【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及攀爬机器人，尤其是涉及一种双履带爬壁机器人的履带角度调节机构和方法。
技术介绍
1、爬壁机器人是可以在壁面上攀爬并完成作业的自动化机器人，又称为壁面移动机器人，爬壁机器人具备吸附和移动两个基本功能，通过吸附方式使得机器人吸附于壁面上，保证其在壁面上稳定运行。现有的爬壁机器人可用于管道探伤检查或打磨焊接、建筑物的清洁和喷涂、核工业产品的检查测厚以及消防和造船等行业，应用广泛，可代替人工进行一些高危或恶劣环境的作业，提高作业安全性。
2、现有的大负载爬壁机器人可以在平面上进行原地转向等复杂动作，但是对于圆柱管道内壁面却无法保证良好的移动适应性，无法满足使用需求。
3、如中国专利cn211893445u公开了一种爬壁机器人，包括车体、履带组件、角度调节组件、驱动组件以及锁定组件，车体两侧均转动连接有履带组件，角度调节组件包括转轴以及两根支撑杆，两根支撑杆与转轴转动连接，每根支撑杆的一端与对应的履带组件转动连接，驱动组件设置于车体上，每根支撑杆的另一端与驱动组件的输出端相连接，驱动组件被配置为使两根支撑杆呈预设角度。
4、但是上述爬壁机器人机构采用滑道加连杆机构，结构比较松散，滑道间隙大稳定性差、加工难度大、滑道材料要求高、精度差、承载能力差，，机器人在运动过程中稳定性较差，另一方面，利用杠杆原理对履带角度进行调节，两侧共用一个支点，对支点的承载能力与要求较高。
5、由于管道内存在焊缝、伸缩节和粘附在管壁的焊渣等障碍物，想实现机器人在管道中的灵活运动，就要保证机器人在任何位姿
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在为了使履带可转动导致机器人运行稳定性较差，角度调节结构强度要求较高的缺陷而提供一种双履带爬壁机器人的履带角度调节机构和方法。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、本方案提供了一种双履带爬壁机器人的履带角度调节机构，包括固定架、驱动组件、转动连接组件和履带组件，所述驱动组件固定在固定架上，所述转动连接组件可转动固定在固定架上，所述驱动组件用于带动转动连接组件转动，所述履带组件连接转动连接组件，所述转动连接组件的转动中心轴与履带组件运动方向平行设置，所述转动连接组件用于带动履带组件转动，所述履带组件包括履带和吸附组件，所述吸附组件对称设置在履带的两侧，所述吸附组件的下平面与履带的下平面相互平行。
4、进一步地，所述固定架的两侧设有通孔，所述转动连接组件位于通孔，所述转动连接组件可转动固定在通孔内。
5、进一步地，所述转动连接组件内设有固定孔，所述固定孔的中心轴与转动连接组件的转动中心轴相互垂直，所述履带组件固定在固定孔内。
6、进一步地，所述履带组件还包括履带转轴，所述履带转轴的一端固定在固定孔内，另一端可转动连接履带，所述履带转轴用于带动履带转动以及调整吸附组件的俯仰角。
7、进一步地，所述转动连接组件和履带转轴的对应位置设有螺纹孔，所述螺纹孔的数量为多个，所述转动连接组件和履带转轴通过螺栓连接。
8、进一步地，所述履带转轴为空心轴。
9、进一步地，所述驱动组件包括驱动电机、螺杆、螺母和传动结构，所述驱动电机竖直固定在固定架上，所述驱动电机驱动连接螺杆，所述螺母可转动连接螺杆，所述传动结构的一端连接螺母，另一端连接转动连接组件。
10、进一步地，所述传动结构包括依次连接的第一连杆、第二连杆和第三连杆，所述第一连杆的一端固定在螺母上，另一端可转动连接第二连杆，所述第三连杆的一端可转动连接第二连杆，另一端固定在转动连接组件上。
11、本方案还提供了一种双履带爬壁机器人的履带角度调节机构的角度调节方法，包括以下步骤：
