CN112356936A - 一种爬壁机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种爬壁机器人，包括两个沿横向间隔分布的行走装置，所述行走装置包括沿纵向设置的两个行走机构，两个行走机构通过铰接方式连接；所述行走机构包括链轮支撑架和多个磁吸附单元，所述链轮支撑架和磁吸附单元之间设有载荷分散机构，所述载荷分散机构用于将载荷分散到多个磁吸附单元上。本发明提出的爬壁机器人，通过整体刚性连接、四段式曲面适应结构、载荷分散机构显著提高爬壁机器人的负载移动能力。

Description

一种爬壁机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种爬壁机器人。

背景技术

爬壁机器人可搭载多种工具在壁面上进行移动，执行高难度高危险工作，在多个行业应用前景广阔。对于导磁性壁面，多采用永磁性履带吸附机器人进行壁面移动。现有的永磁式履带行走机器人大多能够在地面和垂直平面上进行吸附移动，但在大曲率壁面上不能进行有效的贴合吸附壁面，曲面适应能力差。并且现有爬壁机器人的转向能力较差，在负载状态下不能进行自由的转向，还会导致整体机构的变形，影响机器人的正常行走。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在负载状态下具有曲面适应能力以及良好的转向能力的爬壁机器人。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种爬壁机器人，包括两个沿横向间隔分布的行走装置，所述行走装置包括沿纵向设置的两个行走机构，两个行走机构通过铰接方式连接；所述行走机构包括链轮支撑架和多个磁吸附单元，所述链轮支撑架和磁吸附单元之间设有载荷分散机构，所述载荷分散机构用于将载荷分散到多个磁吸附单元上。

优选地，所述链轮支撑架包括两根沿纵向延伸的支撑梁，两根支撑梁之间设有一对同步移动的履带，一对所述履带沿横向间隔分布，多个所述磁吸附单元间隔分布在所述履带上。

优选地，所述链轮支撑架还包括活动梁，所述活动梁沿纵向延伸，固定连接在所述支撑梁的纵向一侧，两个所述链轮支撑架的活动梁之间通过铰接方式连接。

优选地，多个磁吸附单元通过活动组件安装在履带上，所述活动组件包括分别固定在一对所述履带上的一对支撑座，所述磁吸附单元底部固定安装有旋转轴，所述旋转轴的轴线沿横向延伸，两端分别可转动地连接在一对所述支撑座上。

优选地，所述载荷分散机构包括导轨、刚性连接件和压缩弹簧；所述导轨通过压缩弹簧与所述活动梁连接，所述刚性连接件的一端与磁吸附单元固定连接，另一端能沿导轨进行滑动。

优选地，所述刚性连接件包括两根相互垂直并连接成一体的空心圆管，其中一根空心圆管与磁吸附单元固定连接，另一根空心圆管上套装有导轮，所述导轮滚动连接在所述导轨中。

优选地，位置相对的两根活动梁之间设有纵梁，所述纵梁沿横向延伸，所述纵梁上安装有沿纵向延伸的中间方管，所述导轨位于所述中间方管上方，并沿纵向延伸，所述导轨的横向两侧设有导轨焊接片，所述导轨焊接片上固定连接有多块挡块，多块挡块围合形成有限位腔，所述压缩弹簧穿设于所述限位腔内。

优选地，所述行走装置的纵向两侧均设有骨架旋转件，所述骨架旋转件通过旋转副可转动地与链轮支撑架连接。

优选地，所述链轮支撑架的纵向一端固定连接有旋转杆，所述旋转杆上可转动地套装有旋转套筒，所述骨架旋转件固定连接在所述旋转套筒上，所述旋转套筒和旋转杆配合形成所述旋转副。

优选地，所述行走机构还包括周向限位组件，所述周向限位组件包括旋转块和两个限位挡块，两个所述限位挡块连接在链轮支撑架纵向一侧，所述旋转块固定连接在旋转套筒上，所述旋转块沿横向延伸，其横向两侧均安装有限位柱，所述限位柱位于所述限位挡块上方。

由上述技术方案可知，本发明提供的一种爬壁机器人至少具有如下优点和积极效果：

行走装置的两个活动梁分别与两个链轮支撑架形成固定约束，两个活动梁之间形成铰接，实现了行走装置的分段式设计，使爬壁机器人能够根据工况曲面调整两个行走机构之间的角度，提升了机器人在整机尺度上对工况曲面的适应性。

