一種爬牆機器人的腳掌及其吸附穩定性判斷方法與流程

2023-06-10 09:13:46

本發明涉及機器人技術領域，具體涉及一種爬牆機器人的腳掌及其吸附穩定性判斷方法。

背景技術：

隨著機器人技術的不斷發展，爬牆機器人也越來越得到廣泛的應用，通過真空泵提供負壓產生吸附力的爬牆機器人，其能否成功的在牆面上運動，取決於電機能否負載起整體自身的重量，以及氣泵提供的負壓在吸盤上產生的吸力能否支撐起整體自身的重量。

現有的爬牆機器人多採用多個吸盤吸附在牆面上，需要同時至少有兩隻吸盤進行完全吸附以提供支撐力，才能支撐起整個腳掌，但是僅單腳掌吸附在牆面上提供支撐力的爬牆機器人多存在受整體自身重力影響，使得吸盤受到向上撬動的力，導致吸盤形變量過大的問題，從而導致爬牆機器人的爬牆動作失敗。

公開號為cn205706942u，名稱為「攀壁機器人吸附腳」的中國發明專利文獻公開了一種攀壁機器人吸附腳，屬於攀爬裝置領域，包括永磁吸盤，永磁吸盤的操作杆上設有齒輪a，齒輪a與通過鏈條與齒輪b配合，齒輪b安裝在動力機構的動力輸出軸上，動力裝置的控制端連接到控制裝置，其雖然可以使機器人在豎直方向進行攀登，但是其同樣存在爬牆機器人的腳掌結構受整體自身重力影響，使得腳掌受到向上撬動的力，導致形變的問題。

公開號為cn203381704u，名稱為「爬壁機器人伸縮腳臂」的中國發明專利文獻公開了一種爬壁機器人伸縮腳臂，其每個伸縮腳臂單元的結構是，包括氣缸座，氣缸座通過頂部的接耳與滑杆固定連接，氣缸座通過水平接耳與橫杆固定連接，氣缸座向下與腳臂氣缸缸體固定連接，腳臂氣缸活塞杆下端與吸盤固定板固定連接，吸盤固定板下表面固定安裝有真空吸盤，其在伸縮腳臂上設置有摺疊板，使得在吸盤受力時，將大部分力由摺疊板直接傳至氣缸座，受力就不會由氣缸單獨承載，保護了氣缸，但是其卻存在結構複雜，且同樣受整體自身重力影響，使得腳掌受到向上撬動的力，導致形變的問題。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種爬牆機器人的腳掌及其吸附穩定性判斷方法，用以解決現有的爬牆機器人僅單腳掌吸附在牆面上提供支撐力的爬牆機器人多存在受整體自身重力影響，使得吸盤受到向上撬動的力，導致吸盤形變量過大的問題，從而避免爬牆機器人的爬牆動作失敗。

為實現上述目的，本發明一方面提供一種爬牆機器人的腳掌。具體地，該爬牆機器人的腳掌包括如下結構：

所述爬牆機器人的腳掌，包括吸盤，吸盤與支撐結構相連接；支撐結構包括環繞設置在吸盤外部的支撐架。

可選地，支撐架包括下支撐環板，下支撐環板套設在吸盤的外部，且下支撐環板位於吸盤的中部位置。

可選地，支撐架還包括上支撐環板，上支撐環板設置在吸盤外的上部；上支撐環板和下支撐環板之間通過連接杆相連接。

可選地，吸盤與吸盤座相連接，上支撐環板與吸盤座連接件相連接；吸盤座與吸盤座連接件以間隙配合方式相連接。

可選地，吸盤、上支撐環板和下支撐環板均設為同心的圓形。

可選地，吸盤座連接件上設置有微動開關，微動開關的中部設置有固定用的孔位，吸盤座連接件上設置有與孔位相對應匹配的卡扣，吸盤座連接件通過卡扣卡入孔位內與微動開關連接。

