CN108556949A - 一种磁力多足爬壁机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁力多足爬壁机器人,采用机械腿越障和轮式运动结合，使机器人在运动中具有灵活的越障能力和环境适应性，能用于在各种材料制成的地面和墙面上的运动，实现测量及清洁功能。爬壁机器人具有组群性质的附加作业功能；当两台及以上的爬壁机器人工作时，使用各自控制的伺服电机，协作运行完成作业。爬壁机器人使用闭环控制模式，万向轮上的无刷电机分别与三个电机驱动板连接，电机驱动板分别与下位机连接，下位机与上位机连接，摄像头与上位机连接,摄像头对数据的读取返回给上位机，上位机对数据进行处理并进行判断，向下位机发出信号，使下位机控制相应的电机和舵机的运行。下底板上的万向轮可进行任意方位的直接移动。

Description

一种磁力多足爬壁机器人

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体的说，涉及一种可行爬壁的，具有多足磁力机器人。

背景技术

近年，大量大型船舶与钻井平台的出现使我国航海工业发展显著提高。发展的同时也伴随着航海工业对海面作业需求、成本、技术等越来越高的要求。船舶除锈、水下清刷作为航海工业中的重要保障业务，受船舶等海面作业设备,由于长时间接触海水的影响，随着使用时间的增长其外壁破损、锈蚀，累积到一定程度后就会严重影响设备的寿命与安全。目前该领域主要采用的有履带式爬壁机器人，该类型的机器人环境适应能力强，但存在重量大、履带容易打滑和难以越障的不足。

中国发明专利103332232B公开了一种“钢板爬壁机器人”该爬壁机器人包括下底板和安装在下底板上的行走装置，行走装置由通过链轮安装在下底板上的履带构成，所述履带所围成的范围内设有绕组和铁芯，绕组平行于履带行走面绕在铁芯中，所述铁芯安装在下底板上，所述履带由整体导电不导磁的的金属材料制备。但是履带车质量较大，且履带容易打滑，履带形式的机器人难以在环境中实现越障行为，造成其行动中效率较差。

发明内容

为了避免现有技术存在的不足，克服履带机器人容易打滑、行动效率差的问题，本发明提出一种磁力多足爬壁机器人；该爬壁机器人采用机械腿越障和轮式运动结合，使得机器人在行动中具有敏捷的运动速度和灵活的越障能力，具有良好的环境适应性，能用于在各种材料制成的地面和墙面上的运动，实现测量、清洁功能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括上底盖、下底板、六角单头铜柱、摄像头连接件、滑台、滑台连接架、机械腿、轮式机构和机体组件，上底盖与下底板为等边长圆弧的六边形结构，上底盖的每个角上分别有舵盘安装孔用于连接机械腿，下底板上相间隔的边上分别有安装孔用于连接轮式机构；上底盖的一边安装有滑台和摄像头连接件，上底盖与下底板通过多根六角单头铜柱固连；

所述机体组件包括电机驱动板、电池、电池连接板、伺服电机、上位机控制板和下位机控制板；上底盖中间部位固定有上位机控制板和下位机控制板，电池位于下底板中间部位，电池通过电池连接板与下底板固连,伺服电机位于电池的下方，伺服电机通过底板连接件与下底板连接，三个电机驱动板依伺服电机均布固定在下底板上，机械腿安装在上底盖与下底板的角的方位之间；

所述机械腿为结构相同的部件，机械腿包括左前腿、右前腿、左中腿、右中腿、左后腿、右后腿，每条机械腿由摆动舵机、第一舵机连接件、第二舵机连接件、俯仰舵机、第三舵机连接件、第四舵机连接件、膝部舵机、第五舵机连接件、橡胶轴承、L形连接件和电磁铁组成，三个舵机为单舵盘舵机；摆动舵机的舵盘与上底盖的角方位的圆弧同轴心，且与上底盖通过螺钉连接，第一舵机连接件与摆动舵机连接，第二舵机连接件与第一舵机连接件连接，俯仰舵机与第二舵机连接件连接，第三舵机连接件与俯仰舵机的舵盘连接，第四舵机连接件和第三舵机连接件连接，膝部舵机和第四舵机连接件连接，第五舵机连接件和膝部舵机的舵盘连接，L形连接件和第五舵机连接件通过橡胶轴承连接，电磁铁和L形连接件连接；

