一种曲面自适应爬壁机器人的制作方法

本发明涉及机器人，尤其涉及一种曲面自适应爬壁机器人。

背景技术：

1、磁吸附爬壁机器人是一种用来在恶劣、危险、极限的情况下，在导磁面上进行特定作业，如检查、监测、焊接、打磨等的一种自动化机械装置。由于爬壁机器人能够在竖直面上攀爬的能力，常被用作搭载各种设备来实现机器人代替人类完成高空立面作业任务。爬壁机器人广泛应用于石化、船舶、水下等领域，很好地解决了人类在该工作领域危险系数大、劳动强度大、效率低下等问题。目前，磁吸附爬壁机器人已在核工业、石化工业、建筑工业、消防部门、造船业等铁磁性结构的生产施工中得到了广泛的应用。

2、在实际应用中，有些导磁壁面是空间曲面，其表面形貌凹凸不平，曲率半径较小，且曲率变化范围较大。对于在这类表面运行的磁吸附爬壁机器人，其吸附装置和导磁壁面之间的气隙会发生变化，磁吸附力的大小与气隙距离的平方成反比，微小的气隙距离变化会造成吸附力的较大的变化，将严重地影响爬壁机器人的负载能力。另外，由于导磁壁面的凹凸不平，也会对爬壁机器人的运动性能产生影响，如壁面的凹凸不平可能会使行走支撑轮悬空，导致驱动失效。因此，对于在复杂的变曲率导磁壁面上运行的爬壁机器人，在要求其具有强负载能力、良好的运动灵活性的同时，还要对变曲率导磁壁面具有较好的自适应能力。对于爬壁机器人来说，保证爬壁机器人在工作负载下，能稳定地在变曲率导磁壁面上吸附爬行，不会发生诸如下滑、坠落等吸附失效，是爬壁机器人的首要要求，也是最基本的要求。对于在复杂的变曲率导磁壁面上工作的爬壁机器人，其核心是要始终保证磁吸附力的恒定，这是前提，其次是要保证行走的支撑轮始终与导磁壁面接触。只有恒定的磁吸附力才能使爬壁驱动轮行走模块与导磁壁面接触，只有永磁驱动轮始终与导磁壁面接触并产生足够的压力，才能实现爬壁驱动轮行走模块的行走。但是，现有技术中的爬壁机器人不能兼顾二者。因此，急需开发一种曲面自适应爬壁机器人以解决上述技术问题。

3、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种曲面自适应爬壁机器人，能够同时适应导磁立面的凹、凸曲面，自适应地在复杂的变曲率导磁壁面上行走，具有良好的自适应能力，在保留传统作业方式优点的同时，具有更高的安全性，结构更加紧凑，稳定性更高，具有广阔的应用前景，有利于推广应用。

2、为了实现上述目的，本发明提供的一种曲面自适应爬壁机器人，包括等边三角形机架，所述等边三角形机架的三个顶点处各安装有一组可实现一移动一转动（1t1r）的并联被动自适应模块，每组并联被动自适应模块的顶部平台各连接有一组牵引模块，所述并联被动自适应模块的底部平台与等边三角形机架连接，顶部平台与牵引模块的连接臂板连接，所述牵引模块包括转向驱动机构、行走驱动机构和永磁轮，所述转向驱动机构的转轴轴线与连接壁板垂直，可实现一个转动自由度，所述行走驱动机构通过驱动电机支架与转向驱动机构连接，所述行走驱动机构可实现与连接壁板相平行的一个转动自由度，所述等边三角形机架底部连接有长方体永磁吸附板，所述长方体永磁吸附板的四周安装有行走支撑轮。由于每组并联被动自适应模块和牵引模块共可实现三转动一移动，从而保证四个行走支撑轮在复杂曲面上始终能同时接触导磁壁面。