可選地，微動開關的頂部設置有按鈕，吸盤座的頂部設置有卡槽，卡槽內卡設有位於按鈕上方的微動卡環。

可選地，吸盤座的中部套設有彈簧，吸盤座設置有支臺，彈簧設置在上支撐環板與支臺之間。

本發明另一方面提供一種如本發明一個方面所述的爬牆機器人的腳掌吸附穩定性判斷方法，包括以下步驟：

將所述爬牆機器人的腳掌結構設置為：包括吸盤，吸盤與支撐結構相連接；支撐結構包括環繞設置在吸盤外部的支撐架；

啟動電機，控制腳掌豎直下壓，使得吸盤接觸到牆面且被牆面頂起，通過單片機控制打開氣泵氣閥電路，開始抽氣；

通過單片機檢測微動開關的信號，如果在設定時間內得到微動開關預定的信號，則得出結論為吸盤漏氣量小於設定值，腳掌可以支撐起整個機體，其過程為吸盤與牆面之間的縫隙小於設定值，漏氣量小於抽氣量，吸盤內部真空度上升，吸盤變形、下壓，吸盤帶動微動卡環下壓並壓住微動開關上部的按鈕，單片機得到信號，吸盤內的真空度達到設定值後，腳掌支撐起整個爬牆機器人的機體；

如果在設定時間內未得到微動開關預定的信號，則得出結論為吸盤漏氣量大於設定值，吸盤內沒有變化，吸盤不變形，微動開關按鈕不再被壓下，腳掌不能支撐起整個爬牆機器人的機體，則繼續選擇其他落腳點。

可選地，還包括以下步驟：

將所述爬牆機器人的腳掌的支撐架設置為：支撐架包括下支撐環板，下支撐環板套設在吸盤外的中部；支撐架還包括上支撐環板，上支撐環板設置在吸盤外的上部；上支撐環板和下支撐環板之間通過連接杆相連接；吸盤與吸盤座相連接，上支撐環板與吸盤座連接件相連接；吸盤座與吸盤座連接件以間隙配合方式相連接；吸盤、上支撐環板和下支撐環板均設為同心的圓形；吸盤座連接件上設置有微動開關，微動開關的中部設置有固定用的孔位，吸盤座連接件上設置有與孔位相對應匹配的卡扣，吸盤座連接件通過卡扣卡入孔位內與微動開關連接；微動開關的頂部設置有按鈕，吸盤座的頂部設置有卡槽，卡槽內卡設有位於按鈕上方的微動卡環；吸盤座的中部套設有彈簧，吸盤座設置有支臺，彈簧設置在上支撐環板與支臺之間；

將所述爬牆機器人的腳掌的初始狀態設置為：彈簧被初步壓縮，彈力方向向下，使得吸盤和吸盤座往下自然懸空，此時吸盤底部低於下支撐環板的底部，吸盤處於鬆弛狀態，卡在吸盤座上的微動卡環向下壓著微動開關，微動開關處於觸發狀態；

啟動電機，控制腳掌豎直下壓，當吸盤接觸到牆面後，吸盤和吸盤座被牆面頂起，吸盤座上移，彈簧被繼續壓縮，吸盤座上方的微動卡環跟著上升，微動開關的按鈕被鬆開，此時吸盤仍然處於鬆弛狀態，僅將吸盤和吸盤座通過電機的下壓向上頂起，下壓過程中，通過單片機收到微動開關被鬆開的信號後，則確定吸盤正常頂起、吸盤接觸到牆面的信息，則單片機控制打開氣泵氣閥電路，開始抽氣；

通過單片機檢測微動卡環與微動開關之間的位置狀態信息，如果在設定時間內檢測到微動卡環再次壓住微動開關的按鈕的信息，則得出吸盤內漏氣量小於抽氣量的結論，則繼續抽真空，使得吸盤完全下壓至牆面，使得腳掌支撐起整個機體；

如果在設定時間內檢測不到微動卡環再次壓住微動開關的按鈕的信息，則得出吸盤內漏氣量大於抽氣量的結論，吸盤不能下壓或完全下壓至牆面，不能使得腳掌支撐起整個機體，則繼續選擇其他落腳點。

