可调整步幅的吸盘式爬壁机器人及其移动方法技术领域
本发明属于机器人技术领域，特别涉及一种可调整步幅的吸盘式爬壁机器人及其
移动方法。
背景技术
目前，爬壁机器人按吸附方式分为真空吸附和磁吸附两种方式。其中，真空吸附是
依靠高速气流的抽吸作用排除密闭空间内的气体形成真空，为爬壁机器人提供吸附力量。
真空吸附爬壁机器人，一般有履带式、轮式、伸缩式等，移动机构多采用肢体或履
带。采用肢体作为移动机构的机器人结构复杂，导致控制和移动都较慢，而采用履带形式的
爬壁机器人能够实现在壁面上的快速运动，但是不具备越障能力，且真空吸附的爬壁机器
人一般均移动方式单一，不灵活，尤其在遇到障碍物时，如果吸附在障碍物上，就会导致吸
附不牢固。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的移动方式单一、不能避开障碍物的技术问题，提供
一种移动方式灵活多样且可调整步幅以避开障碍物的吸盘式爬壁机器人及其移动方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种可调整步幅的吸盘式爬壁机器人，包括
机器人主体，其包括控制系统和测距模块；
两个第一舵机，其分别设于所述机器人主体相对的两外侧，并分别通过一个伺服
气缸与所述机器人主体连接，且所述伺服气缸的气缸杆沿X轴设置，以在所述控制系统的控
制下驱动所述第一舵机沿X轴往复运动，两个所述第一舵机的驱动轴均沿y轴设置；
两个第二舵机，其分别设于一个伸缩杆的顶面的中部，两个所述第二舵机的驱动
轴均沿z轴设置，并分别通过一个连接件与同侧的所述第一舵机转动连接；
两个吸盘座，其分别设于所述伸缩杆的底面的两端，用于安装吸盘；
所述测距模块、伺服气缸、第一舵机和第二舵机分别与所述控制系统连接。
作为优选，所述机器人主体包括主壳体，所述控制系统设于所述主壳体内，所述控
制系统包括电源、控制模块、真空泵和两个电磁阀，所述真空泵分别与两个所述电磁阀连
接，两个所述电磁阀分别通过管路与两个所述吸盘座连接，所述第一舵机、第二舵机、控制
模块、真空泵和电磁阀分别与电源连接，且所述测距模块、伺服气缸、所述第一舵机、第二舵
机、真空泵和电磁阀分别与所述控制模块连接。
作为优选，所述电磁阀具有C端、D端和E端，所述电磁阀的E端与空气连通，所述真
空泵通过两个第一支气管分别与两个所述电磁阀的D端连接，每个所述电磁阀的C端分别连
接有两个第二支气管，以分别与两个所述吸盘座连接。
作为优选，所述主壳体相对的两外侧分别连接有一个侧壳体，所述第一舵机位于
所述侧壳体内，所述侧壳体的相对两侧分别设有一个长孔，所述第一舵机的驱动轴伸出所
述长孔后与所述连接件连接，所述第一舵机的底部连接于一个第一安装板上，所述第一安
装板的底面设有燕尾槽，所述侧壳体内的底面上设有与所述燕尾槽配合的燕尾形的导轨，
以使所述第一舵机在所述伺服气缸的推拉下沿所述导轨的长度方向往复运动。
作为优选，所述伸缩杆呈筒状结构。
作为优选，所述伸缩杆包括第一杆和第二杆，所述第二杆的一端插入所述第一杆
内，所述第一杆和第二杆内分别安装有第一截面板和第二截面板，所述第一截面板和第二
截面板之间设有双向气缸，以分别与所述双向气缸的气缸杆连接，所述双向气缸安装于第
二安装板上，所述第二安装板与第二杆用于插入所述第一杆的一端的内壁滑动连接。
作为优选，所述连接件包括U形板，所述第一舵机的输出轴的两端与所述U形板的
两个侧板连接，所述第二舵机的输出轴的一端与所述U形板的底板连接。
作为优选，所述吸盘为双层吸盘。
一种可调整步幅的吸盘式爬壁机器人的移动方法，包括翻转前进的步骤和转弯的
步骤，所述翻转前进的步骤为：
