[发明专利]一种带有黏附与脱附机构的爬壁机器人

权利要求书

1.一种带有黏附与脱附机构的爬壁机器人，其特征在于，包括机器人本体和均匀分布在机器人本体上的结构相同的N条腿；N大于等于3；

每条腿的末端和机器人本体的中部下方分别安装一个黏附与脱附机构；

所述的黏附与脱附机构包括滑动体，短杆，黏附材料，导向柱，固定板和止动环；

滑动体的中心孔与机器人腿部末端或者机器人本体固定连接，滑动体的周围中心对称分布若干杆状末端，每个杆状末端分别连接一个短杆，每个短杆的另一端分别固定连接黏附材料的边缘；

同时，在滑动体杆状末端与短杆连接处，安有一个弹簧，弹簧的自然状态为保证短杆与滑动体垂直于中心孔的平面向下有一定角度；

黏附材料上的中心位置固定贴合固定板，固定板上中心对称固定M个垂直导向柱；M大于等于1，每个导向柱的另一端固定连接止动环；滑动体在止动环内沿着导向柱的轴向上下运动；

在某个导向柱的弧面上开有凹槽，凹槽内设置有电磁控制的卡板，卡板的自然状态为伸出导向柱，与导向柱垂直；当滑动体沿着导向柱向下运动时，滑动体会将卡板按压进导向柱的凹槽内；当滑动体运动到导向柱底部时，卡板自然伸出，将滑动体紧紧卡住与固定板贴合。

2.如权利要求1所述的一种带有黏附与脱附机构的爬壁机器人，其特征在于，所述的每条腿有四个关节，第一个关节为安装在机器人本体上的舵机，舵机转轴垂直于机器人本体所在平面；第二个关节由舵机驱动，舵机转轴平行于机器人本体所在平面；第三个关节由舵机驱动，舵机转轴平行于机器人本体所在平面；第四个关节为被动球铰，具有三个自由度，球铰的末端连接黏附与脱附机构。

3.如权利要求1所述的一种带有黏附与脱附机构的爬壁机器人，其特征在于，所述的短杆抬起一定角度，直到短杆与滑动体杆状末端平行，弹簧被压缩并给短杆一个下压力。

4.如权利要求1所述的一种带有黏附与脱附机构的爬壁机器人，其特征在于，所述的导向柱朝向固定板圆心的内侧为凸弧面，滑动体的外围与导向柱接触的位置均设有凹弧面，凹凸弧面同心贴合。

5.如权利要求1所述的一种带有黏附与脱附机构的爬壁机器人，其特征在于，所述的卡板前端为弧面，后端为平面，且通过连接弹簧和电磁控制在凹槽内实现伸缩；卡板初始状态在凹槽外，滑动体需要向下运动时，通过机构的几何约束将卡板压缩回凹槽内；滑动体需要向上运动时，电磁控制卡板缩回凹槽内，不影响滑动体沿导向柱的运动。

6.如权利要求1所述的一种带有黏附与脱附机构的爬壁机器人，其特征在于，所述黏附与脱附机构的工作原理为：

初始状态，机器人所有黏附与脱附机构都在壁面上，黏附材料与壁面贴合；当机器人移动时，沿着设定的前进方向，机器人按顺序逐个抬起各条腿；

针对第一条腿作为当前腿，具体的抬起过程为：

电磁控制当前黏附与脱附机构中的卡板进入导向柱的凹槽里，滑动体沿着导向柱的轴向向上运动，带动短杆一端向上运动，短杆的另一端将拉着黏附材料的边缘，以撕的方式将黏附材料的边与壁面分离；当滑动体的杆状末端贴合到止动环时，滑动体圈在止动环内；随着机器人腿继续向上的拉力，滑动体继续向上，拉动固定在一起的止动环、导向柱和固定板整体向上，从而把中间的黏附材料向上拉起，将黏附材料中间的部分与壁面分离，完成先撕后拉的过程；

当前腿抬起后，向前移动固定距离，然后落下；具体落下的过程为：

腿的球铰末端带动黏附与脱附机构，首先将固定板放置于壁面上，黏附材料的中间部分先与壁面贴合，然后滑动体沿着导向柱的轴向向下运动，黏附材料的边缘部分与壁面逐渐贴合；当滑动体与固定板贴合时，短杆贴合壁面，将黏附材料的边缘全部贴合至壁面上；导向柱里的卡板自然伸出，将滑动体卡在固定板上；

当黏附材料与壁面保持吸附时，滑动体与固定板贴合，当壁面为凸面时，由于滑动体与短杆连接的转动副处设置有弹簧，短杆自然向下有一定角度，可以适应小弧度的凸面，并且短杆对黏附材料有一定的按压力；当壁面为凹面时，由于短杆材料可变形，短杆会适应壁面形状向上翘起，并且短杆对黏附材料有一定的按压力；

当第一条腿完成移动后，第二条腿作为当前腿重复抬起，前进固定距离并落地的过程，依次第三条腿，第四条腿……；直至N条腿全部完成抬起，前进并落地的过程；

最后，针对机器人本体下方的黏附与脱附机构，在电磁控制下卡板进入导向柱的凹槽里，滑动体沿着导向柱向上运动，带动短杆将黏附材料与壁面分离；然后，机器人N条腿的关节运动一起作用，将机器人本体下方的黏附与脱附机构抬离壁面，并前进固定距离，然后落地将黏附材料与壁面贴合，至此完成机器人整体的前进过程。