本發明方法具有如下優點：

本發明的爬牆機器人的腳掌及其吸附穩定性判斷方法，能夠解決現有的爬牆機器人的雙吸盤結構所存在的受整體自身重力影響，使得吸盤受到向上撬動的力，導致形變的問題，從而避免爬牆機器人的爬牆動作失敗，其能夠使得吸盤承受較大的負載，能夠承擔起各個方向的力，而不是單方向的力，能夠將吸附力的方向和負載的重力最大程度做到平行，從而最大程度的提高吸附效率；其尤其適用於單只吸盤吸附在牆面上的情況，由於外部的支撐架結構對其受力情況進行優化，使其通過單只吸盤即能夠提供較大的吸附力。

附圖說明

圖1為爬牆機器人的腳掌在工作狀態的受力示意圖。

圖2為本發明的爬牆機器人的腳掌的結構示意圖。

圖3為本發明的爬牆機器人的腳掌的剖面示意圖。

圖4為本發明的爬牆機器人的腳掌的吸盤的結構示意圖。

圖5為本發明的爬牆機器人的腳掌的下支撐板的結構示意圖。

圖6為本發明的爬牆機器人的腳掌的上支撐板的結構示意圖。

圖7為本發明的爬牆機器人的腳掌的連接杆的結構示意圖。

圖8為本發明的爬牆機器人的腳掌的吸盤座的結構示意圖。

圖9為本發明的爬牆機器人的腳掌的吸盤座連接件的結構示意圖。

圖10為本發明的爬牆機器人的腳掌的微動開關的結構示意圖。

圖11為本發明的爬牆機器人的腳掌的微動卡環的結構示意圖。

圖12為本發明的爬牆機器人的腳掌吸附穩定性判斷方法的吸盤懸空狀態主視圖。

圖13為本發明的爬牆機器人的腳掌吸附穩定性判斷方法的吸盤被底面頂起狀態主視圖。

圖14為本發明的爬牆機器人的腳掌吸附穩定性判斷方法的吸盤吸附完全狀態主視圖。

圖15為本發明的爬牆機器人的腳掌吸附穩定性判斷方法的吸盤懸空狀態側視圖。

圖16為本發明的爬牆機器人的腳掌吸附穩定性判斷方法的吸盤被底面頂起狀態側視圖。

圖17為本發明的爬牆機器人的腳掌吸附穩定性判斷方法的吸盤吸附完全狀態側視圖。

圖18為本發明的爬牆機器人的腳掌吸附穩定性判斷方法的吸盤懸空狀態示意圖。

圖19為本發明的爬牆機器人的腳掌吸附穩定性判斷方法的吸盤被底面頂起狀態示意圖。

圖20為本發明的爬牆機器人的腳掌吸附穩定性判斷方法的吸盤吸附完全狀態示意圖。

圖中，1為吸盤，2為下支撐環板，3為上支撐環板，4為連接杆，5為吸盤座，6為吸盤座連接件，7為微動開關，8為微動卡環，9為彈簧，氣管接口10。

具體實施方式

以下實施例用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。

實施例1

參見圖1至圖4，一種爬牆機器人的腳掌，包括吸盤1，吸盤1與支撐結構相連接；支撐結構包括環繞設置在吸盤1外部的支撐架。

參見圖1，可見，本實施例的爬牆機器人腳掌，其通過支撐架與吸盤1相連接，對吸盤1起到輔助支撐的作用，當吸盤1穩定的吸附在牆面上時，整個腳掌視為一個剛性的整體，優選的腳掌為圓形，參見圖1，左邊為牆面，右側為支撐架，f1為吸盤的拉力，f2為爬牆機器人的重力，f3為牆面對腳掌的支撐力，f4為摩擦力，d1為重力的力臂，d2為腳掌的半徑，m為力矩。一般情況下假定腳盤下方防滑有效，所以簡化為鉸鏈，若是要使得機器人能吸附在上面，則有：

∑f＝0(1)

∑m＝0(2)

f1＝f3(3)

f4＝f2(4)

f1×d2-f2×d1＝0(5)