1)所述第一吸盘足和第二吸盘足均处于吸附状态，然后所述第一吸盘足进入自由
状态，所述控制模块将信号传送给所述第一舵机B,所述第一舵机B围绕其驱动轴转动第一
角度，因此同步带动所述机器人主体和第一吸盘足转动第一角度；
2)所述控制模块将信号传递给所述第一舵机A,所述第一舵机A围绕其驱动轴转动
180°，因此同步带动所述第一吸盘足转动180°；
3)所述第一舵机B接收所述控制模块的控制信号后，围绕其驱动轴转动第二角度，
所述第二角度与第一角度之和为180°，因此同步带动所述机器人主体和吸盘足转动第二角
度，使所述第一吸盘足与墙面贴合，然后所述电磁阀断电，所述真空泵通过所述电磁阀与第
一吸盘足的两个所述吸盘连通，所述第一吸盘足的两个吸盘吸附在墙面上，完成了一次翻
转前进；
所述转弯的步骤为：
1)所述第一吸盘足和第二吸盘足均处于吸附状态，然后所述第一吸盘足进入自由
状态，所述控制模块将信号传送给第一舵机B,所述第一舵机B围绕其驱动轴转动第三角度，
因此同步带动机器人主体和第一吸盘足转动第三角度角度；
2)所述控制模块将信号传递给第二舵机B,所述第二舵机B围绕其驱动轴(图中由
于遮挡而未示出)转动第四角度，因此带动机器人主体1同步转动第四角度；
3)所述第一舵机B接收控制模块的控制信号，围绕其驱动轴反向转动第三角度，因
此带动第一吸盘足反向转动第三角度，使第一吸盘足与墙面贴合，然后电磁阀断电，真空泵
通过电磁阀与第一吸盘足的两个吸盘连通，所述第一吸盘足的两个吸盘吸附在墙面上，完
成了一次转弯。
作为优选，吸盘式爬壁机器人的移动方法还包括有爬行前进的步骤，所述爬行前
进的步骤在所述转弯步骤之后完成，其步骤为：
1)所述第一吸盘足和第二吸盘足均处于吸附状态，然后第二吸盘足进入自由状
态，所述控制模块将信号传送给所述第一舵机A,所述第一舵机A围绕其驱动轴转动第三角
度，因此带动所述机器人主体和第二吸盘足转动第三角度；
2)所述控制模块将信号传递给第二舵机B,第二舵机B围绕第二驱动轴B转动第四
角度，因此带动所述第二吸盘足的伸缩杆同步转动第四角度后后与机器人主体垂直；
3)所述控制模块将信号传递给第二舵机A,第二舵机A围绕其驱动轴转动第四角
度，因此带动机器人主体同步转动第四角度；
4)所述第一舵机A接收所述控制模块的控制信号，围绕其驱动轴反向转动第三角
度，因此带动第二吸盘足反向转动第三角度，使第二吸盘足与墙面贴合，然后电磁阀断电，
真空泵通过电磁阀与第二吸盘足的两个吸盘连通，第二吸盘足的两个吸盘吸附在墙面上，
完成了一次爬行前进。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：本发明通过设置伺服气缸来调整
吸盘足的翻越距离，提高了越障能力且可以精确移动到平面上的任何的位置，以通过翻转
前进、转弯和爬行前进的移动动作来达到移动方式多样化的目的。
附图说明
图1为本发明中的吸盘式爬壁机器人的主视结构(两个吸盘足处于吸附状态)示意
图；
图2为图1的俯视图；
图3为本发明中的吸盘式爬壁机器人的控制原理图；
图4为本发明中的吸盘式爬壁机器人的吸盘足的吸附和自由状态的控制原理图；
图5为本发明中的吸盘式爬壁机器人在翻转前进过程中的步骤1)的状态图；
图6为本发明中的吸盘式爬壁机器人在翻转前进过程中的步骤2)的状态图；
图7为本发明中的吸盘式爬壁机器人在翻转前进过程中的步骤3)的状态图；
图8为本发明中的吸盘式爬壁机器人在转弯过程中的步骤1)的状态图；
图9为本发明中的吸盘式爬壁机器人在转弯过程中的步骤2)的状态图；
图10为本发明中的吸盘式爬壁机器人在转弯过程中的步骤3)的状态图；
