機在所述伺服氣缸的推拉下沿所述導軌的長度方向往復運動。

作為優選，所述伸縮桿呈筒狀結構。

作為優選，所述伸縮桿包括第一桿和第二桿，所述第二桿的一端插入所述第一桿內，所述第一桿和第二桿內分別安裝有第一截面板和第二截面板，所述第一截面板和第二截面板之間設有雙向氣缸，以分別與所述雙向氣缸的氣缸桿連接，所述雙向氣缸安裝于第二安裝板上，所述第二安裝板與第二桿用于插入所述第一桿的一端的內壁滑動連接。

作為優選，所述連接件包括U形板，所述第一舵機的輸出軸的兩端與所述U形板的兩個側板連接，所述第二舵機的輸出軸的一端與所述U形板的底板連接。

作為優選，所述吸盤為雙層吸盤。

與現有技術相比，本實用新型所具有的有益效果是：本實用新型通過設置伺服氣缸來調整吸盤足的翻越距離，提高了越障能力且可以精確移動到平面上的任何的位置，以通過翻轉前進、轉彎和爬行前進的移動動作來達到移動方式多樣化的目的。

附圖說明

圖1為本實用新型中的吸盤式爬壁機器人的主視結構(兩個吸盤足處于吸附狀態)示意圖；

圖2為圖1的俯視圖；

圖3為本實用新型中的吸盤式爬壁機器人的控制原理圖；

圖4為本實用新型中的吸盤式爬壁機器人的吸盤足的吸附和自由狀態的控制原理圖；

圖5為本實用新型中的吸盤式爬壁機器人在翻轉前進過程中的步驟1)的狀態圖；

圖6為本實用新型中的吸盤式爬壁機器人在翻轉前進過程中的步驟2)的狀態圖；

圖7為本實用新型中的吸盤式爬壁機器人在翻轉前進過程中的步驟3)的狀態圖；

圖8為本實用新型中的吸盤式爬壁機器人在轉彎過程中的步驟1)的狀態圖；

圖9為本實用新型中的吸盤式爬壁機器人在轉彎過程中的步驟2)的狀態圖；

圖10為本實用新型中的吸盤式爬壁機器人在轉彎過程中的步驟3)的狀態圖；

圖11為本實用新型中的吸盤式爬壁機器人在爬行前進過程中的步驟1)的狀態圖；

圖12為本實用新型中的吸盤式爬壁機器人在爬行前進過程中的步驟2)的狀態圖；

圖13為本實用新型中的吸盤式爬壁機器人在爬行前進過程中的步驟3)的狀態圖；

圖14為本實用新型中的吸盤式爬壁機器人在爬行前進過程中的步驟4)的狀態圖；

圖15為本實用新型中的吸盤式爬壁機器人的伸縮桿與驅動機構的內部結構示意圖。

圖中：

1-機器人主體；

11A-第一舵機A； 111A-第一驅動軸A；

11B-第一舵機B； 111B-第一驅動軸B；

12-電源； 13-控制模塊；

14-真空泵； 15-電磁閥；

16-第一支氣管； 17-三通接頭；

18-第二支氣管； 19-側殼體；

2A-第一吸盤足； 2B-第二吸盤足；

21-吸盤座； 22-吸盤；

23A-第二舵機A； 231A-第二驅動軸A；

23B-第二舵機B； 231B-第二驅動軸B；

24-伸縮桿； 241-第一桿；

242-第二桿； 243-第一截面板；

244-第二截面板； 25-短管；

3-連接件； 4-測距模塊；

5-雙向氣缸； 6-伺服氣缸；

7-導軌； 81-第一安裝板；

82-第二安裝板； 9-長孔。

具體實施方式

為使本領域技術人員更好地理解本實用新型的技術方案，下面結合附圖和具體實施例對本實用新型作詳細說明。

如圖1至圖15所示，本實用新型的實施例公開了一種可調整步幅的吸盤式爬壁機器人，包括機器人主體1、兩個第一舵機、兩個第二舵機和兩個吸盤座21，其中，機器人主體1包括控制系統和測距模塊4，兩個第一舵機分別設于機器人主體1相對的兩外側，并分別通過一個伺服氣缸6與機器人主體1連接，且伺服氣缸6的氣缸桿沿X軸設置，以在控制系統的控制下驅動第一舵機沿X軸往復運動，兩個第一舵機的驅動軸均沿y軸設置。兩個第二舵機分別設于一個伸縮桿24的頂面的中部，伸縮桿24呈筒狀結構，以減輕重量。兩個第二舵機的驅動軸均沿z軸設置，并分別通過一個連接件3與同側的第一舵機轉動連接。為了簡化結構，連接件3包括U形板，第一舵機的輸出軸的兩端與U形板的兩個側板連接，第二舵機的輸出軸的一端與U形板的底板連接。第一舵機用于驅動連接件3帶動吸盤足2或驅動機器人主體1圍繞第一舵機的驅動軸轉動。第二舵機用于驅動連接件3帶動機器人主體1或吸盤足2圍繞第二舵機的驅動軸轉動。兩個吸盤座21分別設于伸縮桿24的底面的兩端，用于安裝吸盤22。吸盤22為雙層吸盤，雙層吸盤腔體小、面積大，更有利于吸附。測距模塊4、伺服氣缸6、第一舵機和第二舵機分別與控制系統連接。

