一種負壓型爬壁機器人的負壓自適應調節(jié)裝置的制作方法

本發(fā)明屬于機器人技術和自動化控制領域，特別是一種使用在爬壁機器人上的，能夠自適應吸附力的裝置。

背景技術：

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，在多種領域，如反恐偵查、高層建筑檢測，壁面清洗等都需要能實現(xiàn)爬壁功能的機器人。這種機器人可以自由在各種角度的墻壁上行進，同時攜帶多種傳感器完成任務。

目前從已有的負壓爬壁機器人實物、見刊的資料以及相關專利資料查明，負壓式爬壁機器人只是簡單的通過一個離心空氣泵，在機器人運動過程中，以恒定的轉速工作；在爬壁機器人負壓腔密閉效果恒定的情況下，提供恒定的吸附力，而運動系統(tǒng)驅動力只要克服該恒定壓力作用下的摩擦力和機器人重力等影響，就可以實現(xiàn)在垂直墻面上的自由運動。

但是，在實際的攀爬過程中，由于墻面粗糙度、裂紋、顆粒障礙等因素的影響，爬壁機器人的負壓腔不可能做到密閉效果恒定，所以，在爬壁機器人運動的過程中，機器人承受的壓力是變化的，為了達到始終能將機器人牢牢壓在墻面上，所以，設計人員往往使用功率大的離心泵，高速運行，以提供能應付最壞情況的壓力。由此導致的時候，在普通情況下，爬壁機器人也承受著過大的吸附壓力，這種過大的吸附壓力直接導致的是需要與之對應的過大的運動驅動力，這種野蠻的設計將導致系統(tǒng)能耗非常大，爬壁機器人攜帶的電池電量有限，工作時間較短。如果增大機器人的電池電量，勢必會增加電池的重量，導致整個機器人的重量上升，則又必須繼續(xù)增大離心泵的功率，成為一個設計的死循環(huán)。

申請?zhí)枮?00610151073.6的中國專利公開了一種基于負壓吸附原理的小型爬壁機器人;該機器人采用密封裙密封方式，難于實現(xiàn)自助姿態(tài)轉換功能。申請?zhí)枮?1138618. 5的中國專利公布了一種履帶式多吸盤爬壁機器人的實現(xiàn)方法，該機器人體積較大，結構復雜;CN97121896公開了一種“爬壁機器人”，所述的機器人利用螺旋槳或涵道風扇在動力驅動下產生指向壁面的推力，使機器人貼于壁面;這種爬壁方式的效率較低，因而應用大受限制。

總之，現(xiàn)有的爬壁機器人耗能高、爬壁效率低，穩(wěn)定性差，可用性不高。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是提供一種負壓型爬壁機器人的負壓自適應調節(jié)裝置，為負壓式爬壁機器人在不同的吸附環(huán)境下，對應不同密閉條件下，為機器人提供較為穩(wěn)定的、夠用的、合適的吸附力，通過這種自適應調節(jié)措施，節(jié)省機器人的能耗。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：包括機器人外壁1、密封墊2、驅動裝置3、離心風機4，機器人外壁上設有開口，使機器人外壁與機器人工作平面形成負壓腔5，機器人上設有驅動裝置，驅動裝置上安裝壓力傳感器31，離心風機安裝在機器人外壁上，通過離心風機工作，調節(jié)出氣道的氣體抽出量與墻面接觸面縫隙進氣道的氣體攝入量的比例，減少機器人內壓力。

本實用新型也可包括機器人外壁1、密封墊2、驅動裝置3、離心風機4，機器人外壁上設有開口，使機器人外壁與機器人工作平面形成負壓腔5，機器人上設有氣壓自動調節(jié)閥11，氣壓自動調節(jié)閥安裝在機器人外壁上，機器人內部壓力過大時，氣壓調節(jié)閥門在壓力的作用下打開，讓外界氣流緩緩流入腔內，即通過閥門增加腔體的氣體進氣量，調節(jié)腔體內的氣壓，從而調節(jié)腔體所受到的大氣壓力。

本實用新型的機器人外壁1包括側壁、底壁，機器人的側壁端面上安裝有密封墊，減少機器人工作接觸平面縫隙，使機器人內形成一個密閉環(huán)境。

本實用新型的驅動裝置上安裝壓力傳感器，壓力傳感器一端與驅動裝置連接，另一端與離心風機連接，讀取壓力傳感器的測量值，調節(jié)離心泵風機的轉速。

本實用新型的氣壓自動調節(jié)閥包括自動閥殼體、密封球、彈簧，所述自動閥殼體一端設有與自動閥殼體口相匹配的密封球，自動閥殼體內固定連接彈簧，彈簧另一端連接密封球，爬壁機器人壓力過大，密封球在壓力的作用下打開，讓外界氣流緩緩流入腔內，調節(jié)腔體內的氣壓，從而調節(jié)腔體所受到的大氣壓力，爬壁機器人壓力減小后，密封球在彈簧的作用下閉合，使機器人內形成一個密閉空間。

電控閉環(huán)控制方法：

在機器人的輪系上安裝壓力傳感器，通過離心風機驅動器上的處理器實時讀取壓力傳感器的測量值，通過軟件計算壓力，實時地、緩慢地調節(jié)離心泵風機的轉速，即調節(jié)出氣道的氣體抽出量與墻面接觸面縫隙進氣道的氣體攝入量的比例，從而達到調節(jié)負壓腔負壓的大小的目的。