图11为本发明中的吸盘式爬壁机器人在爬行前进过程中的步骤1)的状态图；
图12为本发明中的吸盘式爬壁机器人在爬行前进过程中的步骤2)的状态图；
图13为本发明中的吸盘式爬壁机器人在爬行前进过程中的步骤3)的状态图；
图14为本发明中的吸盘式爬壁机器人在爬行前进过程中的步骤4)的状态图；
图15为本发明中的吸盘式爬壁机器人的伸缩杆与驱动机构的内部结构示意图。
图中：
1-机器人主体；
11A-第一舵机A； 111A-第一驱动轴A；
11B-第一舵机B； 111B-第一驱动轴B；
12-电源； 13-控制模块；
14-真空泵； 15-电磁阀；
16-第一支气管； 17-三通接头；
18-第二支气管； 19-侧壳体；
2A-第一吸盘足； 2B-第二吸盘足；
21-吸盘座； 22-吸盘；
23A-第二舵机A； 231A-第二驱动轴A；
23B-第二舵机B； 231B-第二驱动轴B；
24-伸缩杆； 241-第一杆；
242-第二杆； 243-第一截面板；
244-第二截面板； 25-短管；
3-连接件； 4-测距模块；
5-双向气缸； 6-伺服气缸；
7-导轨； 81-第一安装板；
82-第二安装板； 9-长孔。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例
对本发明作详细说明。
如图1至图15所示，本发明的实施例公开了一种可调整步幅的吸盘式爬壁机器人，
包括机器人主体1、两个第一舵机、两个第二舵机和两个吸盘座21，其中，机器人主体1包括
控制系统和测距模块4，两个第一舵机分别设于机器人主体1相对的两外侧，并分别通过一
个伺服气缸6与机器人主体1连接，且伺服气缸6的气缸杆沿X轴设置，以在控制系统的控制
下驱动第一舵机沿X轴往复运动，两个第一舵机的驱动轴均沿y轴设置。两个第二舵机分别
设于一个伸缩杆24的顶面的中部，伸缩杆24呈筒状结构，以减轻重量。两个第二舵机的驱动
轴均沿z轴设置，并分别通过一个连接件3与同侧的第一舵机转动连接。为了简化结构，连接
件3包括U形板，第一舵机的输出轴的两端与U形板的两个侧板连接，第二舵机的输出轴的一
端与U形板的底板连接。第一舵机用于驱动连接件3带动吸盘足2或驱动机器人主体1围绕第
一舵机的驱动轴转动。第二舵机用于驱动连接件3带动机器人主体1或吸盘足2围绕第二舵
机的驱动轴转动。两个吸盘座21分别设于伸缩杆24的底面的两端，用于安装吸盘22。吸盘22
为双层吸盘，双层吸盘腔体小、面积大，更有利于吸附。测距模块4、伺服气缸6、第一舵机和
第二舵机分别与控制系统连接。
本实施例中，机器人主体1包括主壳体，控制系统设于主壳体内，如图3所示，控制
系统包括电源12、控制模块13、真空泵14和两个电磁阀15，真空泵14分别与两个电磁阀15连
接，两个电磁阀15分别通过管路与两个吸盘座21连接，使真空泵14可以通过两个电磁阀15
分别使两个吸盘22中的一个吸盘22吸附或呈自由状态。第一舵机、第二舵机、控制模块13、
真空泵14和电磁阀15分别与电源12连接，且测距模块4、伺服气缸6、第一舵机、第二舵机、真
空泵14和电磁阀15分别与控制模块13连接，以在控制模块13的控制下发生相应的动作。
考虑到自重、控制、固定条件等因素，本实施例的每个吸盘足2分别采取两个吸盘
22，每个吸盘22分别固定在每个吸盘座21内，每个吸盘足2的两个吸盘座21通过伸缩杆24连
接，也即，两个吸盘座21分设于伸缩杆24的两端，顶壳体设于伸缩杆24的中部。相应地，如图
4所示，电磁阀15具有C端、D端和E端，电磁阀15的E端与空气连通，真空泵14通过一个三通接
头连接有两个第一支气管16，以分别与两个电磁阀15的D端连接，每个电磁阀15的C端分别
