[发明专利]一种自主开关行为的吸附单元及吸附装置

说明书

技术领域

本发明属于自适应的吸附技术，特别是一种在粗糙不平壁面上形成稳定吸附的自主开关行为的吸附单元及吸附装置。

背景技术

吸附机器人作为一种能够代替人类进行危险和艰苦工作的自动化装置，已经在桥梁检测、冷却塔及大坝检测方面有着非常大的应用范围。在上述应用时，吸附机器人要能够水平吸附和垂直吸附在建筑物表面，并保持一定的负载能力。要使吸附机器人稳定工作在复杂的工作环境中，良好的吸附装置是必不可少的。性能不好的吸附装置会严重影响吸附机器人的吸附力，造成吸附机器人因吸附力不足而脱落。因此，设计一种自动适应复杂工作环境、可靠的吸附装置，是一直以来的热点和难点。

目前的各种吸附方式都具有局限性，往往针对性强，只限于某些特定的工作环境，比较难通用化。现在的吸附技术主要有负压吸盘的吸附方式，可以吸附在光滑的壁面上，但常见的吸盘容易发生泄露气体的现象，适应不了粗糙的壁面；滑动吸附和旋风模拟技术的吸附方式能够提升粗糙的壁面上的吸附能力，但能耗高且噪声大；磁吸附方式可以产生非常大的吸附力，但只能在铁磁体上吸附，应用有限；用刺和爪进行抓吸壁面的方法可以工作在非常粗糙或可被刺透的壁面上，此吸附方法存在对壁面一定程度的损害；热感应吸附方法负载能力很强，但是需要长时间的预热时间且能耗高；仿壁虎的弹性吸附方法利用范德华力产生吸附力，但不能在湿的壁面上吸附，弹性材料可重复利用率低且成本高（S. Kim, Smooth Vertical Surface Climbing With Directional Adhesion, IEEE Transactions on Robotics,2008, vol. 24, no. 1, pp. 65-74）。静电吸附方法采用半导体静电吸盘，吸附效果良好，但在潮湿的混泥土表面吸附力降低很多（A. Yamamoto, T. Nakashima, Wall Climbing Mechanisms Using Electrostatic Attraction Generated by Flexible Electrodes, in International Symposium on Micro-NanoMechatronics and Human Science, Nagoya, Japan, Nov. 11-14, 2007, pp. 389-394）。

在上述的吸附方式中，大部分吸附技术的装置都是单吸盘，而且只对特定的壁面具有较好的适应性，安全系数不高，并且不能根据壁面的不同做出适当反应去适应壁面。多吸盘的吸附方法中的单个吸盘大都没有并联机制，缺少各个吸盘的协同性，而且给每个吸盘都要提供动力，能量消耗高。同时，多吸盘吸附方法缺乏对壁面环境的感知，不能自动地随环境的不同而做出相应的反应，形成各个小吸盘的局部区域，在条件好时产生吸附，在条件不好时，不产生吸附。

吸附装置作为吸附机器人完成壁面运动的核心，其发展直接影响到吸附机器人的研究进展。吸附机器人吸附装置的研究和应用有着非常广泛的工程应用背景，主要用于核工业、石油化工业、建筑业、消防等行业。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自主开关行为的吸附单元及吸附装置，能够在复杂壁面工作环境下，感知所接触的壁面情况的好坏，本能地做出反应，实现整个装置的可靠吸附。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种自主开关行为的吸附单元，包括弹性密封圈、吸盘、管道支架、滑动阀芯、伸缩弹簧、导管，弹性密封圈固定在吸盘末端，与壁面接触时，与壁面形成密封腔；吸盘与壁面接触后形成负压区域，以此产生吸附力；管道支架的一端连接导管，管道支架另一端连接吸盘，并与吸盘相通，管道支架的通道中间直径大，两端直径小；滑动阀芯处于管道支架内，并固定在伸缩弹簧上，管道的流通情况通过移动滑动阀芯实现；伸缩弹簧一端连接滑动阀芯，另一端固定在管道支架内部。

一种自适应的吸附装置，包括三个以上的吸附单元、空气腔、抽气元件、电机、底板支架，所有的吸附单元都固定在底板支架上，并且每个吸附单元的导管通过空气腔并联相通，空气腔的出口处连接抽气元件，通过电机驱动抽气元件对空气腔进行抽气，使得吸附装置内部形成负压。