由式(1)至式(5)得出：

從式(6)可知，當腳掌的半徑d2越大時，吸盤1所受到的拉力就越小，所以吸盤1的拉力f1和腳掌的半徑d2之間的關係是：隨著d2的增加，f1降低。但是在實際中，腳掌越大，爬牆機器人機身的重量也越大；這裡優選腳掌的半徑d2為120mm；假設支撐架支撐在牆面上不打滑，那麼當f2有負載重力時，由於有了支撐架，吸盤1則不會受到巨大的撬動的力量，而是有很大一部分通過支撐架的支撐作用，轉換成了與吸附力f1平行的拉力，其能夠使得吸盤承受較大的負載，能夠承擔起各個方向的力，而不是單方向的力，能夠將吸附力的方向和負載的重力最大程度做到平行，從而最大程度的提高吸附效率。需要說明的是，這裡的吸盤1優選為雙層吸盤，其吸附力會比單層吸盤大一些，而且允許有一定的斜向上的拉力和位移量，從而提高輔助吸附效果；其適用於單只吸盤1吸附在牆面上的情況，由於外部的支撐架結構對其受力情況進行優化，使其通過單只吸盤1即能夠提供較大的吸附力。

本實施例的爬牆機器人的腳掌吸附穩定性判斷方法，參見圖12至圖20，包括以下步驟：

啟動電機，控制腳掌豎直下壓，使得吸盤1接觸到牆面且被牆面頂起，通過單片機控制打開氣泵氣閥電路，開始抽氣；

通過單片機檢測微動開關的信號，如果在設定時間內得到微動開關7預定的信號，則得出結論為吸盤1漏氣量小於設定值，腳掌可以支撐起整個機體，其過程為吸盤與牆面之間的縫隙小於設定值，漏氣量小於抽氣量，吸盤1內部真空度上升，吸盤1變形、下壓，吸盤1帶動微動卡環8下壓並壓住微動開關7上部的按鈕，單片機得到信號，吸盤1內的真空度達到設定值後，腳掌支撐起整個爬牆機器人的機體；

如果在設定時間內未得到微動開關7預定的信號，則得出結論為吸盤1漏氣量大於設定值，吸盤1內沒有變化，吸盤1不變形，微動開關7按鈕不再被壓下，腳掌不能支撐起整個爬牆機器人的機體，則繼續選擇其他落腳點。

其中，預定的信號可以是微動卡環8壓住微動開關7上部按鈕的信號。

實施例2

參見圖5，一種爬牆機器人的腳掌，與實施例1相似，所不同的是，支撐架包括下支撐環板2，下支撐環板2套設在吸盤1的外部，且下支撐環板2位於吸盤1的中部位置。這樣，能夠使得支撐架的下支撐板2的結構起到穩定支撐的作用。

參見圖6，優選的，支撐架還包括上支撐環板3，上支撐環板3設置在吸盤1外的上部。這樣，能夠進一步使得支撐架起到穩定支撐的作用，優化受力結構。

參見圖7，優選的，上支撐環板3和下支撐環板2之間通過連接杆4相連接。這樣，能夠使得支撐架的上支撐環板3和下支撐環板2之間的連接結構更加穩定，且連接方便。

需要說明的是，連接杆4可以設置為傾斜的「z」字形結構，連接杆4的頂面可以與上支撐環板3的底面相連接，連接杆4的底面可以與下支撐環板2的頂面相連接，連接杆4的頂面和底面上可以分別設置有螺紋通孔，上支撐環板3和下支撐環板2的頂面上可以分別設置有與螺紋通孔相對應匹配的螺紋孔，螺紋通孔和螺紋孔內分別設置有螺栓或螺釘，以將連接杆4分別與上支撐環板3及下支撐環板2相連接。另外，上支撐環板3的尺寸小於下支撐環板2的尺寸，則傾斜的「z」字形結構的連接杆4的傾斜方向為由內到外向下傾斜。連接杆4的數量為至少兩個，且均勻對稱分布，優選為四個。

