專利名稱：基于靜電吸附原理的單履帶式爬壁機器人的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種爬壁機器人。
背景技術：
隨著科技的發(fā)展，反恐偵查，高空建筑物壁面作業(yè)，高空營救等領域迫切 需要能實現爬壁功能的機器人。該機器人可以攜帶多種傳感器完成探測任務。 經過對現有國內外文獻的檢索發(fā)現，目前爬壁機器人主要基于磁吸附，負壓吸 附及真空吸附形式。以上諸類吸附方式存在適應壁面材質范圍窄，噪聲大，功 耗高等缺點。同時，基于以上的吸附方式的爬壁機器人所使用的吸附裝置往往 過于笨重，使得機器人難以小型化，移動速度緩慢，難以攜帶較重的有效載荷， 無法長時間工作。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種適應壁面材質范圍大、噪聲低、體積較小(結 構緊湊)、吸附裝置自重小、移動速度大的基于靜電吸附原理的單履帶式爬壁
機器人。
本發(fā)明為解決上述技術問題采取的技術方案是所述爬壁機器人包括機器 人本體、柔性鍍鋁薄膜履帶、直流高壓模塊和電極引導機構；柔性鍍鋁薄膜履 帶與直流高壓模塊通過電極引導機構連接；柔性鍍鋁薄膜履帶覆蓋在機器人本 體上；機器人本體由主動滾輪驅動電機、主動滾輪、誘導滾輪、主動滾輪支架、 滑動底板、彈簧、滑動導板、誘導滾輪支架和至少兩個導向定位桿件組成;滑 動底板的一端與滑動導板的一端搭接在一起，滑動導板上開有長通 L，所述至 少兩個導向定位桿件的一端均穿過所述長通孔，所述至少兩個導向定位桿件的 另一端與滑動底板一端面固接；電極引導機構由基板、兩個L形連接件和導電 金屬絲組成，導電金屬絲的兩端通過L形連接件與基板連成一體；基板與滑動 導板相垂直設置并位于滑動導板的上方，基板與滑動導板一端部連接，彈簧的一端與一個導向定位桿件連接，彈簧的另一端與滑動導板一端部連接，滑動底板的另一端與主動滾輪支架的主動滾輪支架主體的中部垂直連接，滑動導板的另一端與誘導滾輪支架的誘導滾輪支架主體的中部垂直連接；主動滾輪安裝在主動滾輪支架上；誘導滾輪安裝在誘導滾輪支架上；主動滾輪驅動電機的輸出軸與主動滾輪轉動連接，直流高壓模塊安裝在主動滾輪支架上，直流高壓模塊上的電極通過導線與所述導電金屬絲連接。
本發(fā)明的有益效果是-
本發(fā)明具有適應壁面材質范圍大、噪聲低、體積較小(結構緊湊)、吸附裝置自重小、移動速度大、成本較低、低功耗的優(yōu)點，在反恐偵査、高樓探測等方面有廣闊的應用前景。本發(fā)明采用履帶方式推進，根據不同的命令可以實現機器人的前進，后退。通過庫侖力與壁面相互作用產生吸附力和靜摩擦力。通過積聚在柔性鍍鋁薄膜履帶上的大量電荷產生的高壓靜電場使壁面發(fā)生感應極化，在壁面積累大量極性相反的束縛電荷，從而使柔性鍍鋁薄膜履帶與壁面之間通過庫侖力發(fā)生作用，為機器人在壁面自由爬行提供必要的吸附力和靜摩擦力。
本發(fā)明采用了柔性鍍鋁薄膜作為履帶材料，利用其高導電性和高柔順性，實現了大量靜電荷的存儲，同時，又保證了對壁面粗糙度的適應性，能夠緊密地吸附在多種材料的壁面上，因此，本發(fā)明適應壁面材質范圍較大。由主動滾輪支架、滑動底板、彈簧、滑動導板、誘導滾輪支架和至少兩個導向定位桿件構成彈簧滑軌支架，彈簧滑軌支架的滑軌導板和滑軌底板之間通過可滑動，同時依靠彈簧產生張緊，使得整個彈簧滑軌支架能夠伸縮自如，在實現了對柔性鍍鋁薄膜履帶張緊的同時，又保證了整個機器人結構的剛性，對誘導滾輪和主動滾輪起到支撐作用。
基于本發(fā)明原理設計的爬壁機器人的外形尺寸為334mm X X55mm，自重400g，噪聲10分貝，移動速度0. 6m/s。工作時由直流高壓模塊產生大量靜電荷經由電極引導機構傳遞到柔性鍍鋁薄膜艟帶，通過靜電場使壁面感應極化，產生大量極性相反的束縛電荷，從而通過庫侖力使機器人吸附于壁
5面。柔性鍍鋁薄膜履帶由主動滾輪帶動，通過與壁面的滾動摩擦實現機器人的前進、后退等動作。