所述轮部机构位于下底板上,轮部机构由电机连接件、减速箱、无刷电机和万向轮组成，电机连接件安装在下底板上，无刷电机与电机连接件固连,无刷电机输出轴和减速箱一端连接,减速箱另一端与万向轮连接；所述万向轮为双排轮结构,沿下底板周向三个方位上的万向轮可进行任意方位的直接移动；

所述滑台和上底盖相连接，滑台连接件和滑台上的滑块相连接，摄像头连接件和上底盖相连接，摄像头和摄像头连接件相连接；

机器人使用闭环控制模式，无刷电机与电机驱动板连接分别固定在下底板上，三个电机驱动板分别与位机控制板连接，下位机控制板与上位机控制板连接，摄像头与上位机控制板连接，摄像头对数据的读取返回给上位机控制板，上位机控制板对数据进行处理并进行判断，向下位机控制板发出信号，使下位机控制板控制相应的电机和舵机的运行。

所述电磁铁采用钕铁硼磁铁材料。

爬壁机器人运行方式为机械腿运动和轮式运动结合或其中一种运行方式。

有益效果

本发明提出的一种磁力多足爬壁机器人；采用机械腿越障和轮式运动结合，使得机器人在运动中具有敏捷的运动速度和灵活的越障能力，具有良好的环境适应性，能用于在各种材料制成的地面和墙面上的运动，实现测量、清洁功能。磁力多足爬壁机器人，具有组群性质的附加的作业功能。当两台及以上的磁力多足爬壁机器人工作时，使用各自控制的伺服电机，协作运行完成作业。机器人使用闭环控制模式，万向轮上的无刷电机分别与三个电机驱动板连接，电机驱动板分别与下位机控制板连接，下位机控制板与上位机控制板连接，摄像头与上位机控制板连接,摄像头对数据的读取返回给上位机，上位机对数据进行处理并进行判断，向下位机发出信号，使下位机控制相应的电机和舵机的运行。万向轮为双排轮结构,沿下底板周向三个方位上的万向轮，可进行任意方位的直接移动。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种磁力多足爬壁机器人作进一步详细说明。

图1为本发明磁力多足爬壁机器人俯视图。

图2为本发明磁力多足爬壁机器人仰视图。

图3为本发明磁力多足爬壁机器人主视图。

图4为本发明磁力多足爬壁机器人的上底盖的下表面示意图。

图5为本发明磁力多足爬壁机器人示意图。

图中:

1.下底板 2.下位机控制板 3.上位机控制板 4.万向轮 5.减速箱 6.无刷电机7.电机连接件 8.摆动舵机 9.第一舵机连接件 10.第二舵机连接件 11.俯仰舵机 12.第三舵机连接件 13.第四舵机连接件 14.膝部舵机 15.第五舵机连接件 16.L形连接件 17.电磁铁 18.电机驱动板 19.电池 20.电池连接板 21.伺服电机 22.滑台连接架 23.滑台24.摄像头连接件 25.上底盖 26.六角单头铜柱

具体实施方式

本实施例是一种磁力多足爬壁机器人。

参阅图1～图5，本实施例磁力多足爬壁机器人，由上底盖25、下底板1、六角单头铜柱26、机械腿、轮式机构、摄像头连接件24、滑台23、滑台连接架22和机体组件组成；其中，上底盖25与下底板1为等边长圆弧的六边形结构，上底盖25的每个角上分别有舵盘安装孔用于连接机械腿，下底板1上相间隔的边上分别有安装孔用于连接轮式机构；上底盖25的一边安装有滑台23和摄像头连接件24，上底盖25与下底板1通过多根六角单头铜柱26固连。