本實施例中，機器人主體1包括主殼體，控制系統設于主殼體內，如圖3所示，控制系統包括電源12、控制模塊13、真空泵14和兩個電磁閥15，真空泵14分別與兩個電磁閥15連接，兩個電磁閥15分別通過管路與兩個吸盤座21連接，使真空泵14可以通過兩個電磁閥15分別使兩個吸盤22中的一個吸盤22吸附或呈自由狀態。第一舵機、第二舵機、控制模塊13、真空泵14和電磁閥15分別與電源12連接，且測距模塊4、伺服氣缸6、第一舵機、第二舵機、真空泵14和電磁閥15分別與控制模塊13連接，以在控制模塊13的控制下發生相應的動作。

考慮到自重、控制、固定條件等因素，本實施例的每個吸盤足2分別采取兩個吸盤22，每個吸盤22分別固定在每個吸盤座21內，每個吸盤足2的兩個吸盤座21通過伸縮桿24連接，也即，兩個吸盤座21分設于伸縮桿24的兩端，頂殼體設于伸縮桿24的中部。相應地，如圖4所示，電磁閥15具有C端、D端和E端，電磁閥15的E端與空氣連通，真空泵14通過一個三通接頭連接有兩個第一支氣管16，以分別與兩個電磁閥15的D端連接，每個電磁閥15的C端分別通過一個三通接頭17連接有兩個第二支氣管18，以分別與每個吸盤足2的兩個所吸盤22連接。繼續結合圖1，吸盤座21上設有與吸盤22連通的短管25，短管25穿過伸縮桿24，第二支氣管18與短管25連接。本實施例中的吸盤式爬壁機器人的吸盤22的動作原理如圖4所示，真空泵14在不斷工作，電磁閥15斷電時，電磁閥15的C端與D端接通，與該電磁閥15連接的吸盤22接通真空泵14進入吸附狀態；電磁閥15通電時，電磁閥的C端與E端接通，即接通大氣，與該電磁閥15連接的吸盤22進入自由狀態。這樣在機器人工作時若意外斷電后能夠保證安全性以及減輕電池的負擔。

本實施例中，繼續結合圖1，主殼體相對的兩外側分別連接有一個側殼體，第一舵機位于側殼體內，側殼體的相對兩側分別設有一個長孔9，第一舵機的驅動軸伸出長孔9后與連接件3連接，第一舵機的底部連接于一個第一安裝板81上，第一安裝板81的底面設有燕尾槽，側殼體內的底面上設有與燕尾槽配合的燕尾形的導軌7，以使第一舵機在伺服氣缸6的推拉下沿導軌7的長度方向往復運動，第一舵機通過連接件3帶動第二舵機及對應的吸盤座21移動，以避開障礙物。具體地，測距模塊4獲得機器人相對墻面位置與墻面傾斜角信息，再經過計算以實現機器人的面面轉換，達到精確控制的目的。另外，當測距模塊4檢測到有障礙物(測距模塊4獲取吸盤足與障礙物之間的距離L1，當L1等于或接近等于其中一側的吸盤足翻越的距離，也就是吸盤足翻越后有可能落于障礙物上)時，會通過控制模塊13控制伺服氣缸6的伸縮動作，以使吸盤足在翻越后能夠繞開障礙物。

為了更加靈活地避開障礙物，伸縮桿24包括第一桿241和第二桿242，第二桿242的一端插入第一桿241內；第一桿241和第二桿242內分別安裝有第一截面板243和第二截面板244，第一截面板243和第二截面板244之間設有雙向氣缸5，第一截面板243和第二截面板244分別與雙向氣缸5的氣缸桿連接，雙向氣缸5安裝于一個第二安裝板82，第二安裝板82與第二桿242用于插入第一桿241的一端的內壁滑動連接。雙向氣缸5與電源12、控制模塊13連接，以在控制模塊13的控制下實現氣缸桿的伸縮。例如，可以通過雙向氣缸5與第一截面板243連接的氣缸桿伸縮，以使第一截面板帶動第一桿241相對第二桿242伸縮，用于調節該吸盤足的兩個吸盤22之間的距離，避開障礙物。

本實施例中的吸盤式爬壁機器人可進行的動作包括翻轉前進、轉彎和爬行前進，具體請參見圖5至圖14，為了便于進行說明，兩個吸盤足2分別命名為第一吸盤足2A和第二吸盤足2B，兩個第一舵機區分為第一舵機A11A和第一舵機B11B，相對應地，第一舵機A11A的驅動軸命名為第一驅動軸A111A，第一舵機B11B的驅動軸命名為第一驅動軸B111B。兩個第二舵機區分為第二舵機A23A和第二舵機B23B,相對應地，第二舵機A23A的驅動軸命名第二驅動軸A231A，第二舵機B23B的驅動軸命名第二驅動軸B231B。其中，

