一种具有变曲率自适应能力的爬壁机器人制造技术

一种具有变曲率自适应能力的爬壁机器人，包括机架以及设置在机架两侧的一对履带行走模块，所述履带行走模块通过连接关节与机架连接，使每个履带行走模块相对于机架有两个互为垂直的转动自由度。履带行走模块包括永磁吸附板，永磁吸附板与行走支撑轮绕摇摆轴的轴线方向有一转动自由度，所述爬壁机器人在变曲率导磁壁面上移动时，上述三个自由度使履带通过永磁吸附板与行走支撑轮贴紧导磁壁面，使得爬壁机器人的永磁吸附板可以根据所行走的导磁壁面状况自动调节其自身的姿态，保证了每个永磁吸附板和导磁壁面之间的工作气隙变化在允许范围内，保证了爬壁机器人在变曲率导磁面上的可靠行走，同时还具备行走的灵活性。

A wall climbing robot with adaptive ability of variable curvature

【技术实现步骤摘要】
一种具有变曲率自适应能力的爬壁机器人
本技术涉及机器人
，尤其是涉及一种具有变曲率自适应能力的爬壁机器人。
技术介绍
磁吸附爬壁机器人是一种用来在恶劣、危险、极限情况下，在导磁壁面上进行特定作业如检查、监测、焊接、打磨等的一种自动化机械装置。目前磁吸附爬壁机器人已在核工业、石化工业、建筑工业、消防部门、造船业等铁磁性结构的生产施工中得到了广泛的应用。在实际应用中，有些导磁壁面是空间曲面，其表面形貌凹凸不平，曲率半经较小，且曲率变化范围较大。对于在这类表面运行的磁吸附爬壁机器人，其吸附装置和导磁壁面之间的气隙会发生变化，磁吸附力的大小与气隙距离的平方成反比，微小的气隙距离变化会造成吸附力的较大的变化，将严重地影响爬壁机器人的负载能力。另外，由于导磁壁面的凹凸不平，也会对爬壁机器人的运动性能产生影响，如壁面的凹凸不平可能会使行走支撑轮悬空，导致驱动失效。因此，对于在复杂的变曲率导磁壁面上运行的爬壁机器人，在要求其具有强负载能力、良好的运动灵活性的同时，还要对变曲率导磁壁面具有较好的自适应能力。对于爬壁机器人来说，保证爬壁机器人在工作负载下，能稳定地在变曲率导磁壁面上吸附爬行，不会发生诸如下滑、坠落等吸附失效，是爬壁机器人的首要要求、也是最基本的要求。对于在复杂的变曲率导磁壁面上工作的爬壁机器人，其核心是要始终保证磁吸附力的恒定，这是前提，其次要保证行走支撑轮始终与导磁壁面接触。只有恒定的磁吸附力才能使爬壁履带行走模块与导磁壁面接触，只有履带通过行走支撑轮始终与导磁壁面接触并产生足够的压力，才能实现爬壁履带行走模块的行走。现有的技术的爬壁机器人不能兼顾二者。
技术实现思路
本技术的目的是为克服现有技术在负载能力、曲面自适应性方面上的不足之处，设计一种具有变曲率自适应能力的爬壁机器人，使其在具有强负载能力、良好的运动灵活性的同时，对变曲率导磁壁面具有较好的自适应性，从而解决现有技术中存在的问题。本技术提供了一种具有变曲率自适应能力的爬壁机器人，包括机架以及设置在机架两侧的一对履带行走模块，所述履带行走模块通过连接关节与机架连接，使每个履带行走模块相对于机架有两个互为垂直的转动自由度。所述履带行走模块包括主动轮、从动轮以及设置于主动轮、从动轮之间的一对摇摆支撑轮组件，通过履带连接传动；在摇摆支撑轮组件上设置有与主动轮、从动轮轴线平行的摇摆轴，在摇摆轴上连接有永磁吸附板，在永磁吸附板的两端安装有一对与摇摆轴平行的行走支撑轮；所述永磁吸附板与一对行走支撑轮绕摇摆轴的轴线方向有一转动自由度。所述爬壁机器人在变曲率导磁壁面上移动时，所述三个转动自由度使得履带通过永磁吸附板与行走支撑轮贴紧导磁壁面。优选的，所述机架包括主体梁，主体梁为轴状，轴两端法兰上对称连接有一对连接关节，所述连接关节包括互为垂直的第一转轴和第二转轴，第二转轴绕第一转轴转动，所述履带行走模块连接在第二转轴的法兰上，且绕第二转轴转动。优选的，在所述主体梁与连接关节之间安装有万向轮主板，万向轮主板为U型槽状，在槽两侧设有槽向长槽孔，在长槽孔上安装有万向轮。优选的，所述主体梁上安装有监测模块和电器盒本体，所述监测模块包括摄像头和摄像头支架，所述摄像头支架与电器盒本体通过电器盒套环上体与电器盒套环下体扣合紧固在主体梁上。优选的，所述履带行走模块包括平行设置的内侧履带板和外侧履带板，所述主动轮、从动轮与一对摇摆支撑轮组件连接在内侧履带板与外侧履带板之间，所述内侧履带板连接在第二转轴的法兰上。优选的，所述主动轮连接有电机模块，所述电机模块包括电机、直角减速器和减速器法兰，所述减速器法兰与内侧履带板连接，直角减速器的输出轴与主动轮连接。优选的，所述内侧履带板与外侧履带板之间连接有带轮加固板和把手，其中，所述带轮加固板一端固定连接在减速器法兰上，另一端固定连接在主动轮的轴承端盖上。优选的，所述永磁吸附板包括导磁板和永磁铁，所述导磁板的材质为纯铁或低碳钢，所述永磁铁为长方体永磁铁，且沿高度方向磁化，相邻两块永磁铁沿高度方向以磁极相反的耦合排列方式连接在导磁板上。