通过一个三通接头17连接有两个第二支气管18，以分别与每个吸盘足2的两个所吸盘22连
接。继续结合图1，吸盘座21上设有与吸盘22连通的短管25，短管25穿过伸缩杆24，第二支气
管18与短管25连接。本实施例中的吸盘式爬壁机器人的吸盘22的动作原理如图4所示，真空
泵14在不断工作，电磁阀15断电时，电磁阀15的C端与D端接通，与该电磁阀15连接的吸盘22
接通真空泵14进入吸附状态；电磁阀15通电时，电磁阀的C端与E端接通，即接通大气，与该
电磁阀15连接的吸盘22进入自由状态。这样在机器人工作时若意外断电后能够保证安全性
以及减轻电池的负担。
本实施例中，继续结合图1，主壳体相对的两外侧分别连接有一个侧壳体，第一舵
机位于侧壳体内，侧壳体的相对两侧分别设有一个长孔9，第一舵机的驱动轴伸出长孔9后
与连接件3连接，第一舵机的底部连接于一个第一安装板81上，第一安装板81的底面设有燕
尾槽，侧壳体内的底面上设有与燕尾槽配合的燕尾形的导轨7，以使第一舵机在伺服气缸6
的推拉下沿导轨7的长度方向往复运动，第一舵机通过连接件3带动第二舵机及对应的吸盘
座21移动，以避开障碍物。具体地，测距模块4获得机器人相对墙面位置与墙面倾斜角信息，
再经过计算以实现机器人的面面转换，达到精确控制的目的。另外，当测距模块4检测到有
障碍物(测距模块4获取吸盘足与障碍物之间的距离L1，当L1等于或接近等于其中一侧的吸
盘足翻越的距离，也就是吸盘足翻越后有可能落于障碍物上)时，会通过控制模块13控制伺
服气缸6的伸缩动作，以使吸盘足在翻越后能够绕开障碍物。
为了更加灵活地避开障碍物，伸缩杆24包括第一杆241和第二杆242，第二杆242的
一端插入第一杆241内；第一杆241和第二杆242内分别安装有第一截面板243和第二截面板
244，第一截面板243和第二截面板244之间设有双向气缸5，第一截面板243和第二截面板
244分别与双向气缸5的气缸杆连接，双向气缸5安装于一个第二安装板82，第二安装板82与
第二杆242用于插入第一杆241的一端的内壁滑动连接。双向气缸5与电源12、控制模块13连
接，以在控制模块13的控制下实现气缸杆的伸缩。例如，可以通过双向气缸5与第一截面板
243连接的气缸杆伸缩，以使第一截面板带动第一杆241相对第二杆242伸缩，用于调节该吸
盘足的两个吸盘22之间的距离，避开障碍物。
本实施例中的吸盘式爬壁机器人可进行的动作包括翻转前进、转弯和爬行前进，
具体请参见图5至图14，为了便于进行说明，两个吸盘足2分别命名为第一吸盘足2A和第二
吸盘足2B，两个第一舵机区分为第一舵机A11A和第一舵机B11B，相对应地，第一舵机A11A的
驱动轴命名为第一驱动轴A111A，第一舵机B11B的驱动轴命名为第一驱动轴B111B。两个第
二舵机区分为第二舵机A23A和第二舵机B23B,相对应地，第二舵机A23A的驱动轴命名第二
驱动轴A231A，第二舵机B23B的驱动轴命名第二驱动轴B231B。其中，
翻转前进的步骤为：
1)第一吸盘足2A和第二吸盘足2B均处于吸附状态，然后第一吸盘足2A进入自由状
态，控制模块13将信号传送给第一舵机B11B,第一舵机B11B围绕其驱动轴111B转动第一角
度，因此同步带动机器人主体1和第一吸盘足2A转动第一角度；例如第一角度为30°,具体参
见图5。
2)控制模块13将信号传递给第一舵机A11A,第一舵机A11A围绕其驱动轴111A转动
180°，因此同步带动第一吸盘足2A转动180°，具体参见图6。
3)第一舵机11B接收控制模块13的控制信号后，围绕其驱动轴111B转动第二角度，
