基于正负压双模式协同的智能仿生吸盘系统及吸附方法与流程

本发明涉及真空吸附，具体涉及一种基于正负压双模式协同的智能仿生吸盘系统及吸附方法。

背景技术：

1、在混凝土、砖砌体等粗糙多孔表面实现可靠吸附是爬壁机器人、高空作业平台等领域的技术难点。传统真空吸盘依赖单一外部真空泵持续抽气以建立并维持负压，存在两大弊端：其一，初始抽气路径长、流量要求高，导致响应速度慢，在实际情况中，通常超过100毫秒；其二，在多孔表面上，气体通过孔隙的持续泄漏迫使真空泵长期高负荷运行，导致能耗高、噪音大、可靠性差。

2、现有改进技术中，采用柱塞、隔膜等内部可动部件快速排出腔体空气以提升初始响应速度的方案已见报道；然而，该类方案通常仅解决建立负压的问题，未能系统性地解决“维持负压”的挑战，一旦内部可动部件到达行程终点，系统便失去了对持续泄漏的主动补偿能力，吸附力会随时间衰减，在长期驻留或承受动态负载的应用中存在脱落风险。

技术实现思路

1、为了解决现有吸附方式中，无法兼顾吸附响应和对不可预见的泄漏进行智能、主动补偿的技术问题，本发明的目的在于提供一种基于正负压双模式协同的智能仿生吸盘系统，所采用的技术方案具体如下：

2、所述系统包括：智能控制单元和与所述智能控制单元相连的吸盘单元、双模式气动控制单元；所述智能控制单元包括微处理器和监测所述吸盘单元运行的压力传感器，通过所述微处理器和所述压力传感器驱动所述双模式气动控制单元控制所述吸盘单元产生负压或维持状态；所述吸盘单元包括若干个矩阵排列的单吸盘，每一所述单吸盘包括壳体和与所述壳体搭配的柔性接触环，及在所述壳体内置的弹性隔膜，所述壳体与所述柔性接触环形成吸盘工作腔，经所述双模式气动控制单元驱动所述弹性隔膜在所述吸盘工作腔内进行膨胀或回缩；所述双模式气动控制单元包括并联的正压驱动支路和负压维持支路，所述正压驱动支路的出口与所述弹性隔膜相连，所述负压维持支路的出口与所述吸盘工作腔相连。

3、优选地，所述正压驱动支路驱动所述弹性隔膜膨胀挤占所述吸盘工作腔，并在撤压后回缩，于所述吸盘工作腔内产生负压，且控制泄压入所述负压维持支路。

4、优选地，所述正压驱动支路包括相连的正压源、第一电磁阀和泄压电磁阀；所述负压维持支路包括相连的负压源和第二电磁阀；且所述正压驱动支路和所述负压维持支路的气源与控制阀门相互独立。

5、优选地，所述正压源为微型气泵或高压气罐；所述负压源为微型真空泵或预抽气的真空罐。

6、为解决现有技术问题，本发明还提供：一种吸附方法，采用如前述任一项所述的基于正负压双模式协同的智能仿生吸盘系统进行吸附控制，所述方法包括：

7、初始化并启动智能仿生吸盘系统，控制吸盘单元依次进入快速吸附模式和稳定维持模式；

8、在快速吸附模式中，正压源保持满压，接触吸附面开始吸附流程，待完成吸附后切换至稳定维持模式；

9、在稳定维持模式中，微处理器通过压力传感器持续监测吸盘工作腔的实时负压，并采取对应维持措施，实现与吸附面的稳定吸附；

10、待吸附完成后，打开正压驱动支路，控制弹性隔膜膨胀，撤离吸盘单元。

11、优选地，在快速吸附模式中，正压源保持满压，接触吸附面开始吸附流程，待完成吸附后切换至稳定维持模式，包括：

12、微处理器控制第一电磁阀打开，正压源产生的气体进入弹性隔膜带动弹性隔膜膨胀，挤占吸盘工作腔；

13、关闭第一电磁阀，并打开泄压电磁阀，控制弹性隔膜回缩，在吸盘工作墙内产生负压，通过压力传感器判断负压是否达到预设压力目标值，若否，延长泄压电磁阀的打开时间，评估是否产生无效吸附，若是，进行泄压测试；若否，表示吸附成功；

14、待吸附成功后切换至稳定维持模式，关闭正压驱动支路和负压维持支路的第一电磁阀、泄压电磁阀和第二电磁阀。

15、优选地，评估是否产生无效吸附，若是，进行泄压测试，具体为：

16、若达到泄压电磁阀的最大打开时间时，负压仍未达到预设压力目标值，标记为无效吸附，重复进行泄压操作判断附带无效吸附标签的单吸盘是否有效，若仍然无效，关闭对应单吸盘的所有通路，重新判断负压是否达到预设压力目标值，若当前吸盘单元中超过预设数量的单吸盘均无效吸附时，发出无效吸附警告。