优选的，所述主动轮、从动轮与行走支撑轮为同轴双轮结构，双轮在所在轴的两端，所述双轮为同步轮，所述履带为同步带，履带内侧的中间部位设有沉槽，所述永磁吸附板上的永磁铁贴近沉槽。优选的，所述主动轮、从动轮与行走支撑轮，在其双轮内侧均设置有压带轮内挡板，所述压带轮内挡板位于履带沉槽内侧的槽边部。本技术所述的爬壁机器人和现有技术相比，具有实质性特点和显著进步：（1）本技术的爬壁机器人采用对称式履带行走模块，各履带行走模块由自身电机独立驱动，运动灵活性高、工作环境适应性强，能自适应地在变曲率的导磁壁面上行走，且具有良好的负载能力；（2）每个履带行走模块相对于机架设计了两个互为垂直的转动自由度，履带行走模块内又设计了一个转动自由度，上述三个转动自由度，使得爬壁机器人的永磁吸附板可以根据所行走的导磁壁面状况自动调节其自身的姿态，保证了每个永磁吸附板和导磁壁面之间的工作气隙变化在允许范围内，使得磁吸附力恒定，保证爬壁机器人不会因磁吸附力骤然变小而下滑、坠落。同时，恒定的磁吸附力也为履带行走模块的行走提供了必要的摩擦力，避免了履带行走模块因摩擦力不足而造成的履带打滑，不能行走情况的发生；（3）本技术的爬壁机器人在复杂的变曲率导磁壁面(如水轮机叶片表面)上具有良好的自适应性能，且具有良好的负载能力和运动灵活性。附图说明图1为本技术的整体结构示意图；图2为机架的结构示意图；图3为连接关节的结构示意图；图4为本技术沿圆弧曲面轴向行走时的结构示意图；图5为本技术沿圆弧曲面周向行走时的结构示意图；图6为履带行走模块的结构示意图；图7为履带的结构示意图；图8为摇摆支撑轮组件的结构示意图；图9为电机模块的结构示意图；图10为永磁模块的结构示意图；图11为本技术沿曲面转向时的结构示意图；图12为监测模块的结构示意图。图中：10、机架；101、主体梁；102、连接关节；1021、第一轴基座；1022、第一转轴；1023、第二转轴；1024、第一轴自润滑翻边轴套；1025、第二轴自润滑轴套；1026、轴承轮毂；1027、圆锥滚子轴承；1028、平垫圈；1029、卡簧；103、万向轮主板；104、万向轮；20、监测模块；201、摄像头；202、摄像头支架；203、电器盒套环上体；204、电器盒套环下体；205、电器盒本体；2051、开关电源；2052、电源模块；2053、网传器；2054、陀螺仪；30、履带行走模块；302、主动轮；303、从动轮；40、摇摆支撑轮组件；401、摇摆轴；402、永磁吸附板；4021、导磁板；4022、永磁铁；403、行走支撑轮；404、压带轮内挡板；501、履带；502、内侧履带板；503、外侧履带板；504、把手；60、带轮加固板；70、电机模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有变曲率自适应能力的爬壁机器人，其特征是：包括机架（10）以及设置在机架（10）两侧的一对履带行走模块（30），所述履带行走模块（30）通过连接关节（102）与机架（10）连接，使每个履带行走模块（30）相对于机架（10）有两个互为垂直的转动自由度；/n所述履带行走模块（30）包括主动轮（302）、从动轮（303）以及设置于主动轮（302）、从动轮（303）之间的一对摇摆支撑轮组件（40），通过履带（501）连接传动；在摇摆支撑轮组件（40）上设置有与主动轮（302）、从动轮（303）轴线平行的摇摆轴（401），在摇摆轴（401）上连接有永磁吸附板（402），在永磁吸附板（402）的两端安装有一对与摇摆轴（401）平行的行走支撑轮（403）；所述永磁吸附板（402）与一对行走支撑轮（403）绕摇摆轴（401）的轴线方向有一转动自由度；/n所述爬壁机器人在变曲率导磁壁面上移动时，所述三个转动自由度使得履带（501）通过永磁吸附板（402）与行走支撑轮（403）贴紧导磁壁面。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有变曲率自适应能力的爬壁机器人，其特征是：包括机架（10）以及设置在机架（10）两侧的一对履带行走模块（30），所述履带行走模块（30）通过连接关节（102）与机架（10）连接，使每个履带行走模块（30）相对于机架（10）有两个互为垂直的转动自由度；
所述履带行走模块（30）包括主动轮（302）、从动轮（303）以及设置于主动轮（302）、从动轮（303）之间的一对摇摆支撑轮组件（40），通过履带（501）连接传动；在摇摆支撑轮组件（40）上设置有与主动轮（302）、从动轮（303）轴线平行的摇摆轴（401），在摇摆轴（401）上连接有永磁吸附板（402），在永磁吸附板（402）的两端安装有一对与摇摆轴（401）平行的行走支撑轮（403）；所述永磁吸附板（402）与一对行走支撑轮（403）绕摇摆轴（401）的轴线方向有一转动自由度；
所述爬壁机器人在变曲率导磁壁面上移动时，所述三个转动自由度使得履带（501）通过永磁吸附板（402）与行走支撑轮（403）贴紧导磁壁面。


