[发明专利]轮式全向钩爪爬壁机器人及其运动方法

说明书

本发明为一种轮式全向钩爪爬壁机器人及其运动方法，属于机器人应用技术领域。它包括机架(6)、转轮(3)、纵向移动时提供抓附力的纵向软体钩爪(2)，和横向移动时提供抓附力的横向钩爪、凸台基体(4)和挤压杆(5)；其特征在于所述的纵向软体钩爪是粘附在转轮(3)的中间板上由条形柔性基体和金属尖钩构成；横向钩爪(1)由树脂基体和端部金属尖钩组成，穿过转轮(3)两侧的长方形通孔，转轮每旋转一圈，通过橡胶皮筋连接的两个横向钩爪(1)会与凸台基体接触两次形成抓附和脱附；凸台基体(4)与转轮相互独立，固定在机架(1)下端，下端与挤压杆(5)相连，挤压杆与三个横向钩爪前端机械挤压；横向钩爪前端分出三个安装孔，安装用于产生抓附力的金属尖钩；机器人可通过改变全向轮式钩爪模块数量形成不同的机器结构。

技术领域

本发明属于机器人应用技术领域，特别是一种轮式全向钩爪爬壁机器人及其运动方法。

背景技术

垂直邻域爬壁机器人的工作随着经济的发展，在检查、施工、和后期维护方面越来越重要。昆虫在地球上进化了3.5亿年，脚掌上均形成了以钩爪为主的抓附系统，能够适应各种复杂地形，并以高效率的行动方式捕食或抛离逃离危险。钩爪爬壁机器人通常用在人类难以到达，或较为危险的区域，如建筑业：桥底检查、悬索桥梁的高处探伤，也可以用在农业领域，如果树果实的采摘，树木伤病的检查，峭壁处植物的收集和栽培，如工业上在粗糙垂非金属直壁面的焊接和机器的检查等。国外已经发明出可以在垂直墙壁上移动的微型钩爪轮式爬壁机器人，但是目前国内的钩爪爬壁机器人大多为足式，微型钩爪轮式爬壁机器人的发展研究依然有着巨大的空间。

目前国内研究较为先进的微型钩爪爬壁机器人有南京航天航空大学的对抓钩爪式六足爬壁机器人(江南.对抓钩爪式六足爬壁机器人[D].南京航空航天大学，2018.)和美国喷气推进实验室的DROP V2与TriDROP机器人(K.Carpenter，N.Wiltsie andA.Parness，″Rotary Microspine Rough Surface Mobility，″in IEEE/ASMETransactions on Mechatronics，vol.21，no.5，pp.2378-2390，Oct.2016，doi：10.1109/TMECH.2015.2511012.)。美国喷气推进实验室的DROP V2与TriDROP轮式爬壁机器人只能实现表面上下爬行功能，并不能水平移动，而中国尚未有成熟的轮式钩爪爬壁机器人。

发明内容

基于上述背景，本发明提供一种能够在混凝土或岩壁等粗糙表面爬行的轮式全向钩爪爬壁机器人及其运动方法。

一种轮式全向钩爪爬壁机器人及其运动方法，其特征在：包括凸台基体、挤压杆、转轮、机架；机架为整体框架，中间设有空心方格，由前后两个部分组成，前后部分的左右两边均与凸台基体固定连接；其中凸台基体包括两个对称的环形凸台，中间通过横板连接，横板前端向下等距伸出三个柱形连接口，其中环形凸台外缘的坡度较小，内缘的坡度较大；挤压杆上端是三个橡胶实心杆与凸台基体前端的空心圆柱形连接口过盈配合，下端是半圆形，半圆形两边向上翘起；转轮与凸台基体和挤压杆相对独立运动，与固定在机架上的直流电机相连，两边轮缘处各开16个长方形通孔，中间设有4个支撑板；上述转轮的4个支撑板末端中间处均固定安装两个纵向软体钩爪；纵向软体钩爪是由条形柔性基体和金属尖钩构成，中间设有切口；横向钩爪由树脂基体和端部金属尖钩组成，前端分出三个安装孔安装由金属尖钩，中间部分设长条状凸起，尾部为长方形，并穿过转轮两侧的长方形通孔，横向钩爪的最大旋转角度为8°，每两个横向钩爪间通过橡胶皮筋连接。