CN110116766B - 一种具有壁面过渡能力的履带式磁吸附爬壁机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有壁面过渡能力的履带式磁吸附爬壁机器人，包括底盘、可变形的车身以及电气设备。底盘采用橡胶履带，在履带内部包裹有永磁铁。车身和电气设备安装于底盘的上方，车身包括模块化的四连杆结构，其以前桥为旋转中心，并通过驱动轮、辅助轮及张紧轮实现车身的变形。相比于现有技术，本发明的行驶系采用驱动轮带动磁性履带，并与从动轮、辅助轮、张紧轮配合完成。整体采用对称布局，使用差速驱动方式，操作方便灵活。此外，通过定制磁性履带，将永磁铁包裹在履带橡胶材质的内部，采用非接触式的吸附方式，可有效地保护永磁铁和壁面，避免永磁铁与壁面直接高强度的刚性接触对壁面造成磨损，整体简洁美观。

Description

一种具有壁面过渡能力的履带式磁吸附爬壁机器人

技术领域

本发明涉及机械制造技术和爬壁机器人设计技术，尤其涉及一种具有壁面过渡能力的履带式磁吸附爬壁机器人。

背景技术

在现有技术中，爬壁机器人广泛地应用在壁面清洗、探伤、维护和反恐侦察等领域，利用爬壁机器人可把人工操作从高空等危险壁面作业环境中解放出来，同时还可以大幅度地提高社会生产效率，具有很高的研究价值。然而，传统的绝大多数爬壁机器人尚不具备壁面过渡能力，其制约了机器人进一步的开发和利用。这是因为，在实际使用过程中，爬壁机器人的作业环境往往存在着曲面、直角壁面甚至凹凸壁面等常见的非单一操作壁面，这就需要爬壁机器人的设计必须具有从一个壁面到另外一个壁面的自适应过渡能力。

发明内容

针对现有技术的爬壁机器人应用于非单一操作壁面时所存在的上述缺陷，本发明提供一种具有壁面过渡能力的履带式磁吸附爬壁机器人。

依据本发明的一个方面，提供一种具有壁面过渡能力的履带式磁吸附爬壁机器人，包括底盘、可变形的车身以及电气设备，

其中所述底盘采用橡胶履带，在所述橡胶履带内部包裹有永磁铁，所述车身和所述电气设备安装于所述底盘的上方，所述车身包括模块化的四连杆结构，其以前桥为旋转中心，并通过驱动轮、辅助轮以及张紧轮实现所述车身的变形，所述电气设备包括车载无线摄像头，用于实时监控所述履带式磁吸附机器人的工作位置和实时画面，当所述机器人遇到凹凸壁面或直角壁面时，所述履带式磁吸附爬壁机器人藉由所述四连杆结构来实现壁面过渡与障碍翻越。

在其中的一实施例，所述车身为对称结构，包括由四根横梁和四根纵梁组成的车架，横梁与相应位置的纵梁之间以抱夹连接，纵梁上设置双脚支座，并使用卡簧确定位置。

在其中的一实施例，所述电气设备安装于控制箱的内部，且控制箱设置在铝型材的上方，电机座以辅梁连接且与铝型材相连从而确定电机座的间距，伺服电机固定在电机座上，铝型材中间设置驱动器壳，并在驱动器壳外侧安装有风扇进行散热。

在其中的一实施例，所述底盘包括传动系。该传动系由伺服电机提供动力，电机输出轴连接第一同步带轮，经由第一同步带连接中转轮，再由第二同步带与减速器的输入端轴上的第二同步带轮相连，减速器由抱箍固定在所述车身上，穿过中空的驱动轮，其输出轴经由法兰轴与驱动轮连接，法兰轴设置在轴承座里并通过挡片以螺丝连接输出轴上的螺孔从而对减速器进行定位，轴承座上销接第一连杆，与双脚支座上连接的第二连杆和张紧轮支架一起设置在第一销轴上，在前桥板上设置拉簧支柱，用第一拉簧连接第一销轴和拉簧支柱，在第二连杆上设置拉簧支柱，用第二拉簧将其与张紧轮支架相连，从而拉动张紧轮对磁性履带进行张紧，从动轮直接连接轮轴并固定于轴承座。