實施例3

參見圖8，一種爬牆機器人的腳掌，與實施例2相似，所不同的是，吸盤1與吸盤座5相連接，上支撐環板3與吸盤座連接件6相連接。這樣，下支撐環板2用於與吸盤1一起貼合在牆面上起到支撐作用，能夠使得吸盤1自身的結構更加穩定，同時使得吸盤1與支撐架的連接結構更為穩定。

參見圖9，優選的，吸盤座5與吸盤座連接件6以間隙配合方式相連接。這樣，上支撐環板2的中心位置處可以與吸盤座連接件6相連接，能夠優化吸盤1的整體的連接結構，提高平衡穩定性。需要說明的是，吸盤座連接件6下部設置有突出部分，用來與上支撐環板3的中心相套連接，其以過渡配合的方式相連接；進一步的，吸盤座連接件6上可以設置兩個用於螺絲固定的孔位，從而將吸盤座連接件6與上支撐環板3相固定，這樣能夠使得連接更加牢靠，同時防止吸盤座連接件6套和後旋轉。

需要說明的是，吸盤座5的上部可以設置有凸起的鍵，吸盤座連接件6可以設置為圓筒形，吸盤座連接件6的內壁上可以設置有與鍵相對應匹配的鍵槽，吸盤座連接件6套設在吸盤座5的外部，且鍵設置在鍵槽內。

優選的，吸盤1、上支撐環板3和下支撐環板2均設為同心的圓形。這樣，能夠提高腳掌整體的平衡穩定性能，優化輔助吸附結構。上支撐環板3可以設置為「8」字形的雙環結構，其中一個環的直徑大於另一個環的直徑。直徑較大的環內設置有十字形的加強筋，加強筋的中心處設置有圓環形的配合環，吸盤座連接件6穿過配合環。連接杆4與直徑較大的環相連接，直徑較小的環用於與爬牆機器人的機身相連接。

實施例4

參見圖10，一種爬牆機器人的腳掌，與實施例3相似，所不同的是，吸盤座連接件6上設置有微動開關7，微動開關7的中部設置有固定用的孔位，吸盤座連接件6上設置有與孔位相對應匹配的卡扣，吸盤座連接件6通過卡扣卡入孔位內與微動開關7連接。這樣，將微動開關7固定在腳掌上，能夠通過微動開關7反饋吸盤1的漏氣情況。

參見圖11，優選的，微動開關7的頂部設置有按鈕，吸盤座5的頂部設置有卡槽，卡槽內卡設有位於按鈕上方的微動卡環8。這樣，能夠優化微動開關7的檢測方式。

需要說明的是，微動開關7可以固定在吸盤座連接件6右側。吸盤座5的下部用於套合吸盤1的上部，吸盤1與吸盤座5之間的間隙用膠水粘死，防止漏氣，吸盤座5上可以設置用於接通氣管的氣管接口10，吸盤座5的上半部分用於與吸盤座連接件6做間隙配合，可以實現上下滑動，吸盤座5的頂部設置卡槽，卡槽內卡設一個微動卡環8，用於吸盤座5做上下運動時，觸發微動開關7。微動卡環8可以設置為扳手狀，微動卡環8的一側設置有開口。

實施例5

參見圖11，一種爬牆機器人的腳掌，與實施例4相似，所不同的是，吸盤座5的中部套設有彈簧9，吸盤座5設置有支臺，彈簧9設置在上支撐環板3與支臺之間。彈簧9可以設置為非固定的結構，彈簧9的頂部頂著上支撐環板3，下部頂著吸盤座5，其主要起到復位的作用。這樣，能夠使得吸盤1在向上運動時，彈簧9被壓縮，吸盤1懸空時，吸盤座5能夠被彈簧9恢復回原來的位置。

需要說明的是，彈簧9可以設置在吸盤座5的中部，吸盤1懸空時，吸盤座5能夠被彈簧9恢復回原來的位置，即最低狀態。

本實施例的爬牆機器人的腳掌吸附穩定性判斷方法，參見圖12至圖20，還包括以下步驟：

將所述爬牆機器人的腳掌的初始狀態設置為：彈簧9被初步壓縮，彈力方向向下，使得吸盤1和吸盤座5往下自然懸空，此時吸盤1底部低於下支撐環板2的底部，吸盤1處於鬆弛狀態，卡在吸盤座5上的微動卡環8向下壓著微動開關7，微動開關7處於觸發狀態；

