[发明专利]能够适应粗糙和有灰尘壁面的复合吸盘

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种爬壁机器人吸附装置，特别是能够适应粗糙和有灰尘壁面的复合吸盘，属于吸附装置设计技术领域。

背景技术

爬壁机器人常用来在恶劣、危险、极限的非常规壁面进行特定的作业，如检测、焊接、除尘等。爬壁机器人吸附装置是保证机器人稳定攀爬和高效作业的重要装置，越来越受到人们的重视。目前爬壁机器人吸附技术主要有磁吸附、负压吸附、真空吸附、黏性吸附、仿生材料吸附等。

在实际应用中，有些壁面形貌复杂，粗糙度变化大，局部会有凸起、裂缝和一定的曲率变化，且受到风、雨、灰尘影响，如大中型风力发电机叶片表面。对于在这类表面攀爬作业的爬壁机器人，其吸附用吸盘和壁面之间的气隙会发生变化，导致吸附力的变化，进而影响爬壁机器人的稳定吸附和负载能力。如壁面的裂缝可能会使吸盘无法抽真空，导致吸附失效，使爬壁机器人下滑甚至倾覆。因此，对于在表面环境复杂的非常规壁面上进行吸附的吸盘，在要求其具有稳定负载能力、良好的运动灵活性的同时，还要具有对一定曲率变化、粗糙度变化和有灰尘情况的自适应能力。

经检索发现，现有的爬壁机器人吸附装置多采用被动式吸附原理，即使用真空泵来使吸盘内腔产生负压。但是该原理只适用于较为平滑壁面，粗糙度较大的壁面往往需要提高真空泵的功耗来满足吸附要求。申请日为2010年10月29日、申请号为201020588544.1的专利文献涉及的“机器人用负压吸附装置”，其特点是由高速电机带动风扇，抽取密封腔内气体，使密封腔产生连续负压从而吸附在壁面。但是该吸附装置有效吸附面积小，功耗高，噪音大，同时若爬壁机器人所运行的壁面有裂缝和凸起，密封腔往往无法形成稳定可靠负压，爬壁机器人无法稳定攀爬和作业。

黏性材料吸附装置是利用吸附材料与壁面之间的分子间作用力和范德华力来提供吸附力的。用黏性软胶做成的爬壁机器人吸附装置的特点是壁面适应能力强，无噪音无污染零功耗，且在一定的范围内，随着预加载力的增大，其吸附力也会相应增加。且由于该材料是弹性体软胶，能够适应壁面的凸起和凹陷。但随着黏性材料表面灰尘的累积，其吸附效果会相应降低。

综上所述，现有的爬壁机器人吸附装置至少存在以下几个方面的缺陷中的一个：(1)负压吸附对表面形貌复杂、粗糙度变化大的复杂壁面适应性差，典型的如离心机负压吸附装置，其功耗高，噪音大，壁面适应能力差；(2)黏性材料吸附装置适应不同粗糙度的平面，如聚氨酯、玻璃、室内墙壁，但负载能力低，对灰尘敏感，只用于微型爬壁机器人，且仍处于实验室研究阶段。

发明内容

本发明的目的是为克服现有吸附技术在负载能力、吸附密封性、复杂壁面自适应这三个方面综合性能的不足之处，结合真空吸附与黏性材料吸附原理，设计能够适应粗糙和有灰尘壁面的复合吸盘，使其在具有传统真空吸盘的负载能力、低功耗的同时，对粗糙和有灰尘壁面具有较好的适应性，从而解决了现有技术中存在的问题。

本发明提供了能够适应粗糙和有灰尘壁面的复合吸盘，包括真空吸盘，吸盘金具，圆锥形金属应变片，黏性软胶密封裙，除尘软毛刷，气体吹吸系统，所述的真空吸盘为单层硅胶真空吸盘，上端通气孔连接有吸盘金具，吸盘金具底侧通气孔连接有气体吹吸系统，所述的圆锥形金属应变片上端口沿吸盘金具底部金属柱外围无缝焊接，下端口嵌套除尘软毛刷，所述的黏性软胶密封裙内侧无缝粘贴在圆锥形金属应变片下端内侧，外侧呈波纹型，且略微低于真空吸盘下端口。

本发明所述的复合吸盘和现有技术相比，具有实质性特点和显著进步：

(1)采用新型黏性软胶和传统真空吸盘相结合的复合吸盘，发挥负压吸附作用的同时，由于黏性软胶密封裙受到负压压力的作用，黏性软胶的吸附作用得到增强，并且这种黏性软胶材料作为爬壁机器人吸附材料零功耗、无噪音、无污染。

(2)由于灰尘对黏性软胶密封裙的吸附性能影响较大，因而设计气体吹吸系统，当需要吸附时，复合吸盘靠近壁面，气体吹吸系统吹气，高压气体喷射，初步清除即将接触壁面上的灰尘，除尘软毛刷先与壁面接触，金属应变片受力向外侧扩张，进一步清除壁面灰尘，黏性软胶密封裙与壁面紧贴后，气体吹吸系统吸气，抽出复合吸盘腔内的气体，密封裙进一步吸附于壁面，硅胶吸盘接触壁面后，在压力的作用下亦吸附于壁面，离开壁面时，高压气体喷射，负压失效，黏性软胶密封裙在复合吸盘内腔饱和气压的持续作用下剥离壁面。此方案有效解决了黏性吸附材料因灰尘积累影响吸附效果和脱离壁面难的问题。