翻轉前進的步驟為：

1)第一吸盤足2A和第二吸盤足2B均處于吸附狀態，然后第一吸盤足2A進入自由狀態，控制模塊13將信號傳送給第一舵機B11B,第一舵機B11B圍繞其驅動軸111B轉動第一角度，因此同步帶動機器人主體1和第一吸盤足2A轉動第一角度；例如第一角度為30°,具體參見圖5。

2)控制模塊13將信號傳遞給第一舵機A11A,第一舵機A11A圍繞其驅動軸111A轉動180°，因此同步帶動第一吸盤足2A轉動180°，具體參見圖6。

3)第一舵機11B接收控制模塊13的控制信號后，圍繞其驅動軸111B轉動第二角度，第二角度與第一角度之和為180°，也即第二角度為150°，具體參見圖7，因此同步帶動機器人主體1和吸盤足2A轉動150°，使第一吸盤足2A與墻面貼合，然后電磁閥15A斷電，真空泵14通過電磁閥15A與第一吸盤足2A的兩個吸盤22連通，第一吸盤足2A的兩個吸盤22吸附在墻面上，完成了一次翻轉前進。

轉彎的步驟為：

1)第一吸盤足2A和第二吸盤足2B均處于如圖1所示的吸附狀態，然后第一吸盤足2A進入自由狀態，控制模塊13將信號傳送給第一舵機B11B,第一舵機B11B圍繞其驅動軸111B轉動第三角度，因此同步帶動機器人主體1和第一吸盤足2A轉動第三角度角度，例如第三角度為30°,具體參見圖8。

2)控制模塊13將信號傳遞給第二舵機B23B,第二舵機B23B圍繞其驅動軸231B(圖中由于遮擋而未示出)轉動第四角度，因此帶動機器人主體1同步轉動第四角度30°，具體參見圖9。本實施例中給出的第三角度和第四角度都是30°，而在實際應用中，第三角度和第四角度也可以不同，也就是兩者之間沒有聯系。

3)第一舵機11B接收控制模塊13的控制信號，圍繞其驅動軸111B反向(步驟1)中的第一舵機11B的轉動方向假設為正向)轉動第三角度30°，因此帶動第一吸盤足2A反向轉動30°，具體參見圖10，使第一吸盤足2A與墻面貼合，然后電磁閥15A斷電，真空泵14通過電磁閥15A與第一吸盤足2A的兩個吸盤22連通，第一吸盤足2A的兩個吸盤22吸附在墻面上，完成了一次轉彎。

吸盤式爬壁機器人的移動方法，還包括有爬行前進的步驟，爬行前進的步驟在轉彎步驟之后完成，其步驟為：

1)第一吸盤足2A和第二吸盤足2B均處于如圖10所示的吸附狀態，然后第二吸盤足2B進入自由狀態，控制模塊13將信號傳送給第一舵機A11A,第一舵機A11A圍繞其驅動軸111A轉動第三角度，例如第三角度為30°，因此帶動所述機器人主體1和第二吸盤足2B轉動第三角度，具體參見圖11。

2)控制模塊13將信號傳遞給第二舵機B23B,第二舵機B23B圍繞第二驅動軸B231B(圖中由于遮擋而未示出)轉動第四角度，例如第四角度為30°，因此帶動第二吸盤足2B的伸縮桿24同步轉動第四角度后與機器人主體1垂直，具體參見圖12。

3)控制模塊13將信號傳遞給第二舵機A23A,第二舵機A23A圍繞其驅動軸231A(圖中由于遮擋而未示出)轉動第四角度，第四角度為30°，因此帶動機器人主體1同步轉動第四角度，具體參見圖13。

4)所第一舵機A11A接收控制模塊13的控制信號，圍繞其驅動軸111A反向(步驟1)中的第一舵機11A的轉動方向假設為正向)轉動第三角度，例如30°，因此帶動第二吸盤足2B反向轉動第三角度，具體參見圖14，使第二吸盤足2B與墻面貼合，然后電磁閥15B斷電，真空泵14通過電磁閥15B與第二吸盤足2B的兩個吸盤22連通，第二吸盤足2B的兩個吸盤22吸附在墻面上，完成了一次爬行前進。

本實用新型中的吸盤式爬壁機器人利用真空泵14產生真空轉化為吸盤22的吸力使機器人吸附在壁面上，利用電磁閥15控制吸盤22的氣路通斷以控制吸盤足的吸附狀態，通過舵機的旋轉使機器人實現行走任務。該機器人具有外形小巧、結構精妙、移動靈活、吸附穩定、移動精確等優點，可用于偵察、勘探、監控、反恐、壁面清洗等領域。

以上實施例僅為本實用新型的示例性實施例，不用于限制本實用新型，本實用新型的保護范圍由權利要求書限定。本領域技術人員可以在本實用新型的實質和保護范圍內，對本實用新型做出各種修改或等同替換，這種修改或等同替換也應視為落在本實用新型的保護范圍內。