啟動電機，控制腳掌豎直下壓，當吸盤1接觸到牆面後，吸盤1和吸盤座5被牆面頂起，吸盤座5上移，彈簧9被繼續壓縮，吸盤座5上方的微動卡環8跟著上升，微動開關7的按鈕被鬆開，此時吸盤1仍然處於鬆弛狀態，僅將吸盤1和吸盤座5通過電機的下壓向上頂起，下壓過程中，通過單片機收到微動開關7被鬆開的信號後，則確定吸盤1正常頂起、吸盤1接觸到牆面的信息，則單片機控制打開氣泵氣閥電路，開始抽氣；

通過單片機檢測微動卡環8與微動開關7之間的位置狀態信息，如果在設定時間內檢測到微動卡環8再次壓住微動開關7的按鈕的信息，則得出吸盤1內漏氣量小於抽氣量的結論，則繼續抽真空，使得吸盤1完全下壓至牆面，使得腳掌支撐起整個機體；

如果在設定時間內檢測不到微動卡環8再次壓住微動開關7的按鈕的信息，則得出吸盤1內漏氣量大於抽氣量的結論，吸盤1不能下壓或完全下壓至牆面，不能使得腳掌支撐起整個機體，則繼續選擇其他落腳點。

本發明的爬牆機器人的腳掌，如果考慮到漏氣情況監測的問題，則在吸盤1的懸空狀態下，吸盤1的高度低於下支撐環板2，微動卡環8壓著微動開關7，此時微動開關7處於開的狀態，則當電機不斷控制腳掌豎直下壓時，吸盤1會被牆面頂起，吸盤座5上移，微動卡環8上移，且並未壓著微動開關7，此時微動開關7處於關的狀態，腳掌停止下壓，開始抽氣產生負壓，吸盤1內的空氣被抽走，產生真空，由於優選的吸盤1為雙層吸盤，所以吸盤1本身會被壓縮，產生一段豎直的位移，帶動吸盤座5下移，吸盤座5恢復自然狀態時候的位置，但是吸盤1被壓縮，即雙層吸盤自身的褶皺高度差等於吸盤1底部與下支撐環板2底部的高度差。吸附完全時，下支撐環板2正好支撐在牆面上，並且下支撐環板2對牆面有一定的壓力，此時，吸盤1、吸盤座5、下支撐環板2、吸盤座連接件6等部件所組合成的腳掌形成一個整體。

本發明的爬牆機器人的腳掌，下支撐環板2的底面可以設置橡膠墊，其能夠起到腳掌底部的防滑作用，與此同時，作用在吸盤座5上的壓力傳導到下支撐環板2底下的橡膠墊上，壓著橡膠墊與接觸面接觸；另一方面，橡膠墊提供摩擦力的來源，使機器人可以避免在牆上滑動，其作用不僅在於固定機器人的一個部分，還可以使得一旦腳掌部分吸牢，機身是可以任意運動的，其可以作為機器人的基座，而換腳吸附可以作為換基座立足。另外，由於吸盤座5與吸盤座連接件6之間是間隙配合連接，所以可以上下滑動，並且在吸附完成時，自動鎖住整個腳掌，使得腳掌成為剛性整體，所以在吸附過程中，吸盤1的吸緊和鬆開運動對機器人的機體沒有影響，即在吸附時所產生的位移不會使得機器人本身產生晃動或者位移。此外，吸盤座連接件6上可以設置傳感器，以利用吸附過程中產生的位移，對吸附面的漏氣情況進行判斷和反饋，如果漏氣，則說明吸盤1不能提供足夠的吸附力支撐整個機體，從而為機器人提供安全保障。

