王新 王雪微

摘 要：研制了一種四足結(jié)構(gòu)的墻壁爬升機(jī)器人，通過(guò)吸盤(pán)實(shí)現(xiàn)在較光滑的墻體上或天花板上行走，通過(guò)自身攜帶的監(jiān)視裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)高空墻體或玻璃的檢驗(yàn)，從而避免人親自工作帶來(lái)的危險(xiǎn)。鏤空式機(jī)械臂以及超薄底板減輕重量；二級(jí)活動(dòng)式關(guān)節(jié)、球關(guān)節(jié)與懸浮支架的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人的穩(wěn)定與靈活行動(dòng)；十字交叉式吸盤(pán)增大與物體接觸的面積，更有利于表面吸附，更利于機(jī)器人的行走。

關(guān)鍵詞：總體結(jié)構(gòu)；工作原理；十字吸盤(pán)

攀爬機(jī)器人是指可以在垂直壁上進(jìn)行作業(yè)的機(jī)器人，作為高空極限作業(yè)的一種自動(dòng)機(jī)械裝置，越來(lái)越受到人們的重視。目前攀爬機(jī)器人在各個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展：對(duì)核廢液儲(chǔ)罐進(jìn)行視覺(jué)檢查、維修；對(duì)石油罐內(nèi)外壁面的日常維護(hù)以及防銹除銹處理；高層建筑壁面清洗、玻璃清潔；消防作業(yè)中救援物資的傳遞，現(xiàn)場(chǎng)勘查等。隨著微機(jī)械電子技術(shù)、微驅(qū)動(dòng)器技術(shù)、高分子材料技術(shù)和能源供給方面等高科技領(lǐng)域的發(fā)展，各種攀爬機(jī)器人的功能都會(huì)更加先進(jìn)，也必將深入到國(guó)民生產(chǎn)的各個(gè)部門(mén)和人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€(gè)方面。

1 總體結(jié)構(gòu)

四足吸盤(pán)機(jī)器人由支架、底盤(pán)、一級(jí)關(guān)節(jié)、二級(jí)關(guān)節(jié)、球關(guān)節(jié)、電動(dòng)推桿、懸浮支架、氣動(dòng)系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、勘測(cè)系統(tǒng)、吸盤(pán)足組成。在吸盤(pán)足的末端“腳”上裝有3個(gè)吸盤(pán)，每個(gè)吸盤(pán)上都裝有換氣閥，每個(gè)足上的3個(gè)吸盤(pán)采用可調(diào)節(jié)懸浮式支架以及負(fù)壓傳感器，這樣設(shè)計(jì)是為了“腳”能更好地貼合接觸面，避免3個(gè)吸盤(pán)中有未吸住接觸面的吸盤(pán)而使機(jī)器人掉落情況的發(fā)生，足的“膝蓋”是球關(guān)節(jié)，每個(gè)足的根部配有兩個(gè)舵機(jī)，一個(gè)控制橫向位移，一個(gè)控制縱向位移，四足交替向前行進(jìn)，在較為光滑的物體表面上爬行。

2 工作原理

四足攀爬機(jī)器人中間的平臺(tái)搭載電源、氣泵以及電控裝置，在其平臺(tái)前方放置所需的監(jiān)視檢測(cè)裝置，裝置可以上下、左右移動(dòng)，平臺(tái)外側(cè)通過(guò)4個(gè)臂梁連接到四足，一端固定平臺(tái)，另一端連接到固定舵機(jī)，舵機(jī)要連接另一個(gè)舵機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)四足前后以及左右的運(yùn)動(dòng)。另外，通過(guò)舵機(jī)連接電動(dòng)推桿，完成吸盤(pán)的伸縮功能，電動(dòng)推桿下方連接的是球關(guān)節(jié)，球關(guān)節(jié)可以使機(jī)器人的足更具有靈活性。球關(guān)節(jié)內(nèi)部為空，連接導(dǎo)氣桿，球關(guān)節(jié)下部為可調(diào)節(jié)懸浮式支架座，連接懸浮式支架，支架另一端連接到吸盤(pán)，吸盤(pán)上通過(guò)導(dǎo)管和支架座連接，球關(guān)節(jié)以及可調(diào)節(jié)懸浮式支架可以更好地完成吸盤(pán)與墻面或天花板的貼合以及轉(zhuǎn)彎時(shí)的靈活轉(zhuǎn)動(dòng)。吸盤(pán)內(nèi)部采用十字交叉式吸盤(pán)，從而實(shí)現(xiàn)當(dāng)吸盤(pán)接觸墻面或者天花板后，氣泵吸盡吸盤(pán)內(nèi)的空氣時(shí)，達(dá)到更穩(wěn)定固定的作用，并且吸盤(pán)上帶有負(fù)壓傳感器，可以判斷吸盤(pán)是否完全貼合到接觸面上。

3 創(chuàng)新性

在設(shè)計(jì)爬墻機(jī)器人時(shí)考慮到：由于墻面不是比較光滑的，天花板上的灰塵分布不均，所以采用一足多個(gè)吸盤(pán)的設(shè)計(jì)，保證其行走時(shí)的穩(wěn)定性，再加上足部的可調(diào)節(jié)懸浮式支架，保證機(jī)器人在跨越障礙時(shí)更加穩(wěn)定。另外，每個(gè)足上的球關(guān)節(jié)保證行走轉(zhuǎn)彎時(shí)的靈活機(jī)動(dòng)性。對(duì)于監(jiān)視問(wèn)題，機(jī)器人的平臺(tái)上搭載所需裝置，可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)行走，并實(shí)現(xiàn)其勘測(cè)功能。

4 應(yīng)用前景及推廣

在四足吸盤(pán)機(jī)器人上添加某些裝置，如監(jiān)視裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)高處墻體以及高空玻璃或天花板的勘查，檢測(cè)其安全性，避免人在高空作業(yè)時(shí)出現(xiàn)危險(xiǎn)。該機(jī)器人可以在高空墻體、玻璃、天花板等一些較為光滑的表面上行走，利用機(jī)器人上所攜帶的裝置進(jìn)行一系列的工作，如監(jiān)視裝置可以檢測(cè)玻璃表面或天花板是否松動(dòng)，換上其他裝置可以完成其他任務(wù)，具有良好的開(kāi)發(fā)和利用價(jià)值。四足吸盤(pán)機(jī)器人可以替代人對(duì)高層建筑上的玻璃以及天花板進(jìn)行清理，從而減少人在高空上作業(yè)的危險(xiǎn)性，大大增加了安全性，確保人的生命安全，具有良好的市場(chǎng)前景。

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