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爬壁机器人制造技术

技术编号:20148760 阅读:27 留言:0更新日期:2019-01-19 00:03
本发明专利技术涉及一种爬壁机器人,包括机身、驱动机构、监测机构、控制系统、机身上的第一爬壁机构、机身前端的第二爬壁机构、机身后端的第三爬壁机构和机身下部的作业装置连接机构;驱动机构分别固定在机身的四个端部,第一爬壁机构包括支撑机构、自适应机构和吸附机构,第二爬壁机构和第三爬壁机构均包括转向机构、支撑机构、自适应机构、吸附机构和柔性连接机构,吸附机构通过自适应机构与支撑机构相连,第一爬壁机构的支撑机构的上部与机身固定,第二爬壁机构和第三爬壁机构的支撑机构与柔性连接机构的第一端连接,柔性连接机构的第二端与转向机构相连,转向机构与驱动机构相连。本发明专利技术适用范围广,可搭载不同作业装置在一定倾斜度的壁面上工作。

【技术实现步骤摘要】
爬壁机器人
本专利技术属于机器人
,涉及一种爬壁机器人。
技术介绍
随着经济水平的不断发展,越来越多高风险和繁重的工作被机器人所替代,如高楼建筑的幕墙的清洗;石化储罐、海洋平台和桥梁等设施的检查、质量检测、切割、焊接、打磨;船舶、飞机的除锈、喷涂以及蒙皮的检测和核设施的维护检修等,逐步由爬壁机器人取代人工来从事危险繁重作业,尤其是核废液储罐检查这种对人体伤害极大,极其危险的工作。但目前的爬壁机器人负载较小,控制复杂繁琐,对表面垂直凸起的障碍物越障比较困难,且只能在同一平面作业,一旦接触表面高低不平,或出现一定倾斜角度便工作效率大大下降,以至于不能正常工作。而且,现行的爬壁机器人作业工况单一,无法同时适应不同作业模式,效率较低。
技术实现思路
针对现有技术的不足,本专利技术提供一种爬壁机器人,适用范围广,可对一定倾斜角度工作表面有一定的自适应,对表面垂直凸起障碍物也有一定的跨越能力,同时允许两侧的障碍物不在同一高度,使得作业更加高效;并且采用蠕动式驱动,运行平稳,可根据不同环境搭载不同的作业工具完成包括检测、切割、打磨、喷涂、焊接、清洁等在内的多种作业模式。本专利技术是这样实现的:一种爬壁机器人,其包括机身、驱动机构、监测机构、控制系统、机身上的第一爬壁机构、机身前端的第二爬壁机构、机身后端的第三爬壁机构和机身下部的作业装置连接机构;所述机身为框架结构,所述驱动机构分别固定在所述机身的四个端部,所述驱动机构包括伸缩臂和驱动气缸,所述驱动气缸的缸体固定在所述机身的内部,所述驱动气缸的活塞杆与所述伸缩臂的第一端连接,所述伸缩臂的第二端分别与所述第二爬壁机构和第三爬壁机构相连;所述第一爬壁机构包括支撑机构、自适应机构和吸附机构,所述第二爬壁机构和第三爬壁机构均包括转向机构、支撑机构、自适应机构、吸附机构和柔性连接机构,所述吸附机构通过所述自适应机构与所述支撑机构相连,所述第一爬壁机构的支撑机构的上部与所述机身固定,所述第二爬壁机构和第三爬壁机构的支撑机构与所述柔性连接机构的第一端连接,所述柔性连接机构的第二端与所述转向机构相连,所述转向机构与所述伸缩臂的第二端相连;所述转向机构包括平面四杆机构、伺服电机、锥齿轮和直齿轮,所述平面四杆机构的两端分别与所述柔性连接装置的法兰盘连接,所述平面四杆机构包括机架和连架杆,所述机架为转向支撑,所述机架与连架杆通过转动关节相连,所述转向支撑内部设有所述伺服电机和旋转轴,所述伺服电机的输出轴固联有锥齿轮,所述旋转轴上有锥齿轮和直齿轮,所述旋转轴上的锥齿轮与伺服电机输出轴上的锥齿轮啮合,所述旋转轴上的直齿轮与布置在转动关节的直齿轮啮合,用于将伺服电机输出动力传送至转动关节上,完成转向;所述柔性连接机构包括两端的法兰盘以及法兰盘之间的铰链、铰链支撑板、支撑弹簧和弹簧刚度调节装置,所述铰链支撑板垂直于法兰盘固定,所述铰链与所述铰链支撑板连接,所述支撑弹簧垂直于所述铰链支撑板且对称分布在铰链支撑板的两侧,所述弹簧刚度调节装置设在所述支撑弹簧的内部;所述自适应机构包括铰链上支座、回位弹簧和铰链下支座,所述铰链上支座与所述铰链下支座铰接,所述回位弹簧位于所述铰链上支座和铰链下支座之间,所述铰链上支座与所述支撑机构相连,所述铰链下支座与所述吸附机构相连;所述作业装置连接机构包括同步铰链四杆机构、传动装置和升降气缸,所述升降气缸分别与所述机身和同步铰链四杆机构连接,所述传动装置对称分布在所述机身下部两侧且设置在所述同步铰链四杆机构的连杆上,包括传动带、带轮、伺服电机、减速器和作业装置连接模块,所述带轮分布在所述连杆的两端,所述连杆上设有导轨凹槽,所述作业装置连接模块嵌入所述导轨凹槽内,所述伺服电机和减速器固定在所述作业装置连接模块上,所述作业装置连接模块设有与作业装置连接的接口;所述监测机构固定在所述转向机构和所述同步铰链四杆机构上,所述控制系统分别与各机构相连。优选的,所述支撑机构包括气缸和力传感器,所述力传感器固定在所述气缸上,所述气缸分别与自适应机构的铰链上支座和柔性连接机构的法兰盘相连。优选的,所述支撑机构的气缸为双作用气缸,且设有缓冲行程和磁性开关。优选的,所述吸附机构包括吸附框架、海绵吸盘、真空发生器、止回阀和电磁阀,所述吸附框架的顶部与所述自适应机构的铰链下支座相连,所述电磁阀固定在所述吸附框架外部,所述真空发生器和止回阀设置在所述吸附框架的内侧,所述止回阀与所述吸附框架底部的海绵吸盘相连。优选的,所述作业装置连接机构通过铰链与所述机身相连。优选的,所述监测装置包括激光测距仪、红外摄像头和超声波传感器。