爬牆機器人的腳掌在自然狀態下，由於吸盤座5中部有彈簧9，彈簧9處於稍被壓縮狀態，彈力方向向下，使得吸盤1和吸盤座5往下自然懸空，此時吸盤1底部低於下支撐環板2的底部大約6mm，雙層的吸盤1處於鬆弛狀態，吸盤1底面距離吸盤1的支撐面有大約8mm，卡在吸盤座5最上方的微動卡環8向下始終壓著微動開關7的按鈕，微動開關7處於觸發狀態，微動開關7上可以設置觸發彈片，以提高觸發效果。當電機不斷控制腳掌豎直下壓時，如果吸盤1是正對牆面，吸盤1底部最先觸碰到牆面，當吸盤1接觸到牆面後，吸盤1和吸盤座5會被牆面頂起，吸盤座5上移，彈簧9被壓縮，吸盤座5上方的微動卡環8跟著上升，微動開關7的按鈕被鬆開，這時候吸盤1仍然處於鬆弛狀態，只不過是把吸盤1和吸盤座5通過電機的下壓，而被牆面向上頂起而已，由於機體本身有著一定的彈性和柔性，所以下壓量可以大約為6mm。當下壓過程中單片機收到微動開關7被鬆開的信號後，就能夠確定吸盤1正常頂起，吸盤1接觸到牆面等信息，就可以進行下一步操作，當上一步完成後，單片機控制打開氣泵氣閥電路，開始抽氣；

此時如果吸盤1與牆面之間縫隙較小，吸盤1內的空氣逐漸被抽出，內部真空度不斷上升，吸盤1會開始變形、下壓，直到吸盤1內有一定真空度後，吸盤1完全下壓至牆面，而隨之吸盤1的變形使得吸盤座5的下移，微動卡環8再次壓住微動開關7的按鈕，單片機檢測到此信號變化，即可知道吸盤1內漏氣量較小，吸盤1內漏氣較小，吸盤1吸附完全，腳掌可以提供足夠支撐力。

此時如果吸盤1與牆面之間縫隙較大，吸盤1內漏氣量較大，不能被抽至真空狀態，漏氣量大於抽氣量，那麼吸盤1內就不會有任何變化，吸盤1不會變形，吸盤座5不會被下移，微動開關7不會被再次壓下，單片機設定在一定時間內如果不能檢測到微動開關7的壓下信號，即視為吸盤1內漏氣量較大，吸盤1未吸附在牆面上，腳掌不能支撐起整個機體，則必須選擇其他的落腳點。

本發明的爬牆機器人的腳掌，其氣管和氣管接口10的氣路結構，能夠使吸盤快速抽氣下壓，而需要讓腳掌離開的時候，又能馬上脫離，在斷電的時候，吸盤1通過吸盤座5和氣閥相連，而經過氣閥後通向大氣，同時，氣泵也停止工作。當氣泵氣閥通電時，氣泵經過氣閥，連接到吸盤1，既可以抽走氣路裡的空氣，一旦需要快速脫離吸附面，只需要同時關閉氣泵氣閥，吸盤1將通過氣閥通向大氣，吸盤1內真空度快速下降，充滿空氣，既可以快速脫離吸附面。吸盤1可以是直徑為50mm的雙層吸盤，吸盤座5可以是塑料吸盤座，二者可以通過膠合連接，以增加氣密性。雙層吸盤是柔軟的底部能更好的貼合吸附面，而且被拉起時，由於是吸盤1上面先變形，底下的部分變形量不大，則吸力變化不大，一個吸盤1對應一個氣泵，避免多個吸盤1同時漏氣，且方便控制和檢測。

本發明的爬牆機器人的腳掌，其成功率高、重量小、體積小、多用途、成本低，誤觸發率幾乎為零，其利用負壓的物理原理，只要吸盤1裡面能夠被抽到一定真空度，吸盤1就會產生一段位移，帶動微動開關7產生信號，如果沒有這段位移，則說明吸盤1並沒有變形。其微動卡環8的主要作用為兩個，一個是觸發微動開關7，另一個是防止吸盤座5掉落，提高安全性。