在其中的一实施例，所述底盘包括行驶系。该行驶系由驱动轮带动磁性履带，并与从动轮、辅助轮、张紧轮配合完成，整体为对称布局，驱动轮与从动轮均配置辅助轮组，该辅助轮组分别由四个轮子两两对称放置，以轮架间隔且通过第二销轴连接，辅助轮采用铁质材料，与磁性履带相吸并在其上滚动。

在其中的一实施例，永磁铁设置于驱动轮的轮组以及从动轮的轮组的内侧，车身的两侧还设置护板，以便增强爬壁机器人的抗倾覆能力并保护车轮。

采用本发明的履带式磁吸附爬壁机器人，其包括底盘、可变形的车身及电气设备，车身和电气设备安装于底盘的上方。底盘采用橡胶履带，在橡胶履带的内部包裹有永磁铁。车身包括模块化的四连杆结构，其以前桥为旋转中心，并通过驱动轮、辅助轮以及张紧轮实现车身的变形。当机器人遇到凹凸壁面或直角壁面时，履带式磁吸附爬壁机器人藉由四连杆结构来实现壁面过渡与障碍翻越。相比于现有技术，本发明的爬壁机器人至少包括如下几项优势：

1)行驶系采用驱动轮带动磁性履带，并与从动轮、辅助轮、张紧轮配合完成。整体采用对称布局，使用差速驱动方式，操作方便灵活；

2)通过定制磁性履带，将永磁铁包裹在履带橡胶材质的内部，采用非接触式的吸附方式，可有效地保护永磁铁和壁面，避免永磁铁与壁面直接高强度的刚性接触对壁面造成磨损，整体简洁美观；

3)模块化设计轮组，采用四连杆结构，车体可自适应变形，翻越大拐角等复杂壁面，使该机器人的越障能力大大提高。

附图说明

读者在参照附图阅读了本发明的具体实施方式以后，将会更清楚地了解本发明的各个方面。其中，

图1示出依据本申请的一个方面，具有壁面过渡能力的履带式磁吸附爬壁机器人的外部轮廓示意图；

图2示出图1的履带式磁吸附爬壁机器人的车身结构示意图；

图3示出图1的履带式磁吸附爬壁机器人的主动轮组俯视图；

图4示出图1的履带式磁吸附爬壁机器人的主动轮组侧视图；

图5示出图1的履带式磁吸附爬壁机器人的从动轮组的结构示意图；以及

图6示出图1的履带式磁吸附爬壁机器人的底盘结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请所揭示的技术内容更加详尽与完备，可参照附图以及本发明的下述各种具体实施例，附图中相同的标记代表相同或相似的组件。然而，本领域的普通技术人员应当理解，下文中所提供的实施例并非用来限制本发明所涵盖的范围。此外，附图仅仅用于示意性地加以说明，并未依照其原尺寸进行绘制。

下面参照附图，对本发明各个方面的具体实施方式作进一步的详细描述。

图1示出依据本申请的一个方面，具有壁面过渡能力的履带式磁吸附爬壁机器人的外部轮廓示意图。图2至图6分别示出图1的履带式磁吸附爬壁机器人的车身、主动轮组、从动轮组及底盘各自的结构示意图。

在展开描述本申请的技术方案前，依次列出各部件及其附图数字标记之间的对应关系。1-控制箱；2-铝型材；3-电机座；4-横梁；5-伺服电机；6-纵梁；7-双脚支座；8-第一抱夹；9-第二抱夹；10-驱动器壳；11-风扇；12-张紧轮；13-张紧轮支架；14-第一销轴；15-第一连杆；16-第二连杆；17-第一拉簧；18-第二拉簧；19-轴承座；20-驱动轮；21-抱箍；22-减速器；23-永磁铁；24-第二同步带；25-第二同步带轮；26-输入端轴；27-中转轮；28-第一同步带；29-第一同步带轮；30-挡片；31-前桥；32-前桥板；33-辅助轮；34-轮架；35-第二销轴；36-从动轮；37-轮轴；38-磁性履带。