导轨与链轮支撑架通过压缩弹簧连接，使导轨相对于链轮支撑架具有可动性，从而使磁吸附单元和导轮与链轮支撑架的距离可变，使得链条分为工作面和非工作面，在工作面磁吸附单元与导轮的距离增大，压缩弹簧工作，拉紧导轮与磁吸附单元，载荷得以分散到每一个磁吸附单元上，显著提高了爬壁机器人的负载移动能力。

导轮与永磁吸附单元通过刚性连接件连接，使导轮得以在预定路径上进行运动，不会发生扭转而脱轨的情况，机器人得以长时间稳定工作。

链轮支撑架与骨架旋转件形成有旋转副，遇到曲面较大的工作环境时，行走机构与骨架旋转件可以在一定的角度内自由旋转，使机器人整体可以更好地贴合在所对应的工况的曲面上。

通过旋转轴能够使磁吸附单元相对于一对支撑座进行转动，以根据不同部位的曲面程度调整磁吸附单元的位置和角度，在局部的曲率变化较大的区域内，保证了磁吸附单元有效吸附在工况曲面上。

综上所述，本发明提出的的爬壁机器人，通过整体刚性连接、四段式曲面适应结构、载荷分散机构显著提高爬壁机器人的负载移动能力。

附图说明

图1为本发明实施例中的爬壁机器人的结构示意图。

图2为本发明实施例中的行走装置的结构示意图。

图3为本发明实施例中的行走机构所在部分的结构示意图。

图4和图5为本发明实施例中的载荷分散机构所在部分的结构示意图。

图6为本发明实施例中的刚性连接件所在部分的结构示意图。

附图标记说明如下：

1.行走装置；2.刚性杆；3.链轮支撑架；31.支撑梁；4.活动梁；5.旋转杆；6.旋转套筒；7.骨架旋转件；8.旋转块；9.限位挡块；10.履带；11.磁吸附单元；12.支撑座；13.刚性连接件；14.中间方管；15.压缩弹簧；16.导轨；17.导轨焊接片；18.导轮。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

请参阅图1，本实施例提供了一种爬壁机器人，包括两个行走装置1，两个行走装置1通过刚性杆2连接成一体，以便进行同步的转向，使机器人在转向过程中保持协调的行走状态。为了便于描述，以刚性杆2的长度方向定义为横向，以垂直于横向的水平方向定义为纵向，本实施例中的两个行走装置沿横向间隔分布。

所述行走装置1包括两个行走机构，两个行走机构沿纵向分布，通过铰接方式连接，使得该爬壁机器人能够根据工况曲面调整两个行走机构之间的角度，以提升对工况曲面的适应性。

参阅图2，所述行走机构包括链轮支撑架3和磁吸附单元11。

所述链轮支撑架3包括两根沿纵向延伸的支撑梁31，两根支撑梁31之间设有一对同步移动的履带10，一对所述履带10沿横向间隔分布。在本实施例中，所述履带10为链条结构，所述行走机构的两根支撑梁内侧均转动连接有链轮，所述履带10啮合连接在链轮上。

所述链轮支撑架3还包括活动梁4，所述活动梁4沿纵向延伸，固定连接在所述支撑梁31的纵向一侧，两个所述链轮支撑架3的活动梁4之间通过铰接方式连接，以调整行走装置1上的两个行走机构的角度，从而达到前文所述的提升自身的曲面适应性的技术效果。

多个磁吸附单元11安装在行走机构的履带10上，通过磁吸附单元11可以使机器人附着在工况表面，增加机器人工作和行进时的稳定性。

本实施例中的多个磁吸附单元11通过活动组件安装在履带10上，能相对履带10进行小幅度转动。

参阅图2和图4，所述活动组件包括分别固定在一对所述履带10上的一对支撑座12，所述磁吸附单元11底部固定安装有旋转轴，所述旋转轴的轴线沿横向延伸，两端分别可转动地连接在一对所述支撑座12上。

在优选实施例中，所述履带10上设置有链夹，所述支撑座12通过螺栓固定在链夹上，以保证支撑座12和履带10的连接强度。

通过所述旋转轴能够使磁吸附单元11相对于一对支撑座12进行转动，以根据不同部位的曲面程度调整磁吸附单元的位置和角度，达到了前文所述的使爬壁机器人在工况表面稳定工作的积极效果。