第二角度与第一角度之和为180°，也即第二角度为150°，具体参见图7，因此同步带动机器
人主体1和吸盘足2A转动150°，使第一吸盘足2A与墙面贴合，然后电磁阀15A断电，真空泵14
通过电磁阀15A与第一吸盘足2A的两个吸盘22连通，第一吸盘足2A的两个吸盘22吸附在墙
面上，完成了一次翻转前进。
转弯的步骤为：
1)第一吸盘足2A和第二吸盘足2B均处于如图1所示的吸附状态，然后第一吸盘足
2A进入自由状态，控制模块13将信号传送给第一舵机B11B,第一舵机B11B围绕其驱动轴
111B转动第三角度，因此同步带动机器人主体1和第一吸盘足2A转动第三角度角度，例如第
三角度为30°,具体参见图8。
2)控制模块13将信号传递给第二舵机B23B,第二舵机B23B围绕其驱动轴231B(图
中由于遮挡而未示出)转动第四角度，因此带动机器人主体1同步转动第四角度30°，具体参
见图9。本实施例中给出的第三角度和第四角度都是30°，而在实际应用中，第三角度和第四
角度也可以不同，也就是两者之间没有联系。
3)第一舵机11B接收控制模块13的控制信号，围绕其驱动轴111B反向(步骤1)中的
第一舵机11B的转动方向假设为正向)转动第三角度30°，因此带动第一吸盘足2A反向转动
30°，具体参见图10，使第一吸盘足2A与墙面贴合，然后电磁阀15A断电，真空泵14通过电磁
阀15A与第一吸盘足2A的两个吸盘22连通，第一吸盘足2A的两个吸盘22吸附在墙面上，完成
了一次转弯。
吸盘式爬壁机器人的移动方法，还包括有爬行前进的步骤，爬行前进的步骤在转
弯步骤之后完成，其步骤为：
1)第一吸盘足2A和第二吸盘足2B均处于如图10所示的吸附状态，然后第二吸盘足
2B进入自由状态，控制模块13将信号传送给第一舵机A11A,第一舵机A11A围绕其驱动轴
111A转动第三角度，例如第三角度为30°，因此带动所述机器人主体1和第二吸盘足2B转动
第三角度，具体参见图11。
2)控制模块13将信号传递给第二舵机B23B,第二舵机B23B围绕第二驱动轴B231B
(图中由于遮挡而未示出)转动第四角度，例如第四角度为30°，因此带动第二吸盘足2B的伸
缩杆24同步转动第四角度后与机器人主体1垂直，具体参见图12。
3)控制模块13将信号传递给第二舵机A23A,第二舵机A23A围绕其驱动轴231A(图
中由于遮挡而未示出)转动第四角度，第四角度为30°，因此带动机器人主体1同步转动第四
角度，具体参见图13。
4)所第一舵机A11A接收控制模块13的控制信号，围绕其驱动轴111A反向(步骤1)
中的第一舵机11A的转动方向假设为正向)转动第三角度，例如30°，因此带动第二吸盘足2B
反向转动第三角度，具体参见图14，使第二吸盘足2B与墙面贴合，然后电磁阀15B断电，真空
泵14通过电磁阀15B与第二吸盘足2B的两个吸盘22连通，第二吸盘足2B的两个吸盘22吸附
在墙面上，完成了一次爬行前进。
本发明中的吸盘式爬壁机器人利用真空泵14产生真空转化为吸盘22的吸力使机
器人吸附在壁面上，利用电磁阀15控制吸盘22的气路通断以控制吸盘足的吸附状态，通过
舵机的旋转使机器人实现行走任务。该机器人具有外形小巧、结构精妙、移动灵活、吸附稳
定、移动精确等优点，可用于侦察、勘探、监控、反恐、壁面清洗等领域。
以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围
由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各
种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。