CN105666472B - 履带爬壁四自由度并联机器人 - Google Patents
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Abstract
一种履带爬壁四自由度并联机器人，其包括履带车和四自由度并联机器人；所述履带车包括矩形底盘，四个套，两个永磁履带机构，套与底盘均布固连，永磁履带机构与底盘对称联接，带动底盘沿磁性壁爬行；并联机器人包括动台，四个结构相同的SPR型分支，两个连杆，四个磁盘。SPR型分支包括缸体和活塞杆，每个连杆分别穿过上述动台的平行通孔，其两端分别与两个分支的缸体上端转动副联接，活塞杆下端与磁盘球副联接，磁盘与套滑动配合。本发明吸附力强、运动灵活、结构与控制简单，动台携工具可修复大型装备和工件缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及机器人，特别涉及一种爬壁机器人。
背景技术
爬壁机器人是一种可以在垂直墙壁上攀爬完成超出人极限的自动化作业的机器人，近20年成为国内外机器人领域研究的热点和前沿。目前爬壁机器人已用于储油罐探伤检查、舰船喷漆、军事侦查、高楼消防、清洁和喷涂、核设备检查测厚等。
专利号为200710016408.8的中国专利公开了一种铁基罐体爬壁机器人；中国专利CN1739925公开了一种非接触磁吸附轮式爬壁机器人；公开号为CN1428226的中国专利公开了一种履带式多吸盘爬壁机器人的实现方法及所述方法的机器人；公开号为CN101181913的中国专利公开了一种串联式模块化爬壁机器人；公开号为CN101537619的中国专利公开了一种模块化可重构蠕虫式爬壁机器人；公开号为CN102343588A的中国专利公开了一种磁盘吸附式爬壁机器人；申请号为02158876的中国专利公开了一种五足爬壁机器人；公开号为CN101746429A的中国专利公开了一种六足仿生湿吸爬壁机器人。
虽然上述爬壁类机器人各具特色，但机器人携工具(铣刀，激光焊枪等)操作时自由度少，运动精度较低，操作力不强，不适用于极端条件下大型设备、装备及大工件缺陷现场修复和再制造。增加操作工具自由度，提高其运动精度和操作力一直是爬壁类机器人设计、研制和应用中面临的难题。
发明内容：
本发明提供一种履带爬壁四自由度并联机器人，在保证爬壁类机器人吸附稳定、吸附力强、结构简单、快速爬壁和转向等优势前提下，可以增加爬壁类机器人携工具的运动自由度，运动精度和操作力，用于极端条件下大型装备及大工件表面缺陷现场修复和再制造。
本发明包括履带车和四自由度并联机器人。所述履带车包括底盘，四个套，两个永磁履带机构；底盘呈矩形，四个套均布在底盘四个顶角处，套的外壁与底盘垂直固连，套内设有通孔，该通孔两端开口直径小于中部直径；永磁履带机构包括闭环履带，电机，驱动齿轮，导向齿轮；闭环履带包括若干个框架和永磁块；每个框架内设有空腔，空腔内装有永磁块，每个框架前后端分别设有凸台和凹槽，每两个相连的框架中的前框架凸台与后框架凹槽转动副联接，构成闭环履带；电机与底盘固连，电机轴与驱动齿轮同轴连接，驱动齿轮和导向齿轮设在底盘的两侧，与底盘平行并通过转动副与底盘联接，闭环履带套在驱动齿轮和导向齿轮外，闭环履带的每个框架靠驱动齿轮和导向齿轮的一侧均设有齿条，该齿条与驱动齿轮和导向齿轮相啮合；驱动齿轮与闭环履带的框架内侧齿条啮合传动，导向齿轮支撑闭环履带的框架内侧齿条，两个永磁履带机构与底盘对称联接，带动底盘沿磁性壁爬行。
所述四自由度并联机器人包括动台，四个结构相同的SPR型分支，两个连杆，四个磁盘，四个弹簧。所述动台为矩形板，靠近矩形板的两个短边设有两个平行通孔；所述两个连杆两端均设有两个相互平行，且垂直于连杆的通孔；所述SPR型分支包括电动缸体和活塞杆，活塞杆相对电动缸体直线伸缩运动；每个连杆分别穿过上述动台的平行通孔，每个连杆的两端分别与两个SPR型分支上的电动缸体上端转动副联接，活塞杆下端与磁盘上的球副联接，所述四个磁盘分别设在上述四个滑套的下端通孔内，并与套滑动配合；弹簧套在位于套通孔内的活塞杆上，该弹簧的两端抵在磁盘上面和套上端开口的内下表面；当所有活塞杆缩回时，磁盘脱离工件壁，电动缸缸体下端的凸台抵到套上端，磁盘被锁在套内，并联机器人随履带车爬行，活塞杆伸长时，磁盘吸附工件壁，并联机器人在工作范围内运动。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、履带车能驱动并联机器人同时快速爬壁与换向，吸附性稳定，吸附力强，控制简单；