所述旋转轴和支撑座12之间连接有卡簧，通过所述卡簧能够对磁吸附单元11进行转动量限位，使该机器人得以正常工作。

在爬壁的过程当中，由于履带10由铰链连接，壁面法向载荷无法分配在各个吸附单元上，故重力主要集中在履带10的两端磁吸附单元11上，限制了机器人的行动效率。为了解决这一技术问题，本实施例中的所述行走装置1还包括载荷分散机构，所述载荷分散机构与磁吸附单元11和链轮支撑架3连接，用于使机器人工作时产生的载荷分散到每一个磁吸附单元11上。

所述载荷分散机构包括导轨16、刚性连接件13和压缩弹簧15。

参阅图4和图5，所述导轨16通过压缩弹簧15与所述活动梁4连接，使得其相对于活动梁4具有可动性。在本实施例中，位置相对的两根活动梁4之间设有纵梁，所述纵梁沿横向延伸，所述纵梁上安装有中间方管14，所述中间方管14沿纵向延伸。

所述导轨16位于所述中间方管14上方，所述导轨16沿纵向延伸，所述导轨16的横向两侧设有导轨焊接片17，所述导轨焊接片17上固定连接有多块挡块19，多块挡块19围合形成有限位腔，所述压缩弹簧15穿设于所述限位腔内，受所述挡板19限位。

参阅图6，所述刚性连接件13大体上呈类“T”形结构，在本实施例中，所述刚性连接件13包括两根相互垂直的空心圆管，两根空心圆管通过焊接方式连接成一体，其中一根空心圆管与磁吸附单元11焊接在一起，另一根空心圆管上套装有导轮18，所述导轮18滚动连接在所述导轨16中。

本实施例中的导轨16与链轮支撑架3通过压缩弹簧15连接，使得导轨16相对于链轮支撑架3具有可动性，磁吸附单元11和导轮18与链轮支撑架3的距离可变，使链条分为工作面和非工作面，在工作面磁吸附单元11与导轮18的距离增大，压缩弹簧15工作，拉紧导轮18与磁吸附单元11，使载荷得以分散到每一个磁吸附单元11上，显著提高了爬壁机器人的负载移动能力。

本实施例中的导轮18与永磁吸附单元11通过刚性连接件13连接，使导轮18得以在预定路径上进行运动，不会发生扭转而脱轨的情况，机器人整体得以长时间稳定工作。

再次参阅图2，作为进一步的优选，所述行走装置1的纵向两侧均设有骨架旋转件7，所述骨架旋转件7通过旋转副可转动地与链轮支撑架3连接。两个骨架旋转件7之间可安装连接架(未画出)，所述连接架是功能性的连接机构，例如可以在连接架上安装清洗、清扫、空化射流清洗装置等。

在本实施例中，所述链轮支撑架3的纵向一端固定连接有旋转杆5，所述旋转杆5上可转动地套装有旋转套筒6，所述骨架旋转件7固定连接在所述旋转套筒6上，所述旋转套筒6和旋转杆5配合形成所述旋转副。通过旋转副可以实现骨架旋转件7与链轮支撑架3之间的相对位置及角度的调整，以适应两者之间不同曲面程度的工况。

所述行走机构还包括周向限位组件，所述周向限位组件用于对骨架旋转件7进行周向限位。

所述周向限位组件包括旋转块8和两个限位挡块9，两个所述限位挡块9连接在链轮支撑架3纵向一侧，所述旋转块8固定连接在旋转套筒6上，所述旋转块8沿横向延伸，其横向两侧均安装有限位柱(未标注)，所述限位柱位于所述限位挡块9上方，能与所述限位挡块9相配合，以对骨架旋转件7进行周向限位。

根据机器人工况曲面的程度不一致，连接架可通过骨架旋转件7调整与行走装置1之间的相对位置，以适应两者之间不同的程度的曲面工况，即当爬壁机器人的工况的曲面程度不一致时，安装在骨架旋转件7上的连接架可以相对于两侧的行走装置1发生相对位置的调整，使得连接架自身可以更好地贴合在所对应的工况的曲面表面上，使得爬壁机器人在工况表面稳定工作。

综上所述，本发明至少具有如下优点和积极效果：

行走装置1的两个活动梁4分别与两个链轮支撑架3形成固定约束，两个活动梁4之间形成铰接，实现了行走装置1的分段式设计，使爬壁机器人能够根据工况曲面调整两个行走机构之间的角度，提升了机器人在整机尺度上对工况曲面的适应性。