2.如权利要求1所述的一种具有变曲率自适应能力的爬壁机器人，其特征是：所述机架（10）包括主体梁（101），主体梁（101）为轴状，轴两端法兰上对称连接有一对连接关节（102），所述连接关节（102）包括互为垂直的第一转轴（1022）和第二转轴（1023），第二转轴（1023）绕第一转轴（1022）转动，所述履带行走模块（30）连接在第二转轴（1023）的法兰上，且绕第二转轴（1023）转动。


3.如权利要求2所述的一种具有变曲率自适应能力的爬壁机器人，其特征是：在所述主体梁（101）与连接关节（102）之间安装有万向轮主板（103），万向轮主板（103）为U型槽状，在槽两侧设有槽向长槽孔，在长槽孔上安装有万向轮（104）。


4.如权利要求2所述的一种具有变曲率自适应能力的爬壁机器人，其特征是：所述主体梁（101）上安装有监测模块（20）和电器盒本体（205），所述监测模块（20）包括摄像头（201）和摄像头支架（202），所述摄像头支架（202）与电器盒本体（205）通过电器盒套环上体（203）与电器盒套环下体（204）扣合紧固在主体梁（101）...

【专利技术属性】
技术研发人员：张小俊，王洋，张庆华，王维鹏，
申请(专利权)人：洛阳圣瑞智能机器人有限公司，
类型：新型
国别省市：河南;41