本發明的爬牆機器人的腳掌及其吸附穩定性判斷方法，其爬牆機器人可以為五自由度的機器人，其中三個軸串聯形成前後運動，兩個軸獨立形成旋轉轉向運動，三軸的機器人能夠做到小型化但是不失姿態多樣性，三軸能夠做到爬牆機器人爬行過程中所需要的各類姿態，例如前進後退、從地面垂直上到牆面、從牆面垂直上到天花板、從地面直接平行翻躍到天花板等等姿態動作，其可以應對360°全方位的吸附面的角度轉換。其小型爬牆機器人整機重量為650g，氣泵可負載1100g，但是考慮到現實運行中的風、自身晃動、震動等因素，需要預留出1/4的餘量，所以還可以負載大概200g的重量運行。另外，如果其選用微型的機器人舵機和微型氣泵氣閥，此機器人舵機平均轉矩為20kg·cm，供電電壓為4.8v～7.4v，不同電壓對應不同轉矩，轉動速度為60°/0.26s，重量為51g，轉動角度限制為小於300°，非常適用於在小型機器人。選用的氣泵最大負壓為-65kpa，流量為0.6l/min，額定電壓為3v，額定電流為450ma，重量為21g，最大體積為12mmх20mmх45mm。選用的雙層的吸盤1直徑為50mm，氣管內徑為3mm，在這種配置情況下，抽到氣泵所能產生最大真空度所需要時間大約為500ms，再配上直徑為120mm外部的下支撐環板2，其能夠支撐1100g-1200g的負載。其中最兩端的兩對電機為平行連接，以減少整體機身轉矩中的力臂，機身力臂越短，電機和吸盤的轉矩就越少，電機的負擔就越小，而吸盤1的吸附穩定性就越高，但是不能過短，否則會導致每次向前運動的距離過小。其機架自身在不受力或者受力較好的部位採用abs塑料，在嚴格需要剛性材料的部位採用鋁合金，可以結合採用3d列印技術，其板件可以用於固定器件用的槽為一體，不僅能夠將電機之間相互連接，還能夠固定氣泵、氣閥、控制板、氣管、電線等器件。吸盤座5和吸盤座連接件6可以採用abs材料。而支撐架這種用於支撐整個機體的結構，不能有嚴重的形變，要求有一定的強度和剛性，所以支撐架採用鋁材的鋁板，鋁板之間用單顆螺絲連接，部件之間採用方形的槽和鍵相配合連接，彌補單顆螺絲固定所帶來零件的轉動問題。其在腳掌底面上用泡沫膠和橡膠做了防滑結構，防止在牆面上橫著運動時候爬牆機器人打滑。其通過支撐架增大吸附力的效率，使得一個吸盤1即能夠支撐起整個機體，並且在吸附完成時，自動鎖住整個腳掌，使得腳掌成為剛性整體，所以吸附過程中，吸盤1的吸緊和鬆開運動對機器人的本體沒有影響，即在吸附的時候所產生的位移對機器人本身不產生晃動或者位移；還可以在爬牆機器人上設置傳感器進行反饋，利用吸附過程中產生的位移，對吸附面的漏氣情況進行判斷。其能夠適用於複雜度較高的牆面，只需要一個吸盤吸附在牆面上即可產生能夠支撐起整個機體的吸附力，而不需要兩個或三個以上的吸盤同時吸附在牆面上才能提供支撐整個機體的吸附力；其重量小、體積小，吸附效果穩定，能夠做到爬牆機器人爬行過程中所需要的各類姿態，例如前進後退、從地面垂直上到牆面、從牆面垂直上到天花板、從地面直接平行跳躍到天花板等等姿態動作，他可以應對360°全方位的吸附面的角度轉換，能夠在小空間的區域作業並且擁有一定的姿態多樣性，能夠進行跨越障礙、翻牆、上牆、上天花板等複雜的動作；其安全性高，效率高、成本低，可應用於玻璃幕牆清洗、高牆和橋梁檢測、管道探測、反恐偵查、高危區域探查、牆面噴漆等多領域。

雖然，上文中已經用一般性說明及具體實施例對本發明作了詳盡的描述，但在本發明基礎上，可以對之作一些修改或改進，這對本領域技術人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發明精神的基礎上所做的這些修改或改進，均屬於本發明要求保護的範圍。