圖1是本發(fā)明的立體圖，圖2是本發(fā)明的立體圖(去掉柔性鍍鋁薄膜履帶后的立體圖)，圖3是本發(fā)明的主動滾輪支架、滑動底板、滑動導板和誘導滾輪支架連接的結構立體圖，圖4是圖3的A部放大圖，圖5為尾部抗傾覆機構的結構示意圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一如圖1 5所示，本實施方式所述的基于靜電吸附原理的單履帶式爬壁機器人包括機器人本體、柔性鍍鋁薄膜履帶l、直流高壓模塊
2和電極引導機構3;柔性鍍鋁薄膜履帶1與直流高壓模塊2通過電極引導機構3連接；柔性鍍鋁薄膜履帶1覆蓋在機器人本體上；機器人本體由主動滾輪驅動電機4、主動滾輪5、誘導滾輪7、主動滾輪支架8、滑動底板9、彈簧10、滑動導板ll、誘導滾輪支架12和至少兩個導向定位桿件15組成；滑動底板9的一端與滑動導板11的一端搭接在一起，滑動導板11上開有長通孔ll-l，所述至少兩個導向定位桿件15的一端均穿過所述長通孔11-1，所述至少兩個導向定位桿件15的另一端與滑動底板9 一端面固接；電極引導機構3由基板3-1、兩個L形連接件3-2和導電金屬絲3-3組成，導電金屬絲3-3的兩端通過L形連接件3-2與基板3-1連成一體；基板3-1與滑動導板11相垂直設置并位于滑動導板11的上方，基板3-1與滑動導板11 一端部連接，彈簧10的一端與一個導向定位桿件15連接，彈簧10的另一端與滑動導板11 一端部連接，滑動底板9的另一端與主動滾輪支架8的主動滾輪支架主體8-1的中部垂直連接，滑動導板11的另一端與誘導滾輪支架12的誘導滾輪支架主體12-1的中部垂直連接；主動滾輪5安裝在主動滾輪支架8上；誘導滾輪7安裝在誘導滾輪支架12上；主動滾輪驅動電機4的輸出軸與主動滾輪5轉動連接，直流高壓模塊2安裝在主動滾輪支架8上，直流高壓模塊2上的電極通過導線與所述導電金屬絲3-3連接。所述主動滾輪驅動電機4是直流電機?；墝О搴突壍装逯g通過滑動軸承連接。
具體實施方式
二如圖1 5所示，本實施方式所述至少兩個導向定位桿
件15均由螺栓15-1和螺母15-2構成，每個螺栓15-1穿過滑動導板11且其穿出端與相應的螺母15-2連接。采用由螺栓15-1和螺母15-2構成的導向定位桿件15結構簡單，而且易于實現滑動導板11沿其長度方向和厚度方向的定位。其它組成及連接關系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三如圖1 5所示，本實施方式所述主動滾輪支架8由主動滾輪支架主體8-1和兩個主動滾輪連接件8-2組成，主動滾輪支架主體8-1的兩端通過主動滾輪連接件8-2與主動滾輪5的兩端連接。其它組成及連接關系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四如圖1 5所示，本實施方式所述誘導滾輪支架12由誘導滾輪支架主體12-1和兩個誘導滾輪連接件12-2組成，誘導滾輪支架主體12-1的兩端通過誘導滾輪連接件12-2與誘導滾輪7的兩端連接。其它組成及連接關系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
五如圖1 5所示，本實施方式所述爬壁機器人還包括兩個尾部抗傾覆機構6，每個尾部抗傾覆機構6均由從動滾輪14和法蘭13構成;兩個尾部抗傾覆機構6均位于主動滾輪支架8的下方，主動滾輪支架8的兩端通過法蘭13與從動滾輪14連接。兩個尾部抗傾覆機構6為機器人提供抗傾覆力矩，以實現機器人的平穩(wěn)行走。兩個尾部抗傾覆機構6用于平衡機器人行走過程中由于重力所產生的傾覆力矩，當機器人在壁面移動時，從動滾輪與壁面發(fā)生滾動摩擦，有效降低機器人與壁面間的摩擦，節(jié)省功耗，同時避免了對壁面的破壞。其它組成及連接關系與具體實施方式
一、二、三或四相同。
工作原理
柔性鍍鋁薄膜履帶與直流高壓模塊通過電極引導機構連接，以獲得由直流高壓模塊2所產生的高壓靜電。柔性鍍鋁薄膜履帶1作為機器人的吸附裝置和行走裝置。柔性鍍鋁薄膜履帶l由主動滾輪驅動電機4 (為直流電機)驅動的主動滾輪5帶動實現整個機器人的前進，后退。由主動滾輪支架8、滑動底板9、彈簧10、滑動導板11、誘導滾輪支架12和至少兩個導向定位桿件15構成的彈簧滑軌支架為柔性鍍鋁薄膜履帶1提供張緊力。本發(fā)明利用靜電吸附原理，通過積聚在柔性鍍鋁薄膜履帶上的大量電荷產生的高壓靜電場使壁面發(fā)生感應極化，在壁面積累大量極性相反的束縛電荷，從而使柔性鍍鋁薄膜履帶與壁面之間通過庫侖力發(fā)生作用，為機器人在壁面自由爬行提供必要的吸附力和靜摩擦力。