12、获取机器人的转动中心关节、履带侧倾关节、履带俯仰关节和履带下平面的中心点，将机器人抽象为四自由度机械臂，建立机械臂模型；
13、获取旋转中心关节的高度和旋转角度、履带侧倾关节的侧倾角度、履带俯仰关节的俯仰角度和管道半径，以及转动中心关节和履带侧倾关节之间的距离，所述履带侧倾关节和履带俯仰关节之间的距离，所述履带俯仰关节与履带下平面的垂直距离，根据获取的角度和长度信息，得到机械臂d-h表；
14、以管道中心轴位x轴、旋转中心关节的旋转轴为z轴建立空间坐标系，获取各个关节的变换矩阵，得到履带俯仰关节、履带下平面的中心点以及履带下平面与管道圆柱面的相切点在空间坐标系下的坐标方程；
15、联立获得到的坐标方程，在约束条件下，通过数值计算求解或数值拟合的方式，获取履带侧倾关节的侧倾角度与转动中心关节的旋转角度和管道半径的关系，基于得到的关系控制驱动电机旋转，调节履带侧倾角。
16、进一步地，所述履带下平面与管道圆柱面的相切点在空间坐标系下的坐标为：
17、0e＝t1×t2×t3×ce
18、式中：0e为相切点在空间坐标系下的坐标，t1为转动中心关节的变换矩阵，t2为履带侧倾关节的变换矩阵，t3为履带俯仰关节的变换矩阵，ce为相切点在履带俯仰关节坐标系中的坐标。
19、与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
20、(1)本方案通过驱动组件带动转动连接组件进行转动，转动连接组件的转动方向与履带组件的转动方向相互垂直，进而带动履带组件整体进行转动，对履带组件的工作面进行角度调节，使其与圆柱管道的直径相配合，从而进行圆柱管道的攀爬。对履带组件角度的适应性调节，使机器人具有良好的移动适应性，可以完成原地转向等复杂动作，适用范围更广，且通过转动连接组件带动履带组件进行转动，调节履带角度，相比履带直接与固定架的可转动连接，通过转动连接组件使整体结构稳定性更强，对履带组件的角度调节一致性更强。
21、(2)本方案中驱动电机带动螺杆转动，进而带动螺母进行竖向直线运动，进而带动传动机构向上移动，拉动转动连接组件进行转动，实现履带角度的调节；通过丝杆将电机的旋转运动转化为螺母的直线运动，摩擦阻力小、灵敏度高和启动无颤抖，滚珠丝杠传动效率高且同步性高。
22、(3)本方案中通过将机器人抽象为四自由度机械臂，建立机械臂模型、获得机械臂d-h表和解算机械臂逆运动学，得到机器人履带侧倾关节的侧倾角度的控制规律，保证吸附组件与管道避免的最小距离时刻为最优，提高机器人角度调节的安全性和稳定性。
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1.一种双履带爬壁机器人的履带角度调节机构，其特征在于，包括固定架(1)、驱动组件(2)、转动连接组件(3)和履带组件(4)，所述驱动组件(2)固定在固定架(1)上，所述转动连接组件(3)可转动固定在固定架(1)上，所述驱动组件(2)用于带动转动连接组件(3)转动，所述履带组件(4)连接转动连接组件(3)，所述转动连接组件(3)的转动中心轴与履带组件(4)运动方向平行设置，所述转动连接组件(3)用于带动履带组件(4)转动，所述履带组件(4)包括履带(41)和吸附组件(43)，所述吸附组件(43)对称设置在履带(41)的两侧，所述吸附组件(43)的下平面与履带(41)的下平面相互平行。
2.根据权利要求1所述的一种双履带爬壁机器人的履带角度调节机构，其特征在于，所述固定架(1)的两侧设有通孔(11)，所述转动连接组件(3)位于通孔(11)，所述转动连接组件(3)可转动固定在通孔(11)内。
3.根据权利要求2所述的一种双履带爬壁机器人的履带角度调节机构，其特征在于，所述转动连接组件(3)内设有固定孔(31)，所述固定孔(31)的中心轴与转动连接组件(3)的转