优选的,所述第一爬壁机构的吸附机构与所述第二爬壁机构和第三爬壁机构的吸附机构垂直。与现有技术相比,本专利技术具有以下有益效果:(1)本专利技术提供的爬壁机器人结构简单,操作方便,适用范围广,自适应机构和柔性连接机构对工作表面有一定自动适应和调节能力,可完成在一定倾斜程度表面安全行走并稳定作业。(2)本专利技术的作业装置连接机构包括同步铰链四杆机构、传动装置、升降气缸和作业连接模块,其中升降气缸可以根据工况收起和下降同步铰链四杆机构以及与之相连的作业装置,或者遇到障碍物能够巧妙地避过,避免作业装置受到碰撞,从而使得作业装置能安全、稳定的作业;作业连接模块可以搭载不同的作业装置完成多种工作模式,可连续完成清洁、检测、切割、打磨、喷涂、焊接、除锈等多种作业模式,功能运动拓展性强。(3)本专利技术结构紧凑、设计合理,负载能力强,采用蠕动式驱动,始终在同一高度作业,运行平稳,而且设有监测机构,实时监测作业和位置信息,激光测距仪实时监测机器人周围障碍物距离,防止机器人发生碰撞。(4)本专利技术吸附机构的海绵吸盘自带真空发生器可以快速吸附和释放,灵敏性高,当海绵吸孔没有覆盖到壁面时,止回阀自动关闭,以保证系统真空度,并且海绵吸盘可允许在一定程度的高低不平表面作业,吸附力强。(5)本专利技术支撑机构由气缸和力传感器组成,两侧气缸可跨越突起障碍物或根据障碍物高度由力传感器控制下降到不同高度,并且气缸具有一定的缓冲行程,气缸有力度冗余可有效地防止气缸伸张过大。(6)本专利技术驱动分单缸和双缸驱动,单缸驱动为两个驱动气缸同时工作,带动第二爬壁机构和第三爬壁机构的支撑机构的伸张运动,双缸驱动为四个驱动气缸同时工作,带动作业装置前移,增大了负载能力,使得运行更加平稳。(7)本专利技术的转向机构包括平面四杆机构、伺服电机、锥齿轮和直齿轮;平面四杆机构可以保持同一支撑机构两侧的转向同步,伺服电机齿轮传动调节转向角度,控制精度高、调节灵活。转向机构包括两种效果,第一是垂直于进给方向的水平移动,第二是可以与进给方向产生一定角度的转动,可以根据不同的工作环境运用不同的转向方式,更加高效的完成作业。附图说明图1为本专利技术的爬壁机器人的结构示意图。图2为本专利技术的作业装置连接机构的结构示意图。图3为本专利技术的自适应机构的结构示意图。图4为本专利技术的柔性连接机构的结构示意图。具体实施方式以下将参考附图详细说明本专利技术的示例性实施例、特征和性能方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面,但是除非特别指出,不必按比例绘制附图。如图1所示,一种爬壁机器人,其包括机身1、驱动机构、监测机构、控制系统、机身上的第一爬壁机构、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种爬壁机器人,其特征在于:其包括机身、驱动机构、监测机构、控制系统、机身上的第一爬壁机构、机身前端的第二爬壁机构、机身后端的第三爬壁机构和机身下部的作业装置连接机构;所述机身为框架结构,所述驱动机构分别固定在所述机身的四个端部,所述驱动机构包括伸缩臂和驱动气缸,所述驱动气缸的缸体固定在所述机身的内部,所述驱动气缸的活塞杆与所述伸缩臂的第一端连接,所述伸缩臂的第二端分别与所述第二爬壁机构和第三爬壁机构相连;所述第一爬壁机构包括支撑机构、自适应机构和吸附机构,所述第二爬壁机构和第三爬壁机构均包括转向机构、支撑机构、自适应机构、吸附机构和柔性连接机构,所述吸附机构通过所述自适应机构与所述支撑机构相连,所述第一爬壁机构的支撑机构的上部与所述机身固定,所述第二爬壁机构和第三爬壁机构的支撑机构与所述柔性连接机构的第一端连接,所述柔性连接机构的第二端与所述转向机构相连,所述转向机构与所述伸缩臂的第二端相连;所述转向机构包括平面四杆机构、伺服电机、锥齿轮和直齿轮,所述平面四杆机构的两端分别与所述柔性连接装置的法兰盘连接,所述平面四杆机构包括机架和连架杆,所述机架为转向支撑,所述机架与连架杆通过转动关节相连,所述转向支撑内部设有所述伺服电机和旋转轴,所述伺服电机的输出轴固联有锥齿轮,所述旋转轴上有锥齿轮和直齿轮,所述旋转轴上的锥齿轮与伺服电机输出轴上的锥齿轮啮合,所述旋转轴上的直齿轮与布置在转动关节的直齿轮啮合,用于将伺服电机输出动力传送至转动关节上,完成转向;所述柔性连接机构包括两端的法兰盘以及法兰盘之间的铰链、铰链支撑板、支撑弹簧和弹簧刚度调节装置,所述铰链支撑板垂直于法兰盘固定,所述铰链与所述铰链支撑板连接,所述支撑弹簧垂直于所述铰链支撑板且对称分布在铰链支撑板的两侧,所述弹簧刚度调节装置设在所述支撑弹簧的内部;所述自适应机构包括铰链上支座、回位弹簧和铰链下支座,所述铰链上支座与所述铰链下支座铰接,所述回位弹簧位于所述铰链上支座和铰链下支座之间,所述铰链上支座与所述支撑机构相连,所述铰链下支座与所述吸附机构相连;所述作业装置连接机构包括同步铰链四杆机构、传动装置和升降气缸,所述升降气缸分别与所述机身和同步铰链四杆机构连接,所述传动装置对称分布在所述机身下部两侧且设置在所述同步铰链四杆机构的连杆上,包括传动带、带轮、伺服电机、减速器和作业装置连接模块,所述带轮分布在所述连杆的两端,所述连杆上设有导轨凹槽,所述作业装置连接模块嵌入所述导轨凹槽内,所述伺服电机和减速器固定在所述作业装置连接模块上,所述作业装置连接模块设有与作业装置连接的接口;所述监测机构固定在所述转向机构和所述同步铰链四杆机构上,所述控制系统分别与各机构相连。...