權利要求
1、一種基于靜電吸附原理的單履帶式爬壁機器人，其特征在于所述爬壁機器人包括機器人本體、柔性鍍鋁薄膜履帶(1)、直流高壓模塊(2)和電極引導機構(3)；柔性鍍鋁薄膜履帶(1)與直流高壓模塊(2)通過電極引導機構(3)連接；柔性鍍鋁薄膜履帶(1)覆蓋在機器人本體上；機器人本體由主動滾輪驅動電機(4)、主動滾輪(5)、誘導滾輪(7)、主動滾輪支架(8)、滑動底板(9)、彈簧(10)、滑動導板(11)、誘導滾輪支架(12)和至少兩個導向定位桿件(15)組成；滑動底板(9)的一端與滑動導板(11)的一端搭接在一起，滑動導板(11)上開有長通孔(11-1)，所述至少兩個導向定位桿件(15)的一端均穿過所述長通孔(11-1)，所述至少兩個導向定位桿件(15)的另一端與滑動底板(9)一端面固接；電極引導機構(3)由基板(3-1)、兩個L形連接件(3-2)和導電金屬絲(3-3)組成，導電金屬絲(3-3)的兩端通過L形連接件(3-2)與基板(3-1)連成一體；基板(3-1)與滑動導板(11)相垂直設置并位于滑動導板(11)的上方，基板(3-1)與滑動導板(11)一端部連接，彈簧(10)的一端與一個導向定位桿件(15)連接，彈簧(10)的另一端與滑動導板(11)一端部連接，滑動底板(9)的另一端與主動滾輪支架(8)的主動滾輪支架主體(8-1)的中部垂直連接，滑動導板(11)的另一端與誘導滾輪支架(12)的誘導滾輪支架主體(12-1)的中部垂直連接；主動滾輪(5)安裝在主動滾輪支架(8)上；誘導滾輪(7)安裝在誘導滾輪支架(12)上；主動滾輪驅動電機(4)的輸出軸與主動滾輪(5)轉動連接，直流高壓模塊(2)安裝在主動滾輪支架(8)上，直流高壓模塊(2)上的電極通過導線與所述導電金屬絲(3-3)連接。
2、 根據權利要求1所述的基于靜電吸附原理的單履帶式爬壁機器人，其特征在于所述至少兩個導向定位桿件(15)均由螺栓(15-1)和螺母(15-2)構成，每個螺栓(15-1)穿過滑動導板(11)且其穿出端與相應的螺母(15-2)連接。
3、 根據權利要求1所述的基于靜電吸附原理的單履帶式爬壁機器人，其特征在于所述主動滾輪支架(8)由主動滾輪支架主體(8-1)和兩個主動滾輪連接件(8-2)組成，主動滾輪支架主體(8-1)的兩端通過主動滾輪連接件(8-2)與主動滾輪(5)的兩端連接。
4、 根據權利要求1所述的基于靜電吸附原理的單履帶式爬壁機器人，其特征在于所述誘導滾輪支架(12)由誘導滾輪支架主體(12-1)和兩個誘導滾輪連接件(12-2)組成，誘導滾輪支架主體(12-1)的兩端通過誘導滾輪連接件(12-2)與誘導滾輪(7)的兩端連接。
5、 根據權利要求l、 2、 3或4所述的基于靜電吸附原理的單履帶式爬壁機器人，其特征在于所述爬壁機器人還包括兩個尾部抗傾覆機構(6)，每個尾部抗傾覆機構(6)均由從動滾輪(14)和法蘭(13)構成；兩個尾部抗傾覆機構(6)均位于主動滾輪支架(8)的下方，主動滾輪支架(8)的兩端通過法蘭(13)與從動滾輪(14)連接。
全文摘要
基于靜電吸附原理的單履帶式爬壁機器人，它涉及一種爬壁機器人。本發(fā)明的目的在于提供一種適應壁面材質范圍大、噪聲低、體積較小、吸附裝置自重小、移動速度大的爬壁機器人。機器人采用柔性鍍鋁薄膜履帶作為行走裝置和吸附裝置，滑動底板的一端與滑動導板一端搭接在一起，基板與滑動導板一端部連接，彈簧的一端與一個導向定位桿件連接，彈簧的另一端與滑動導板一端部連接，滑動底板的另一端與主動滾輪支架的主動滾輪支架主體的中部垂直連接，滑動導板的另一端與誘導滾輪支架的誘導滾輪支架主體的中部垂直連接。本發(fā)明具有適應壁面材質范圍大、噪聲低、體積較小、吸附裝置自重小、移動速度大的優(yōu)點，在反恐偵查、高樓探測等方面有廣闊的應用前景。
文檔編號B62D57/00GK101462562SQ200910071269
公開日2009年6月24日 申請日期2009年1月14日 優(yōu)先權日2009年1月14日
發(fā)明者孫立寧, 李偉達, 李滿天, 李榮熙, 王鵬飛, 滔 肖, 偉 郭, 鳴 鐘, 黃之峰 申請人:哈爾濱工業(yè)大學