机体组件包括电机驱动板18、电池19、电池连接板20、伺服电机21、上位机控制板3和下位机控制板2；上底盖25中间部位固定有上位机控制板3和下位机控制板2，电池19位于下底板1中间部位，电池通过电池连接板20与下底板固连,伺服电机21位于电池的下方，伺服电机通过底板连接件与下底板1连接，三个电机驱动板18依伺服电机21均布固定在下底板1上，通过螺钉螺母与下底板1连接，其距离下底板1中心为75mm。机械腿安装在上底盖25与下底板1的角的方位上。下底板1的基础形状为一个正六边形，最大直径为270mm，每条边将直线替换为一个半径为140mm的圆弧。

机械腿为结构相同的部件，机械腿包括左前腿、右前腿、左中腿、右中腿、左后腿、右后腿，每条机械腿由摆动舵机8、第一舵机连接件9、第二舵机连接件10、俯仰舵机11、第三舵机连接件12、第四舵机连接件13、膝部舵机14、第五舵机连接件15、橡胶轴承、L形连接件16和电磁铁17组成,三个舵机为单舵盘舵机；摆动舵机的舵盘与上底盖的角方位的圆弧同轴心，且与上底盖通过螺钉连接。第一舵机连接件与摆动舵机连接，第二舵机连接件与第一舵机连接件连接，俯仰舵机11与第二舵机连接件连接，第三舵机连接件与俯仰舵机11的舵盘连接，第四舵机连接件和第三舵机连接件连接，膝部舵机和第四舵机连接件连接，第五舵机连接件和膝部舵机的舵盘连接，L形连接件和第五舵机连接件通过橡胶轴承连接，电磁铁和L形连接件连接。

轮部机构位于下底板1上,轮部机构由电机连接件7、减速箱5、无刷电机6和万向轮4组成，电机连接件7安装在下底板上，无刷电机6与电机连接件7固连,无刷电机6输出轴和减速箱5一端连接,减速箱5另一端与万向轮4连接。万向轮4的直径为50mm，厚度为49mm，万向轮为双排轮结构,沿下底板1周向三个方位上的万向轮4可进行任意方位的直接移动。

所述滑台23和上底盖相连接，滑台连接件22和滑台上的滑块相连接，清洁刷和滑台连接件相连接。摄像头连接件和上底盖相连接，摄像头和摄像头连接件相连接。

本实施例中机器人使用闭环控制模式，无刷电机分别与三个电机驱动板连接在下底板1上，电机驱动板分别与位机控制板连接，下位机控制板与上位机控制板连接，摄像头与上位机控制板连接,摄像头对数据的读取返回给上位机控制板，上位机控制板对数据进行处理并进行判断，向下位机控制板发出信号，使下位机控制板控制相应的电机和舵机的运行。

机器人采用的移动电池存在电量小，主要使用外接电源供电，但机器人可以进行短时间的电源供电。电池19使用4s锂电池。在使用爬壁机器人时，机械腿的端部装有电磁铁17，电磁铁17使用0-12V的电压进行控制。由于电磁铁17的耗电较大，机器人大部分时间处于接入电源状态。使机器人可以在长时间运行工作。

爬壁机器人的运行方式为机械腿运动和轮式运动结合或取其中一种运动方式。

本实施例中，爬壁机器人调整各条机械腿的各舵机的转动角度进行的运动方式；将六条机械腿分为两个部分，取其任意的角方位设为头部，将上底盖的中心设为原点，靠近头部的三条机械腿为前端机械腿，则另外三条机械腿为后部机械腿。