导轨16与链轮支撑架3通过压缩弹簧15连接，使导轨16相对于链轮支撑架3具有可动性，从而使磁吸附单元11和导轮18与链轮支撑架3的距离可变，使得链条分为工作面和非工作面，在工作面磁吸附单元11与导轮18的距离增大，压缩弹簧15工作，拉紧导轮18与磁吸附单元11，载荷得以分散到每一个磁吸附单元11上，显著提高了爬壁机器人的负载移动能力。

导轮18与永磁吸附单元11通过刚性连接件13连接，使导轮18得以在预定路径上进行运动，不会发生扭转而脱轨的情况，机器人得以长时间稳定工作。

链轮支撑架3与骨架旋转件7形成有旋转副，遇到曲面较大的工作环境时，行走机构与骨架旋转件7可以在一定的角度内自由旋转，使机器人整体可以更好地贴合在所对应的工况的曲面上。

通过旋转轴能够使磁吸附单元相对于一对支撑座12进行转动，以根据不同部位的曲面程度调整磁吸附单元的位置和角度，在局部的曲率变化较大的区域内，保证了磁吸附单元11有效吸附在工况曲面上。

虽然已参照几个典型实施方式描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种爬壁机器人，其特征在于，包括两个沿横向间隔分布的行走装置，所述行走装置包括沿纵向设置的两个行走机构，两个行走机构通过铰接方式连接；所述行走机构包括链轮支撑架和多个磁吸附单元，所述链轮支撑架和磁吸附单元之间设有载荷分散机构，所述载荷分散机构用于将载荷分散到多个磁吸附单元上。

2.根据权利要求1所述的爬壁机器人，其特征在于，所述链轮支撑架包括两根沿纵向延伸的支撑梁，两根支撑梁之间设有一对同步移动的履带，一对所述履带沿横向间隔分布，多个所述磁吸附单元间隔分布在所述履带上。

3.根据权利要求2所述的爬壁机器人，其特征在于，所述链轮支撑架还包括活动梁，所述活动梁沿纵向延伸，固定连接在所述支撑梁的纵向一侧，两个所述链轮支撑架的活动梁之间通过铰接方式连接。

4.根据权利要求2所述的爬壁机器人，其特征在于，多个磁吸附单元通过活动组件安装在履带上，所述活动组件包括分别固定在一对所述履带上的一对支撑座，所述磁吸附单元底部固定安装有旋转轴，所述旋转轴的轴线沿横向延伸，两端分别可转动地连接在一对所述支撑座上。

5.根据权利要求2所述的爬壁机器人，其特征在于，所述载荷分散机构包括导轨、刚性连接件和压缩弹簧；所述导轨通过压缩弹簧与所述活动梁连接，所述刚性连接件的一端与磁吸附单元固定连接，另一端能沿导轨进行滑动。

6.根据权利要求5所述的爬壁机器人，其特征在于，所述刚性连接件包括相互垂直并连接成一体的两根空心圆管，其中一根空心圆管与磁吸附单元固定连接，另一根空心圆管上套装有导轮，所述导轮滚动连接在所述导轨中。

7.根据权利要求5所述的爬壁机器人，其特征在于，位置相对的两根活动梁之间设有纵梁，所述纵梁沿横向延伸，所述纵梁上安装有沿纵向延伸的中间方管，所述导轨位于所述中间方管上方，并沿纵向延伸，所述导轨的横向两侧设有导轨焊接片，所述导轨焊接片上固定连接有多块挡块，多块挡块围合形成限位腔，所述压缩弹簧穿设于所述限位腔内。

8.根据权利要求2所述的爬壁机器人，其特征在于，所述行走装置的纵向两侧均设有骨架旋转件，所述骨架旋转件通过旋转副可转动地连接在与链轮支撑架连接。

9.根据权利要求8所述的爬壁机器人，其特征在于，所述链轮支撑架的纵向一端固定连接有旋转杆，所述旋转杆上可转动地套装有旋转套筒，所述骨架旋转件固定连接在所述旋转套筒上，所述旋转套筒和旋转杆配合形成所述旋转副。

10.根据权利要求8所述的爬壁机器人，其特征在于，所述行走机构还包括周向限位组件，所述周向限位组件包括旋转块和两个限位挡块，两个所述限位挡块连接在链轮支撑架纵向一侧，所述旋转块固定连接在旋转套筒上，所述旋转块沿横向延伸，其横向两侧均安装有限位柱，所述限位柱位于所述限位挡块上方。

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