17、优选地，在稳定维持模式中，微处理器通过压力传感器持续监测吸盘工作腔的实时负压，并采取对应维持措施，实现与吸附面的稳定吸附，包括：

18、预设安全维持阈值，微处理器通过压力传感器持续监测吸盘工作腔的实时负压，并与安全维持阈值进行比对，判断是否产生泄漏；

19、若是，触发主动泄漏补偿，并在补偿过程中，监测实时负压，小于且等于安全维持阈值时，关闭第二电磁阀，停止抽气，完成补偿；

20、基于补偿后的数据进行记录并分析，量化对应单吸盘密封状态的泄漏率指数，用于进行健康诊断。

21、优选地，触发主动泄漏补偿，具体为：

22、微处理器发出脉冲指令，并打开第二电磁阀，启动负压维持支路，通过负压源对吸盘工作腔进行抽气。

23、优选地，基于补偿后的数据进行记录并分析，量化对应单吸盘密封状态的泄漏率指数，用于进行健康诊断，具体为：

24、记录对应补偿事件的持续时间，并统计单位时间内的补偿事件发生次数，综合持续时间和发生次数得到泄漏率指数，在稳定维持模式中，若泄漏率指数升高，触发预警或调整与吸附面的吸附点位。

25、本发明具有如下有益效果：

26、1、在整个基于正负压双模式协同的智能仿生吸盘系统中，通过智能控制单元、吸盘单元和双模式气动控制单元协同工作，以实现吸盘单元中的单吸盘与吸附面之间的智能吸附和自适应；其中，利用弹性隔膜的快速机械动作实现“瞬时建立”负压，响应时间可缩短至100毫秒以内，再配合独立的负压维持支路实现“持续维稳”，主动对抗泄漏，使系统在粗糙表面上的长期吸附可靠性提升一个数量级，能够实现响应速度和可靠性的统一；且基于双模式气动控制单元中双模式控制吸附，可以大幅降低能耗；再联立微处理器与压力传感器，以确保系统运行的安全性，降低意外脱落的风险。

27、2、本发明提供的一种吸附方法，与本发明提供的一种基于正负压双模式协同的智能仿生吸盘系统具有相同的有益效果，在此不做赘述。

1.基于正负压双模式协同的智能仿生吸盘系统，其特征在于，所述系统包括：智能控制单元和与所述智能控制单元相连的吸盘单元、双模式气动控制单元；

2.根据权利要求1所述的基于正负压双模式协同的智能仿生吸盘系统，其特征在于，所述正压驱动支路驱动所述弹性隔膜膨胀挤占所述吸盘工作腔，并在撤压后回缩，于所述吸盘工作腔内产生负压，且控制泄压入所述负压维持支路。

3.根据权利要求2所述的基于正负压双模式协同的智能仿生吸盘系统，其特征在于，所述正压驱动支路包括相连的正压源、第一电磁阀和泄压电磁阀；所述负压维持支路包括相连的负压源和第二电磁阀；且所述正压驱动支路和所述负压维持支路的气源与控制阀门相互独立。

4.根据权利要求3所述的基于正负压双模式协同的智能仿生吸盘系统，其特征在于，所述正压源为微型气泵或高压气罐；所述负压源为微型真空泵或预抽气的真空罐。

5.一种吸附方法，其特征在于，采用如权利要求1~4任一项所述的基于正负压双模式协同的智能仿生吸盘系统进行吸附控制，所述方法包括：

6.根据权利要求5所述的一种吸附方法，其特征在于，在快速吸附模式中，正压源保持满压，接触吸附面开始吸附流程，待完成吸附后切换至稳定维持模式，包括：

7.根据权利要求6所述的一种吸附方法，其特征在于，评估是否产生无效吸附，若是，进行泄压测试，具体为：

8.根据权利要求5所述的一种吸附方法，其特征在于，在稳定维持模式中，微处理器通过压力传感器持续监测吸盘工作腔的实时负压，并采取对应维持措施，实现与吸附面的稳定吸附，包括：

9.根据权利要求8所述的一种吸附方法，其特征在于，触发主动泄漏补偿，具体为：

10.根据权利要求8所述的一种吸附方法，其特征在于，基于补偿后的数据进行记录并分析，量化对应单吸盘密封状态的泄漏率指数，用于进行健康诊断，具体为：