爬行运动:设置任意一个角方位为头部，则机器人向头部所处的前进方向进行爬行。每条机械腿从下底板向外方向的三个舵机分别为摆动舵机8、俯仰舵机11、膝部舵机14。则爬行时，前端机械腿的左右两端的两条机械腿的摆动舵机8先向前旋转，前端中间的摆动舵机8固定不动，三条机械腿的俯仰舵机11、膝部舵机14根据爬行进行调整；后端三条机械腿的左右两端的两条机械腿的摆动舵机8向前，同时,前端机械腿的左右两端的两条机械腿的摆动舵机8向后旋转，前端和后端中间的摆动舵机8固定不动，其余的俯仰舵机11、膝部舵机14根据爬行进行调整，完成向一个方向的爬行。

旋转运动:其中一条机械腿固定不动，其余五条机械腿的摆动舵机8向同一方向旋转一定角度，俯仰舵机11、膝部舵机14根据旋转进行调整，则机器人整体向该方向旋转，运动目的为使摄像头对准目标物体。

Claims (3)

1.一种磁力多足爬壁机器人，其特征在于:包括上底盖、下底板、六角单头铜柱、摄像头连接件、滑台、滑台连接架、机械腿、轮式机构和机体组件，上底盖与下底板为等边长圆弧的六边形结构，上底盖的每个角上分别有舵盘安装孔用于连接机械腿，下底板上相间隔的边上分别有安装孔用于连接轮式机构；上底盖的一边安装有滑台和摄像头连接件，上底盖与下底板通过多根六角单头铜柱固连；

所述机体组件包括电机驱动板、电池、电池连接板、伺服电机、上位机控制板和下位机控制板；上底盖中间部位固定有上位机控制板和下位机控制板，电池位于下底板中间部位，电池通过电池连接板与下底板固连,伺服电机位于电池的下方，伺服电机通过底板连接件与下底板连接，三个电机驱动板依伺服电机均布固定在下底板上，机械腿安装在上底盖与下底板的角的方位之间；

所述机械腿为结构相同的部件，机械腿包括左前腿、右前腿、左中腿、右中腿、左后腿、右后腿，每条机械腿由摆动舵机、第一舵机连接件、第二舵机连接件、俯仰舵机、第三舵机连接件、第四舵机连接件、膝部舵机、第五舵机连接件、橡胶轴承、L形连接件和电磁铁组成，三个舵机为单舵盘舵机；摆动舵机的舵盘与上底盖的角方位的圆弧同轴心，且与上底盖通过螺钉连接，第一舵机连接件与摆动舵机连接，第二舵机连接件与第一舵机连接件连接，俯仰舵机与第二舵机连接件连接，第三舵机连接件与俯仰舵机的舵盘连接，第四舵机连接件和第三舵机连接件连接，膝部舵机和第四舵机连接件连接，第五舵机连接件和膝部舵机的舵盘连接，L形连接件和第五舵机连接件通过橡胶轴承连接，电磁铁和L形连接件连接；

所述轮部机构位于下底板上,轮部机构由电机连接件、减速箱、无刷电机和万向轮组成，电机连接件安装在下底板上，无刷电机与电机连接件固连,无刷电机输出轴和减速箱一端连接,减速箱另一端与万向轮连接；所述万向轮为双排轮结构,沿下底板周向三个方位上的万向轮可进行任意方位的直接移动；

所述滑台和上底盖相连接，滑台连接件和滑台上的滑块相连接，摄像头连接件和上底盖相连接，摄像头和摄像头连接件相连接；

机器人使用闭环控制模式，无刷电机与电机驱动板连接分别固定在下底板上，三个电机驱动板分别与位机控制板连接，下位机控制板与上位机控制板连接，摄像头与上位机控制板连接，摄像头对数据的读取返回给上位机控制板，上位机控制板对数据进行处理并进行判断，向下位机控制板发出信号，使下位机控制板控制相应的电机和舵机的运行。

2.根据权利要求1所述的磁力多足爬壁机器人，其特征在于:所述电磁铁采用钕铁硼磁铁材料。

3.根据权利要求1所述的磁力多足爬壁机器人，其特征在于:爬壁机器人运行方式为机械腿运动和轮式运动结合或其中一种运行方式。