機械壓力自動調節(jié)閥

在爬壁機器人的負壓腔處安裝一種機械氣壓自動調節(jié)閥門，在負壓腔壓力超過限定值時，即爬壁機器人壓力過大，氣壓調節(jié)閥門在壓力的作用下打開，讓外界氣流緩緩流入腔內，即通過閥門增加腔體的氣體進氣量，調節(jié)腔體內的氣壓，從而調節(jié)腔體所受到的大氣壓力。

本實用新型的有益效果是：通過閉環(huán)反饋控制方式使得爬壁機器人在墻面光滑的情況下，減小離心泵風機的轉速，減小爬壁機器人的接觸壓力，進而減小運動控制的驅動動力，從而達到減少能耗的作用；在情況惡劣的粗糙墻面上，可根據實時的壓力數值，迅速的補充由于墻面間隙不均勻導致局部區(qū)域進氣量增加的現(xiàn)象，及時提高風機轉速，加大出氣量，保持壓力平衡，從而防止爬壁機器人因為瞬間壓力不足從墻壁上掉下來的現(xiàn)象發(fā)生；通過氣壓自動調節(jié)閥保持腔內氣壓的相對穩(wěn)定，可靠性高，系統(tǒng)結構簡單，自動攝入一定的空氣，減少爬壁機器人壓力，從而減少運動驅動力，可以節(jié)約運動驅動能耗。它主要是應用于爬壁機器人。

附圖說明

圖1是本實用新型的結構示意圖；

圖2是本實用新型的結構示意圖；

圖3是本實用新型氣壓自動調節(jié)閥的結構示意圖；

圖4是本實用新型氣壓自動調節(jié)閥的工作狀態(tài)圖。

圖中：1-機器人外壁、2-密封墊、3-驅動裝置、4-離心風機、5-負壓腔、31-壓力傳感器、11-氣壓自動調節(jié)閥。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本實用新型做進一步詳細說明。

實施例1，參閱圖1至圖4，本實用新型包括機器人外壁1、密封墊2、驅動裝置3、離心風機4，機器人外壁上設有開口，使機器人外壁與機器人工作平面形成負壓腔5，機器人上設有驅動裝置，驅動裝置上安裝壓力傳感器31，離心風機安裝在機器人外壁上，通過離心風機工作，調節(jié)出氣道的氣體抽出量與墻面接觸面縫隙進氣道的氣體攝入量的比例，減少機器人內壓力。

實施例2，參閱圖1至圖4，本實用新型也可包括機器人外壁1、密封墊2、驅動裝置3、離心風機4，機器人外壁上設有開口，使機器人外壁與機器人工作平面形成負壓腔5，機器人上設有氣壓自動調節(jié)閥11，氣壓自動調節(jié)閥安裝在機器人外壁上，機器人內部壓力過大時，氣壓調節(jié)閥門在壓力的作用下打開，讓外界氣流緩緩流入腔內，即通過閥門增加腔體的氣體進氣量，調節(jié)腔體內的氣壓，從而調節(jié)腔體所受到的大氣壓力。其余同本實用新型的其它任一實施例或2個以上實施例的組合。

實施例3，參閱圖1至圖4，本實用新型的機器人外壁1包括側壁、底壁，機器人的側壁端面上安裝有密封墊，減少機器人工作接觸平面縫隙，使機器人內形成一個密閉環(huán)境。其余同本實用新型的其它任一實施例或2個以上實施例的組合。

實施例4，參閱圖1至圖4，本實用新型的驅動裝置上安裝壓力傳感器，壓力傳感器一端與驅動裝置連接，另一端與離心風機連接，讀取壓力傳感器的測量值，調節(jié)離心泵風機的轉速。其余同本實用新型的其它任一實施例或2個以上實施例的組合。

實施例5，參閱圖1至圖4，本實用新型的氣壓自動調節(jié)閥包括自動閥殼體、密封球、彈簧，所述自動閥殼體一端設有與自動閥殼體口相匹配的密封球，自動閥殼體內固定連接彈簧，彈簧另一端連接密封球，爬壁機器人壓力過大，密封球在壓力的作用下打開，讓外界氣流緩緩流入腔內，調節(jié)腔體內的氣壓，從而調節(jié)腔體所受到的大氣壓力，爬壁機器人壓力減小后，密封球在彈簧的作用下閉合，使機器人內形成一個密閉空間。其余同本實用新型的其它任一實施例或2個以上實施例的組合。

實施例6，參閱圖1至圖4，本發(fā)明方案將壓力傳感器安裝在驅動輪的受理軸上，通過測量驅動輪軸的壓力獲得負壓腔對墻面的壓力，離心機驅動器實時采集到壓力傳感器的數值，通過預先標定的數值和理論計算，得到當前時刻合適的風機轉速，然后實時給出離心風機對應的驅動電流或驅動電壓。其余同本實用新型的其它任一實施例或2個以上實施例的組合。

實施例7，參閱圖1至圖4，本發(fā)明方案在機器人負壓腔上設置一個調節(jié)閥，包括安裝密封圈和自動閥。自動閥由殼體、拉力彈簧、彈簧固定架、以及密封球組成，當負壓腔負壓力大于固定閾值時，密封球被拉力彈簧牢牢拉緊，堵塞進氣道，空氣不能從外側進入負壓腔。當負壓腔內負壓逐漸增大，直至大于拉力彈簧的拉力時，密封球被大氣壓力下壓，彈簧被拉伸，密封球不能完全密封，自動閥打開，外側大氣進入負壓腔，當負壓腔負壓力由于外側空氣進入，負壓力減少，低于負壓閾值時，密封球被拉力彈簧再次拉入自動閥殼體，自動閥關閉。其余同本實用新型的其它任一實施例或2個以上實施例的組合。