[发明专利]一种模块化协作的内软骨骼爬墙机器人及其运动方法

权利要求书

1.一种模块化协作的内软骨骼爬墙机器人，其特征在于，包括：机器人内软骨骼和控制中心，机器人内软骨骼为可弯折的波纹管，波纹管上设置有吸附弯曲机构和旋转机构；吸附弯曲机构包括N个通过波纹管串联的吸附弯曲模块，N≥2，吸附弯曲模块包括均穿过波纹管的顶板、夹板和底板，每两层之间通过弹簧连接，夹板在顶板和底板的之间，顶板和底板完全相同，夹板的最大半径小于底板的最大半径，夹板上设置有用于实现机器人的吸附墙面的吸附单元，顶板或者底板上设置有移动单元和锁紧单元，底板与顶板之间设置有弯曲单元，吸附单元、移动单元、锁紧单元、弯曲单元、旋转机构均和控制中心连接；吸附单元包括第一吸盘、吸盘套、双程SMA和固定件，第一吸盘固定在吸盘套上，固定件固定在夹板的边缘，双程SMA的一端固定在固定件上，另一端固定在吸盘套上，使得夹板的四周圆周阵列排布有第一吸盘,第一吸盘和电磁阀、用于给第一吸盘吸气和放气气泵均连接；移动单元包括能在波纹管上的上下运动的直流电机，锁紧单元包括电磁铁，直流电机和电磁铁均以波纹管为对称轴对称分布在底板或者顶板上，直流电机设置有与波纹管的外纹路啮合的齿轮；电磁铁中间设置有铁芯，当电磁铁断电时，铁芯处于收缩状态，未接触到波纹管，当电磁铁通电时，铁芯向波纹管伸长，铁芯的尖端卡在波纹管的纹路中，以达到限位的作用；旋转机构包括第二吸盘、连接件、步进电机套、步进电机、橡胶轮和限位圈；连接件为L型，连接件的横端、限位圈均与波纹管同心安装，连接件与波纹管产生相对旋转，第二吸盘固定在连接件的竖端的外表面，步进电机通过步进电机套固定在连接件上，橡胶轮安装在步进电机上，橡胶轮的表面与限位圈的外表面过盈配合。

2.根据权利要求1所述的模块化协作的内软骨骼爬墙机器人，其特征在于，直流电机由直流电机套固定在底板的卡槽中，从而固定在底板上。

3.根据权利要求2所述的模块化协作的内软骨骼爬墙机器人，其特征在于，弯曲单元为单程SMA，单程SMA设置在底板与顶板之间；常规状态，单程SMA都处于被拉长的状态，当单程SMA通电时，单程SMA收缩，底板与顶板相互靠近，实现波纹管的弯曲。

4.根据权利要求3所述的模块化协作的内软骨骼爬墙机器人，其特征在于，N＝2，夹板为正方形，夹板的四周分别设置的一个吸附单元。

5.根据权利要求1所述的模块化协作的内软骨骼爬墙机器人，其特征在于，吸附弯曲模块的顶板内嵌加速度传感器，夹板上嵌有速度传感器；第一吸盘内嵌压力传感器，加速度传感器、速度传感器、压力传感器均和控制中心连接。

6.根据权利要求1所述的模块化协作的内软骨骼爬墙机器人，其特征在于，吸附弯曲模块的上面和下面、波纹管的顶部安装限位开关。

7.一种模块化协作的内软骨骼爬墙机器人的运动方法，其特征在于，包括：吸附运动、上下运动、弯曲运动和旋转运动；

吸附运动包括：吸附单元的双程SMA在通电时伸长，将第一吸盘往墙面推进，而双程SMA在断电时则自动收缩，使第一吸盘远离墙面；

上下运动包括：移动单元的直流电机在正转时，波纹管静止，则吸附弯曲模块相对波纹管向上运动，当直流电机反转时，吸附弯曲模块静止，波纹管相对吸附弯曲模块向上运动；当上下运动停止且锁紧单元的电磁铁在通电时，电磁铁的铁芯朝靠近波纹管的方向伸长，实现限位功能；锁紧单元的电磁铁在断电时，铁芯则不接触波纹管；

弯曲运动包括：当单程SMA通电时，单程SMA收缩，使得顶板和底板的距离变小，波纹管弯曲，而当单程SMA断电时，则顶板和底板被拉回常规状态，吸附弯曲模块恢复正常；

旋转运动包括步进电机逆时针步进时，波纹管顶端的旋转机构逆时针旋转，此时波纹管顶端重心向左偏移，波纹管相应向左倾斜，步进电机顺时针步进时，旋转机构顺时针旋转，波纹管产生相应的倾斜，同时配合吸附弯曲模块相同方向的弯曲，实现机器人转向。