4.根据权利要求3所述的一种双履带爬壁机器人的履带角度调节机构，其特征在于，所述履带组件(4)还包括履带转轴(42)，所述履带转轴(42)的一端固定在固定孔(31)内，另一端可转动连接履带，所述履带转轴(42)用于带动履带(42)转动以及调整吸附组件(43)的俯仰角。
5.根据权利要求4所述的一种双履带爬壁机器人的履带角度调节机构，其特征在于，所述转动连接组件(3)和履带转轴(42)的对应位置设有螺纹孔，所述螺纹孔的数量为多个，所述转动连接组件(3)和履带转轴(42)通过螺栓连接。
6.根据权利要求3所述的一种双履带爬壁机器人的履带角度调节机构，其特征在于，所述履带转轴(42)为空心轴。
7.根据权利要求1所述的一种双履带爬壁机器人的履带角度调节机构，其特征在于，所述驱动组件(2)包括驱动电机(21)、螺杆(22)、螺母(23)和传动结构(24)，所述驱动电机(21)竖直固定在固定架(1)上，所述驱动电机(21)驱动连接螺杆(22)，所述螺母(23)可转动连接螺杆(22)，所述传动结构(24)的一端连接螺母(23)，另一端连接转动连接组件(3)。
8.根据权利要求7所述的一种双履带爬壁机器人的履带角度调节机构，其特征在于，所述传动结构(24)包括依次连接的第一连杆(25)、第二连杆(26)和第三连杆(27)，所述第一连杆(25)的一端固定在螺母(23)上，另一端可转动连接第二连杆(26)，所述第三连杆(27)的一端可转动连接第二连杆(26)，另一端固定在转动连接组件(3)上。
9.一种基于权利要求1-8任一所述的一种双履带爬壁机器人的履带角度调节机构的角度调节方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述履带下平面与管道圆柱面的相切点在空间坐标系下的坐标为：
...【技术特征摘要】
1.一种双履带爬壁机器人的履带角度调节机构，其特征在于，包括固定架(1)、驱动组件(2)、转动连接组件(3)和履带组件(4)，所述驱动组件(2)固定在固定架(1)上，所述转动连接组件(3)可转动固定在固定架(1)上，所述驱动组件(2)用于带动转动连接组件(3)转动，所述履带组件(4)连接转动连接组件(3)，所述转动连接组件(3)的转动中心轴与履带组件(4)运动方向平行设置，所述转动连接组件(3)用于带动履带组件(4)转动，所述履带组件(4)包括履带(41)和吸附组件(43)，所述吸附组件(43)对称设置在履带(41)的两侧，所述吸附组件(43)的下平面与履带(41)的下平面相互平行。
2.根据权利要求1所述的一种双履带爬壁机器人的履带角度调节机构，其特征在于，所述固定架(1)的两侧设有通孔(11)，所述转动连接组件(3)位于通孔(11)，所述转动连接组件(3)可转动固定在通孔(11)内。
3.根据权利要求2所述的一种双履带爬壁机器人的履带角度调节机构，其特征在于，所述转动连接组件(3)内设有固定孔(31)，所述固定孔(31)的中心轴与转动连接组件(3)的转动中心轴相互垂直，所述履带组件(4)固定在固定孔(31)内。
4.根据权利要求3所述的一种双履带爬壁机器人的履带角度调节机构，其特征在于，所述履带组件(4)还包括履带转轴(42)，所述履带转轴(42)的一端固定在固定孔(31)内，另一端可转动连接履带，所述履带转轴(42)用于带动履带(42)转动以及调整吸附组件(43)的俯...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱俊杰，赵言正，胡军，刘连伟，李俊，白云龙，
申请(专利权)人：中国长江电力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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