非吸附式多足升降机器人的研制+CAD图纸(3)
2.2.3.2互锁
擦窗机器人在工作时脚与脚之间必须互锁，即两只脚伸出撑住窗框后另两只脚才可以缩回，这样就避免了四只脚同时伸出缩回而有可能导致的坠落事故。
2.2.3.3四脚干涉
因为此擦窗机器人共有四对脚，所以必须考虑到四脚干涉问题。设计中要仔细计算确定脚与脚之间的间距，保证副体的脚向上爬动时不会干涉到主体的脚，且要计算在此保证下，副体脚的最大位移量，使机器人能够在短时间内向上爬动。
2.2.3.4各部分协调
设计中必须注意使机器人在得电时缩回脚失电的情况下伸出脚。机器人脚的伸出和缩回是用弹簧的伸缩来控制的；而弹簧的伸缩可以利用衔铁通电来解决，当衔铁得电吸住弹簧则脚缩回，当突然失电，衔铁无法吸住弹簧，则脚就自然伸出，这样机器人的安全性才能得到保障。
2.3 方案确定
当今用于爬升的机器人大多采用吸附式和攀爬式，爬升所需的动作——移动和支撑——都由机器人的腿脚/手臂来完成。为简化爬升机器人的机械结构，本项目研究如何将爬升所需的移动和支撑动作分解到机器人的两个机构来实现，同时减少对支撑面的高要求，避免像吸附式爬升机器人那样对支撑面须光滑整洁的要求。
2.3.1 腿部结构
决定采用擦窗机器人侧撑于窗框上的方案。因为几乎大部分擦窗机器人的研制是用真空吸附的，且要求参加机械类创新设计大赛，这样既符合了大赛以机械为主的这个大前提，又符合了创新设计的概念。为了能在不同尺寸的框架上使用，还考虑了将擦窗机器人的支撑脚设计成可拆卸式结构，且备有多套规格；腿部还可通过弹簧和螺母的组合来达到微调的效果。虽然弹簧只是个蓄能器，它有储存能量的功能，但不能慢慢地把能量释放出来，造成损耗而且不节能；但是考虑到要保证以上所提到的安全性，即机器人在得电时缩回脚，失电的情况下伸出脚，最终还是选用了弹簧。实际应用时先用螺母对机器人脚到窗框的大致距离进行调节再利用弹簧将余量补足，起到一个牢牢撑住窗框的作用。
腿部结构如图1所示，原本计划使用电磁铁来控制弹簧的伸缩，但在实际购买过程中不幸买回了劣质产品，导致电磁铁顶出时无法达到我们所要求的弹簧压缩量，继而我们选择的薄型气缸来代替电磁铁。气缸的优点在于相比电磁铁，它体积小、动作可靠，且驱动力可调。
上文所提到的安全性中的一点：在失电状态下八条腿能自动撑开，既得电时收腿；这样能够提高安全性能，保障了擦窗机器人在失电状态下具有自锁功能，避免高空坠物伤人的发生。机器人脚的伸出和缩回是用弹簧的伸缩来控制的，如图2所示；而弹簧的伸缩可以利用衔铁来解决，当衔铁得电活塞杆伸出顶住铝块压缩弹簧则脚缩回；当突然失电，衔铁缩回，则脚就自然伸出。
2.3.2 爬行原理
擦窗机器人由两个框架、八只脚及传动和支撑机构构成，如图3。齿条固定在小框上，驱动电机与齿轮安装在大框上，如图4；当大框通过四足支撑住窗框时，小框的支撑腿松开，电机正转后齿轮带动齿条使小框上升；随后小框的四足支撑住窗框，大框的支撑腿松开，电机反转，齿轮在静止的齿条上带动大框上升。同理，大、小框亦可交替下降。
运动中特别强调在擦窗机器人工作时脚与脚之间必须互锁，即四只脚伸出撑住窗框后另四只脚才可以缩回，这样就避免了八只脚同时伸出缩回而有可能导致的坠落事故。
图3 擦窗机器人整体结构2.3.3 其余细节设计
1、驱动电机加较大传动比的减速机构具有自锁功能，可防止擦窗机器人非控性下落。