3、优选地，所述并联被动自适应模块包括第一支链和第二支链，所述第一支链的顶端与顶部平台铰接，其底端与底部平台固接，所述第一支链包括第一连杆和第二连杆，所述第一连杆的底端通过第一转动副与底部平台铰接，所述第一连杆顶端通过第一移动副与第二连杆底端连接，所述第二连杆顶端通过第二转动副7与顶部平台铰接，所述第一转动副与第二转动副轴线平行，所述第一移动副与第一转动副、第二转动副轴线垂直，所述第二支链的顶端与顶部平台铰接，其底端与底部平台通过线性导轨连接，所述第二支链包括第三连杆，所述第三连杆底端通过第二移动副与底部平台连接，第二移动副采用线性导轨，所述第三连杆顶端通过第三转动副与顶部平台铰接，所述第二移动副移动方向与底部平台平行，与第三转动副轴线方向垂直，所述顶部平台与底部平台之间铰接有弹簧阻尼器。

4、优选地，所述第一支链设有四组，四组第一支链分别设置于顶部平台和底部平台前后、左右两侧，且四组第一支链中第一转动副和第二转动副轴线共线。

5、优选地，所述第一移动副采用可伸缩活动推杆，推杆筒一端设有限位孔，推杆柱一端设有圆柱形凸台。

6、优选地，所述转向驱动机构中，转向电机采用电机减速器一体关节电机，所述转向电机固接在连接臂板上，转向电机轴与双列角接触球轴承内圈配合，通过双列角接触球轴承与连接臂板连接，所述双列角接触球轴承通过轴承座固定在连接臂板内侧，所述转向电机轴与驱动电机支架连接。

7、优选地，所述行走驱动机构中，行走驱动电机采用电机减速器一体关节电机，所述行走驱动电机固接于驱动电机支架外部，所述行走驱动电机通过驱动电机固定板与永磁轮连接，所述行走驱动电机与永磁轮之间设有隔磁片。

8、优选地，所述长方体永磁板吸附板包括永磁铁和导磁板，所述导磁板的材质为纯铁或低碳钢，所述永磁铁沿高度方向磁化，相邻四块永磁铁沿高度方向以磁极相反的耦合排列方式连接在导磁板上，四块永磁铁由前侧永磁铁的n级经过导磁板到达后侧永磁铁的s级，再经后侧永磁铁的n级通过壁面到达前侧永磁铁的s级构成回路，以保证爬壁机器人吸附于导磁壁面上。

9、本发明提供的一种曲面自适应爬壁机器人，具有如下有益效果。

10、1．本发明能够同时适应导磁立面的凹、凸曲面，自适应地在复杂的变曲率导磁壁面上行走，具有良好的自适应能力，在保留传统作业方式优点的同时，具有更高的安全性，结构更加紧凑，稳定性更高。

11、2．本发明采用三组成等边三角形布置的并联被动自适应模块，并联被动自适应模块具有高刚度和被动自适应能力强等特点，能自适应地在变曲率导磁壁面上行走，且具有良好的负载能力。

12、3．本发明的每组牵引模块具有两个相互垂直的转动自由度，每组并联被动自适应模块与每组牵引模块共含有三转动一移动自由度，连接在爬壁机器人上三组并联被动自适应模块和牵引模块可保证爬壁机器人全向运动，从而在复杂的变曲率导磁壁面上具有良好的自适应能力。

技术特征：

1.一种曲面自适应爬壁机器人，其特征在于，包括等边三角形机架，所述等边三角形机架的三个顶点处各安装有一组可实现一移动一转动的并联被动自适应模块，每组并联被动自适应模块的顶部平台各连接有一组牵引模块，所述并联被动自适应模块的底部平台与等边三角形机架连接，顶部平台与牵引模块的连接臂板连接，所述牵引模块包括转向驱动机构、行走驱动机构和永磁轮，所述转向驱动机构的转轴轴线与连接壁板垂直，可实现一个转动自由度，所述行走驱动机构通过驱动电机支架与转向驱动机构连接，所述行走驱动机构可实现与连接壁板相平行的一个转动自由度，所述等边三角形机架底部连接有长方体永磁吸附板，所述长方体永磁吸附板的四周安装有行走支撑轮。