【技术特征摘要】
1.一种爬壁机器人,其特征在于:其包括机身、驱动机构、监测机构、控制系统、机身上的第一爬壁机构、机身前端的第二爬壁机构、机身后端的第三爬壁机构和机身下部的作业装置连接机构;所述机身为框架结构,所述驱动机构分别固定在所述机身的四个端部,所述驱动机构包括伸缩臂和驱动气缸,所述驱动气缸的缸体固定在所述机身的内部,所述驱动气缸的活塞杆与所述伸缩臂的第一端连接,所述伸缩臂的第二端分别与所述第二爬壁机构和第三爬壁机构相连;所述第一爬壁机构包括支撑机构、自适应机构和吸附机构,所述第二爬壁机构和第三爬壁机构均包括转向机构、支撑机构、自适应机构、吸附机构和柔性连接机构,所述吸附机构通过所述自适应机构与所述支撑机构相连,所述第一爬壁机构的支撑机构的上部与所述机身固定,所述第二爬壁机构和第三爬壁机构的支撑机构与所述柔性连接机构的第一端连接,所述柔性连接机构的第二端与所述转向机构相连,所述转向机构与所述伸缩臂的第二端相连;所述转向机构包括平面四杆机构、伺服电机、锥齿轮和直齿轮,所述平面四杆机构的两端分别与所述柔性连接装置的法兰盘连接,所述平面四杆机构包括机架和连架杆,所述机架为转向支撑,所述机架与连架杆通过转动关节相连,所述转向支撑内部设有所述伺服电机和旋转轴,所述伺服电机的输出轴固联有锥齿轮,所述旋转轴上有锥齿轮和直齿轮,所述旋转轴上的锥齿轮与伺服电机输出轴上的锥齿轮啮合,所述旋转轴上的直齿轮与布置在转动关节的直齿轮啮合,用于将伺服电机输出动力传送至转动关节上,完成转向;所述柔性连接机构包括两端的法兰盘以及法兰盘之间的铰链、铰链支撑板、支撑弹簧和弹簧刚度调节装置,所述铰链支撑板垂直于法兰盘固定,所述铰链与所述铰链支撑板连接,所述支撑弹簧垂直于所述铰链支撑板且对称分布在铰链支撑板的两侧,所述弹簧刚度调节装置设在所述支撑弹簧的内部;所述自适应机构包括铰链上支座、回位弹簧...

【专利技术属性】
技术研发人员:曾达幸荣令魁李林杰侯雨雷
申请(专利权)人:燕山大学
类型:发明
国别省市:河北,13

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