2、并联机器人吸附性稳定，吸附力强，运动灵活，其动台携带机器人手或铣刀、激光枪、磨头等工具可以完成极端条件下对太空站、核/水电站、采矿/冶金/装卸设备、采/输/储油气设备、大型舰船/飞机等大型装备及大工件表面缺陷现场修复和再制造，探伤检查、除锈、喷漆及军事侦查等任务。
附图说明
图1是本发明的主视剖视示意简图。
图2是本发明的侧视示意简图。
图3是图1的A-A视图。
图4是本发明履带结构的示意简图。
图中：1-底盘、2-电机、3-驱动齿轮、4-导向齿轮、5-闭环履带、5-1-框架、5-2-永磁块、6-套、7-磁盘、8-SPR型分支、9-弹簧、10-动台、11-连杆、12-刀具。
具体实施方式
在图1-3的履带爬壁四自由度并联机器人示意图中，底盘1呈矩形，四个套6均布在底盘四个顶角处，套的外壁与底盘垂直固连，套内设有通孔，该通孔两端开口直径小于中部直径；永磁履带机构中的闭环履带5包括若干个框架和永磁块；每个框架5-1内设有空腔，空腔内装有永磁块5-2，每个框架前后端分别设有凸台和凹槽，每两个相连的框架中的前框架凸台与后框架凹槽转动副联接，构成闭环履带；电机2与底盘固连，电机轴与驱动齿轮3同轴连接，驱动齿轮和导向齿轮4设在底盘的两侧，与底盘平行并通过转动副与底盘联接，闭环履带套在驱动齿轮和导向齿轮外，闭环履带的每个框架靠驱动齿轮和导向齿轮的一侧均设有齿条，该齿条与驱动齿轮和导向齿轮相啮合；四自由度并联机器人中的动台10为矩形板，靠近矩形板的两个短边设有两个平行通孔，两个连杆11两端均设有两个相互平行，且垂直于连杆的通孔，四个结构相同的SPR型分支8包括电动缸体8-1和活塞杆8-2，每个连杆分别穿过上述动台的平行通孔，每个连杆的两端分别与两个SPR型分支上的电动缸体上端转动副联接，活塞杆下端与磁盘7上的球副联接，所述四个磁盘分别设在上述四个滑套的下端通孔内，并与套滑动配合；弹簧9套在位于套通孔内的活塞杆上，该弹簧的两端抵在磁盘上面和套上端开口的内下表面；刀具12连接在动台上。
Claims (1)
1.一种履带爬壁四自由度并联机器人，它包括履带车和四自由度并联机器人；所述履带车包括底盘、两个永磁履带机构；所述底盘呈矩形，永磁履带机构包括闭环履带，电机，驱动齿轮，导向齿轮；闭环履带包括若干个框架和永磁块；每个框架内设有空腔，空腔内装有永磁块，每个框架前后端分别设有凸台和凹槽，每两个相连的框架中的前框架凸台与后框架凹槽转动副联接，构成闭环履带；电机与底盘固连，电机轴与驱动齿轮同轴连接，驱动齿轮和导向齿轮设在底盘的两侧，与底盘平行并通过转动副与底盘联接，闭环履带套在驱动齿轮和导向齿轮外，闭环履带的每个框架靠驱动齿轮和导向齿轮的一侧均设有齿条，该齿条与驱动齿轮和导向齿轮相啮合，其特征在于：所述履带车带有均布在底盘四个顶角处的四个套，套的外壁与底盘垂直固连，套内设有通孔，该通孔两端开口直径小于中部直径；所述四自由度并联机器人包括动台，四个结构相同的SPR型分支，两个连杆，四个磁盘，四个弹簧；所述动台为矩形板，靠近矩形板的两个短边设有两个平行通孔；所述两个连杆两端均设有两个相互平行，且垂直于连杆的通孔；所述SPR型分支包括电动缸体和活塞杆，活塞杆相对电动缸体直线伸缩运动；每个连杆分别穿过上述动台的平行通孔，每个连杆的两端分别与两个SPR型分支上的电动缸体上端转动副联接，活塞杆下端与磁盘上的球副联接，所述四个磁盘分别设在上述四个滑套的下端通孔内，并与套滑动配合；弹簧套在位于套通孔内的活塞杆上，该弹簧的两端抵在磁盘上面和套上端开口的内下表面。
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