参照图1至图6，在该实施方式中，具有壁面过渡能力的履带式磁吸附爬壁机器人包括底盘、可变形的车身及电气设备。车身和电气设备安装于底盘的上方。

详细而言，底盘采用橡胶履带，在橡胶履带内部包裹有永磁铁23，车身包括模块化的四连杆结构，其以前桥31为旋转中心，并通过驱动轮20、辅助轮33及张紧轮12实现车身的变形。当机器人遇到凹凸壁面或直角壁面时，履带式磁吸附爬壁机器人藉由四连杆结构实现壁面过渡与障碍翻越。电气设备包括车载无线摄像头，实时监控履带式磁吸附机器人的工作位置和实时画面，其采用航位推算法，结合车载无线摄像头，从而能够自由地控制机器人的运行。

履带式磁吸附爬壁机器人的车身为对称结构，其包括由四根横梁4和四根纵梁6组成的车架，如图2所示。横梁4与相应位置的纵梁6之间以抱夹连接。例如，纵梁6通过第一抱夹8连接至横梁4。横梁4通过第二抱夹9连接至纵梁6。纵梁6上设置有双脚支座7，并使用卡簧确定位置。

履带式磁吸附爬壁机器人的电气设备安装于控制箱1的内部，且控制箱1设置在铝型材2的上方。电机座3以辅梁连接且与铝型材2相连从而确定电机座3的间距。伺服电机5固定在电机座3上，铝型材2中间设置驱动器壳10，并在驱动器壳10外侧安装有风扇11进行散热，具体的结构及位置关系如图2所示。

参照图3和图4，履带式磁吸附爬壁机器人的底盘包括传动系和行驶系。传动系旨在将电机提供的动力传动至轮组，它是由伺服电机5提供动力，电机输出轴连接第一同步带轮29，经由第一同步带28连接中转轮27，再由第二同步带24与减速器22的输入端轴26上的第二同步带轮25相连。减速器22由抱箍21固定在车身上，穿过中空的驱动轮20，其输出轴经由法兰轴与驱动轮20连接，法兰轴设置在轴承座19里并通过挡片30以螺丝连接输出轴上的螺孔从而对减速器22进行定位。轴承座19上销接第一连杆15，与双脚支座7上连接的第二连杆16和张紧轮支架13一起设置在第一销轴14上，在前桥板32上设置拉簧支柱，用第一拉簧17连接第一销轴14和拉簧支柱，在第二连杆16上设置拉簧支柱，用第二拉簧18将其与张紧轮支架13相连，从而拉动张紧轮12对磁性履带38进行张紧。从动轮36直接连接轮轴37并固定于轴承座19。

底盘的行驶系由驱动轮20带动磁性履带38，并与从动轮36、辅助轮33、张紧轮12配合完成。当履带式磁吸附爬壁机器人在壁面处于稳定状态后，启动电气设备的控制***，让机器人进行自检作业。在自检通过后，两个主电机同向驱动车体前进或后退，或差速驱动车体转向。当机器人运动停止时，主电机使能将机器人锁死。行驶系的整体为对称布局，驱动轮20与从动轮36均配置辅助轮组。如图5所示，该辅助轮组分别由四个轮子两两对称放置，以轮架34间隔且通过第二销轴35连接，辅助轮33采用铁质材料，与磁性履带38相吸并在其上滚动。

在一具体实施例，永磁铁23设置于驱动轮20的轮组以及从动轮36的轮组内侧，车身的两侧还可设置护板，以增强爬壁机器人的抗倾覆能力并保护车轮。

采用本发明的履带式磁吸附爬壁机器人，其包括底盘、可变形的车身及电气设备，车身和电气设备安装于底盘的上方。底盘采用橡胶履带，在橡胶履带的内部包裹有永磁铁。车身包括模块化的四连杆结构，其以前桥为旋转中心，并通过驱动轮、辅助轮以及张紧轮实现车身的变形。当机器人遇到凹凸壁面或直角壁面时，履带式磁吸附爬壁机器人藉由四连杆结构来实现壁面过渡与障碍翻越。相比于现有技术，本发明的爬壁机器人至少具有以下优势：行驶系采用驱动轮带动磁性履带，并与从动轮、辅助轮、张紧轮配合完成。整体采用对称布局，使用差速驱动方式，操作方便灵活；通过定制磁性履带，将永磁铁包裹在履带橡胶材质的内部，采用非接触式的吸附方式，可有效地保护永磁铁和壁面，避免永磁铁与壁面直接高强度的刚性接触对壁面造成磨损，整体简洁美观；模块化设计轮组，采用四连杆结构，车体可自适应变形，翻越大拐角等复杂壁面，使该机器人的越障能力大大提高。