2.根据权利要求1所述的一种曲面自适应爬壁机器人，其特征在于，所述并联被动自适应模块包括第一支链和第二支链，所述第一支链的顶端与顶部平台铰接，其底端与底部平台固接，所述第一支链包括第一连杆和第二连杆，所述第一连杆的底端通过第一转动副与底部平台铰接，所述第一连杆顶端通过第一移动副与第二连杆底端连接，所述第二连杆顶端通过第二转动副与顶部平台铰接，所述第一转动副与第二转动副轴线平行，所述第一移动副与第一转动副、第二转动副轴线垂直，所述第二支链的顶端与顶部平台铰接，其底端与底部平台通过线性导轨连接，所述第二支链包括第三连杆，所述第三连杆底端通过第二移动副与底部平台连接，第二移动副采用线性导轨，所述第三连杆顶端通过第三转动副与顶部平台铰接，所述第二移动副移动方向与底部平台平行，与第三转动副轴线方向垂直，所述顶部平台与底部平台之间铰接有弹簧阻尼器。

3.根据权利要求2所述的一种曲面自适应爬壁机器人，其特征在于，所述第一支链设有四组，四组第一支链分别设置于顶部平台和底部平台前后、左右两侧，且四组第一支链中第一转动副和第二转动副轴线共线。

4.根据权利要求3所述的一种曲面自适应爬壁机器人，其特征在于，所述第一移动副采用可伸缩活动推杆，推杆筒一端设有限位孔，推杆柱一端设有圆柱形凸台。

5.根据权利要求4所述的一种曲面自适应爬壁机器人，其特征在于，所述转向驱动机构中，转向电机采用电机减速器一体关节电机，所述转向电机固接在连接臂板上，转向电机轴与双列角接触球轴承内圈配合，通过双列角接触球轴承与连接臂板连接，所述双列角接触球轴承通过轴承座固定在连接臂板内侧，所述转向电机轴与驱动电机支架连接。

6.根据权利要求5所述的一种曲面自适应爬壁机器人，其特征在于，所述行走驱动机构中，行走驱动电机采用电机减速器一体关节电机，所述行走驱动电机固接于驱动电机支架外部，所述行走驱动电机通过驱动电机固定板与永磁轮连接，所述行走驱动电机与永磁轮之间设有隔磁片。

7.根据权利要求6 所述的一种曲面自适应爬壁机器人，其特征在于，所述长方体永磁板吸附板包括永磁铁和导磁板，所述导磁板的材质为纯铁或低碳钢，所述永磁铁沿高度方向磁化，相邻四块永磁铁沿高度方向以磁极相反的耦合排列方式连接在导磁板上，四块永磁铁由前侧永磁铁的n级经过导磁板到达后侧永磁铁的s级，再经后侧永磁铁的n级通过壁面到达前侧永磁铁的s级构成回路，以保证爬壁机器人吸附于导磁壁面上。

技术总结本发明公开了一种曲面自适应爬壁机器人，包括等边三角形机架，所述等边三角形机架的三个顶点处各安装有一组可实现一移动一转动的并联被动自适应模块，每组并联被动自适应模块的顶部平台各连接有一组牵引模块，所述牵引模块包括转向驱动机构、行走驱动机构和永磁轮，所述转向驱动机构的转轴轴线与连接壁板垂直，可实现一个转动自由度，所述行走驱动机构通过驱动电机支架与转向驱动机构连接，所述行走驱动机构可实现与连接壁板相平行的一个转动自由度，本发明能够同时适应导磁立面的凹、凸曲面，自适应地在复杂的变曲率导磁壁面上行走，具有良好的自适应能力，在保留传统作业方式优点的同时，具有更高的安全性，结构更加紧凑，稳定性更高。技术研发人员：张明路,贾培受保护的技术使用者：彼合彼方机器人（天津）有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/30