[发明专利]一种实现爬壁机器人飞行的气动力吸附装置

说明书

本发明一种实现爬壁机器人飞行的气动力吸附装置，属于气动设计领域；包括缝隙限定结构、吸盘、电机、螺旋桨和连接座，所述吸盘的底端通过连接座与机器人机身连接；电机同轴安装于连接座上，其输出轴与螺旋桨同轴连接、且螺旋桨同轴设置于吸盘内，所述螺旋桨的浆盘半径是R，所述缝隙限定结构为设置于所述吸盘的唇口表面的半球形突起，用于限制吸盘与壁面的距离，其轴向高度为浆盘直径的5％；吸盘的周壁沿轴向从底端到唇口为扩张结构；所述唇口外翻，其轴向截面为圆心位于吸盘周壁外侧的凸圆弧段。本发明应用外翻圆弧段唇口的吸盘在近壁面产生的净吸附力(推力与负压力的合力)相比直壁型提升近50％，在空中平飞状态下，产生的升力相比提升约25％。

技术领域

本发明属于气动设计领域，具体涉及一种实现爬壁机器人飞行的气动力吸附装置。

背景技术

壁面攀爬机器人在各大领域尤其是危险工作行业中有着极大的研究前景。经过多年的研究，壁面攀爬机器人已经具备了多种工作模态以及较长的工作时间，但是一则其采用的吸附方式对不同壁面材料或平整程度稍差的壁面适应性较差，且有的吸附方式对能量的消耗很大，而利用新型材料的吸附技术还很不成熟；二则在反恐侦察领域应用逐渐，相比于可以飞行的反恐无人机，但其灵活性、越障能力及工作效率稍逊一筹，因而设计一款特殊的吸附装置，赋予壁面攀爬机器人更强的壁面适应能力和灵活飞行的能力，将有十分重要的意义。

目前，对于爬壁机器人的吸附方式一般有磁吸附、真空吸附方式、负压吸附方式、螺旋桨旋转产生的推力吸附方式和利用新型特殊材料吸附方式等。其中磁吸附法对壁面的凹凸程度适应性强，吸附力较大，但其吸附力产生的原理要求了壁面必须是导磁材料，因此严重地限制了这种吸附方式的应用环境，而真空吸附法对壁面材质没有太大限制，但其对密封度要求较高，当壁面凸凹不平时，容易受到缝隙的影响而使得与壁面贴附的吸盘漏气，从而吸附力下降。这些方式没有使得机器人具有飞行能力的条件，在原理上与飞行器最接近的时螺旋桨推力吸附方式，但这种方式耗能较大，无法长时间工作。

对此，200810227554.X中提到的复合吸附装置给出了一种解决方案，其利用导流涵道、负压腔、轮子的组合装置，在螺旋桨反推力与负压力的综合作用下，保证负压腔在与壁面有一定缝隙的情况下，仍能以较小的功率实现稳定的吸附，壁面适应性强。但其重量大，且同样无法实现机器人的稳定飞行。因此需要对这种装置进行改善，以克服上述缺陷。

现有的涵道对于升力的提升具有十分显著的优势，但在贴壁状态下吸附效果微弱，利用螺旋桨推力，在大功率下可以实现顶吸，但垂直壁面吸附时由于负压在涵道上的有效作用面积很小，难以实现吸附的效果。而现有的利用螺旋桨推力和负压力的壁面移动机器人所用的吸盘虽然可以实现较低能耗的壁面吸附且对壁面的适应性极强，但其对螺旋桨升力性能的利用率不高，无法使壁面移动机器人同一般旋翼机一样轻松飞行。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种实现爬壁机器人飞行的气动力吸附装置，通过经特殊设计的吸盘与螺旋桨配合，保障爬壁机器人具有良好的吸附性能及稳定的飞行能力，配合机身两侧的轮子实现灵活的壁面移动。且在实现各功能时对能量的利用率尽可能高，以提高任务时长。

本发明的技术方案是：一种实现爬壁机器人飞行的气动力吸附装置，包括吸盘、电机、螺旋桨和连接座，所述吸盘的底端通过连接座与机器人机身连接；电机同轴安装于连接座上，其输出轴与螺旋桨同轴连接、且螺旋桨同轴设置于吸盘内，所述螺旋桨的浆盘半径是R；其特征在于：还包括缝隙限定结构，所述缝隙限定结构为设置于所述吸盘的唇口表面的半球形突起，用于限制吸盘与壁面的距离，其轴向高度H为浆盘直径的5％；

所述吸盘的周壁沿轴向从底端到唇口为扩张结构；所述唇口外翻，其轴向截面为圆心位于吸盘周壁外侧的凸圆弧段。