上文中，参照附图描述了本发明的具体实施方式。但是，本领域中的普通技术人员能够理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，还可以对本发明的具体实施方式作各种变更和替换。这些变更和替换都落在本发明权利要求书所限定的范围内。

Claims (4)

1.一种具有壁面过渡能力的履带式磁吸附爬壁机器人，其特征在于，所述履带式磁吸附爬壁机器人包括底盘、可变形的车身以及电气设备，

其中，所述底盘采用橡胶履带，在所述橡胶履带内部包裹有永磁铁（23），所述车身和所述电气设备安装于所述底盘的上方，所述车身包括模块化的四连杆结构，其以前桥（31）为旋转中心，并通过驱动轮（20）、辅助轮（33）以及张紧轮（12）实现所述车身的变形，所述电气设备包括车载无线摄像头，用于实时监控所述履带式磁吸附机器人的工作位置和实时画面，当所述机器人遇到凹凸壁面或直角壁面时，所述履带式磁吸附爬壁机器人藉由所述四连杆结构来实现壁面过渡与障碍翻越；

所述车身为对称结构，包括由四根横梁（4）和四根纵梁（6）组成的车架，横梁与相应位置的纵梁之间以抱夹连接，纵梁（6）上设置双脚支座（7），并使用卡簧确定位置；

所述底盘包括传动系，所述传动系由伺服电机（5）提供动力，电机输出轴连接第一同步带轮（29），经由第一同步带（28）连接中转轮（27），再由第二同步带（24）与减速器（22）的输入端轴（26）上的第二同步带轮（25）相连，减速器（22）由抱箍（21）固定在所述车身上，穿过中空的驱动轮（20），其输出轴经由法兰轴与驱动轮（20）连接，法兰轴设置在轴承座（19）里并通过挡片（30）以螺丝连接输出轴上的螺孔从而对减速器（22）进行定位，轴承座（19）上销接第一连杆（15），与双脚支座（7）上连接的第二连杆（16）和张紧轮支架（13）一起设置在第一销轴（14）上，在前桥板（32）上设置拉簧支柱，用第一拉簧（17）连接第一销轴（14）和拉簧支柱，在第二连杆（16）上设置拉簧支柱，用第二拉簧（18）将其与张紧轮支架（13）相连，从而拉动张紧轮（12）对磁性履带（38）进行张紧，从动轮（36）直接连接轮轴（37）并固定于轴承座（19）。

2.根据权利要求1所述的履带式磁吸附爬壁机器人，其特征在于，所述电气设备安装于控制箱（1）的内部，且控制箱（1）设置在铝型材（2）的上方，电机座（3）以辅梁连接且与铝型材（2）相连从而确定电机座（3）的间距，伺服电机（5）固定在电机座（3）上，铝型材（2）中间设置驱动器壳（10），并在驱动器壳（10）外侧安装有风扇（11）进行散热。

3.根据权利要求1所述的履带式磁吸附爬壁机器人，其特征在于，所述底盘包括行驶系，

所述行驶系由驱动轮（20）带动磁性履带（38），并与从动轮（36）、辅助轮（33）、张紧轮（12）配合完成，整体为对称布局，驱动轮（20）与从动轮（36）均配置辅助轮组，该辅助轮组分别由四个轮子两两对称放置，以轮架（34）间隔且通过第二销轴（35）连接，辅助轮（33）采用铁质材料，与磁性履带（38）相吸并在其上滚动。

4.根据权利要求3所述的履带式磁吸附爬壁机器人，其特征在于，永磁铁（23）设置于驱动轮（20）的轮组以及从动轮（36）的轮组的内侧，所述车身的两侧还设置护板，以增强所述爬壁机器人的抗倾覆能力并保护车轮。