[发明专利]一种基于静电吸附的垂直表面攀爬任务平台

说明书

技术领域

本发明属于运动探测机器人技术领域,涉及一种基于静电吸附的垂直表面攀爬任务平台。

背景技术

目前在生产生活以及科学考察领域，存在很多需要进行垂直移动的实际应用场景，如高层建筑玻璃外墙的清洁，壁面探伤，垂直岩壁攀爬等，并且在消防，核工业，造船等具有一定危险性的行业同样存在这需要进行垂直攀爬和探测的实际需求，在这些使用场景中，传统机器人存在着一些难以克服的问题，从而限制了传统机器人的使用场景，静电吸附的基本原理是依靠高压电场使得放入其中的物体产生极化从而带点，异种电荷间产生吸力，当异种电荷间可靠绝缘时，产生稳定的吸力，其优点是功耗较小，附加设备较少，重量较轻，单位面积负载能力强，可以适用于有缝隙和灰尘较多的表面，并且其吸附力量较为稳定可调，噪音很小，垂直方向吸附力大。

目前垂直攀爬机器人运动方式一般有以下几种：

1、依靠涵道风扇或螺旋桨产生风力负压产生吸附力，配合轮式移动方式，此种方式移动速度较快，较为灵活，但是功耗大，受制于机器人重量和体积，续航时间很短，并且控制复杂，无法实现自主静止吸附，而且运动时噪音和震动较大。

2、依靠多路真空吸盘吸附足进行吸附和移动，此种方式法向吸附力较大，可以自主静止吸附，但是移动速度慢，功耗较大，并且对于表面平整度要求高，气路重量大，设计和控制都很复杂，在表面存在接缝或伸缩缝时无法工作。

3、仿生吸附和移动：模仿自然界中具有垂直攀爬能力的动物的微观结构，环境适应力较强，但是实现难度大，并且成本高昂，吸附力小并且存在结构易受到污染不易清洁，不能实现模块化等缺点。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种基于静电吸附原理的垂直表面攀爬任务平台单体，即一种使用静电吸附原理完成垂直攀爬和勘察，负重等指定任务需求的机器人，以其创新的静电吸附原理和静电吸附结构，实现超低功耗，长续航时间能够适应有缝隙表面的特点，完成传统垂直攀爬机器人难以完成的任务，充分利用静电吸附作用的优点，实现低功耗的垂直表面移动，并且控制简单，尺寸和载重容易等比例放大，从而为不同任务提供完整的解决方案体系。

本发明一种基于静电吸附的垂直表面攀爬任务平台，包括机体支架、张紧辊、张紧支架与静电吸附膜。所述机体支架具有相互平行的左侧架与右侧架。所述张紧辊为两根，垂直于左侧架和右侧架设置，分别位于左侧架与右侧架前端和后端之间；其中一个张紧辊电动机驱动转动，另一个张紧辊被动转动。所述张紧支架为倒U型结构，安装于机体支架上；通过两根纵梁伸缩实现顶部横梁上下位置调节。

所述静电吸附薄膜为由柔性线路板工艺制成的具有梳齿型电极结构的薄膜，绕过前张紧辊、后张紧辊、张紧支架顶部横梁后两端相接固定，形成履带结构；通过张紧支架调节静电吸附薄膜张紧程度。

上述张紧支架的横梁上安装有簧片，同时在静电吸附膜上安装有接触条与簧片接触；并将高压供电模块与簧片相连，使高压供电模块的输出端通过簧片与接触条间导电，实现为静电吸附薄膜的供电；进而通过静电吸附薄膜提供吸力，使本发明垂直表面攀爬任务平台吸附于攀爬面上。

高压供电模块的输入端连接供电电池，供电电池还通过5V稳压器连接电动机的驱动电路，实现为高压供电模块与电动机的供电。供电电池还连接主控单片机，主控单片机连接电动机的驱动电路，通过主控单片机中的蓝牙模块实现上位机对电动机的蓝牙遥控，由上位机通过蓝牙模块发送控制信号至主控单片机，进而通过主控单片机控制电动机的转动速度和方向，由电动机驱动张紧辊转动，利用摩擦力带动静电吸附薄膜形成的履带结构运动，实现垂直表面攀爬任务平台在攀爬面上的移动。

本发明一种基于静电吸附的垂直表面攀爬任务平台，还具有负载挂架，包括左尾架、右尾架与挂架。其中，左尾架与右尾架平行设置，前端分别固定于左侧架与右侧架后端；挂架为圆柱形支架，设置于左尾架与右尾架之间；挂架用来定位及安装负载，且使负载位置可调，进而实现本发明垂直表面攀爬任务平台的重心可调。

本发明的优点在于：

1、本发明基于静电吸附的垂直表面攀爬任务平台，具有梳齿形薄膜静电吸附结构和运动的机械结构，建构简单，可靠性高；

2、本发明基于静电吸附的垂直表面攀爬任务平台，具有较高的效率，能够在较低的功耗下实现对于垂直表面的攀爬，吸附装置重量较轻，节约能源，提高负载重量；

3、本发明基于静电吸附的垂直表面攀爬任务平台，采用了独创的履带薄膜吸附与行走一体化结构，对于含有缝隙的垂直表面能够实现移动，在垂直表面较为粗糙时仍能保证可靠的吸附力；