一种自适应调节吸附力的风电塔筒磁吸附爬壁机器人

本发明属于安装风力发电机的配置，具体涉及一种自适应调节吸附力的风电塔筒磁吸附爬壁机器人。

背景技术：

1、风力发电机的塔筒部分，起到支撑风电机组以及吸收风电机组振动能量的作用。为了实现稳定可靠的风机发电，风机塔筒常将风力发电机组支撑于60米以上的高空。在风力发电机使用期间，风机塔筒经常暴露在极端的风环境中，在使用过程中不可避免地会出现如表面裂缝、腐蚀、雷击损坏等问题。因此塔筒外壁的定期检测维修十分必要。如何将大载荷的检测装置或者配件等输送至塔筒上，是目前需要解决的技术问题。

2、爬壁机器人是可以在倾斜甚至是垂直的物体表面攀爬并完成作业的自动化机器人，其又称为壁面移动机器人，也可称为极限作业机器人。

3、近年来，爬壁机器人因其在高空作业、结构检测和救援任务中的广泛应用而受到重视。特别是，电磁吸附技术以其可靠的吸附能力和灵活的控制方式，成为了实现机器人垂直或倾斜表面移动的关键技术之一。

4、由于爬壁机器人的吸附力由磁吸模块提供，故磁吸模块的设计好坏对于机器人性能来说至关重要，需要精心平衡各功能需求，特别需要关注其吸附性能和功率消耗。而磁吸模块的吸附力常需要根据实际载荷进行调整，又由于工作场景较为复杂，吸附力常存在过大或过小的问题，具体地：

5、（1）当吸附力设计过大时，虽然可以增强机器人在各种表面上的稳定性，避免因吸附力不足而发生脱落的风险，但同时也会导致机器人的功率消耗急剧增加。这种增加的能耗要求，就需要更大容量的电源或更频繁的充电，从而限制了机器人的持续工作时间和操作范围。此外，过强的吸附力可能使得机器人从吸附表面的脱离变得困难，影响其在多变环境中的灵活性和使用效率。

6、（2）当吸附力设计过小时，机器人可能无法稳定地附着在垂直或倾斜的表面上，特别是在面对外部冲击或负载增加时，不仅提升了作业过程中的风险，还可能导致任务失败，影响机器人的可靠性和使用寿命。低吸附力同样限制了机器人能够携带的工具或设备的重量，减少了其应用的灵活性和多样性。

7、因此，吸附力调节的优化设计成为整体提高爬壁机器人性能的关键挑战因素之一。

8、中国专利cn117734899a公开了一种电磁吸附式d形履带爬壁机器人底盘结构和控制方法，其基座的前后两侧均固定安装有安装架，基座的底部中部固定安装有双轴电机。采用设置磁吸组件配合控制模块，设计导电滑环供电和无线供电两种机器人履带电磁铁供电方式。此专利为控制电磁铁供电，以调整磁铁吸力强弱，从而改变吸附力，实现机器人在不同表面上的稳定爬行和附着。尽管该技术在爬壁机器人的吸附力控制方面有所进展，但它也面临着一些显著的局限性，如：依赖电磁铁的吸附力调节技术会导致电路中产生较高的额外能量消耗，且在连续调节吸附力以适应不同环境时，电磁铁的频繁供电调整也增加了能量转化的损耗，从而大幅减少了机器人的运行时间和作业效率，较高的能量消耗要求机器人携带更大的电池或频繁充电，这也如前述，整体限制了其在无人监控环境中的应用范围和持续工作时间；并且这种方法对电池的依赖性也强，不仅限制了机器人的运行距离，还影响了其在无法频繁充电的环境中的应用潜力。此外，电磁吸附的控制系统复杂性也提高了，导致机器人的制造和维护成本进一步提升，从而影响了其在广泛应用场景下的经济可行性。

9、综上，还需要针对爬壁机器人进行系统化再设计，使其能简化现有设计，降低制造和维护成本，并可以自适应调节吸附力大小，从而快速适应复杂现场情况，且能保持一个较佳的能耗水平。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术存在的问题，提供了一种自适应调节吸附力的爬壁机器人，以解决上述问题。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、本发明提供了一种自适应调节吸附力的爬壁机器人，其包括车架、载物台、变形轮和多个车轮；

4、所述车架活动安装有所述载物台，所述车架与所述载物台滑动连接，所述载物台用于放置载荷；

5、所述载物台的下部安装有所述变形轮，所述变形轮的胎面上安装有磁吸组件，所述变形轮连接有变形机构；

6、所述车架的下部安装有所述车轮至少部分所述车轮连接有驱动机构，用于带动爬壁机器人整体运动；

7、所述爬壁机器人还包括传动机构，所述传动机构的输入端分别与所述车架和所述载物台连接，所述传动机构的输出端与所述变形机构连接；

8、所述载物台与所述车架之间的滑动位移量与所述载物台及载荷的重量相关，所述位移量与通过所述传动机构传递至所述变形机构，用于改变所述变形轮与风电塔筒的接触面积。

9、在有的实施例中，所述载物台相对于所述车架的滑动方向与所述载物台的工作面呈夹角或垂直状态；

10、所述车架与所述载物台的连接处还设有弹性复位机构。

11、在有的实施例中，所述车架上相对设有斜向的滑槽，所述载物台的侧向设有凸轴；

12、所述凸轴探入至所述滑槽中，与所述滑槽滑动配合，所述弹性复位机构设置在所述滑槽中，且所述弹性复位机构的伸缩方向与所述滑槽的延伸方向一致，所述弹性复位机构的一端支撑在所述滑槽的内壁上，另外一端支撑所述凸轴。

13、在有的实施例中，所述变形轮包括：

14、导向盘，其与所述传动机构的输出端固定，所述传动机构用于带动所述导向盘绕所述输出端的轴线方向转动；

15、活动轮毂，其通过滑槽运动机构与所述导向盘连接，所述导向盘转动时带动所述活动轮毂发生变形；

16、柔性胎，其套装在所述活动轮毂的外侧，所述活动轮毂变形时带动所述柔性胎变形。

17、在有的实施例中，所述活动轮毂包括固定环和多组支撑轮组；

18、所述支撑轮组设有支撑杆和滑轮；

19、所述固定环与所述导向盘同心设置，所述固定环的周侧开设有导向槽口，所述支撑杆的端部插入所述导向槽口中，支撑杆的杆体与所述导向槽口滑动连接，且所述支撑杆位于所述固定环内的一端设有导向轴，另一端转动连接所述滑轮；所述滑轮与所述柔性胎的内侧接触；

20、所述导向盘上开设有多条导向槽，所述导向槽呈弧形，且所述导向槽中的不同位置与所述导向盘的圆心之间的距离不同，所述导向槽与所述导向轴一一对应，所述导向轴探入至对应的导向槽中，所述导向盘转动时，所述导向槽挤压所述导向轴，带动所述支撑杆沿所述导向盘的径向运动。

21、在有的实施例中，各导向槽的形状和/或尺寸不全相同；

22、所述支撑轮组包括至少一个第一支撑轮组和多个第二支撑轮组；

23、所述第一支撑轮组与所述第二支撑轮组的运动方向始终相反。

24、在有的实施例中，所述变形轮还包括多个辅助滑轮，所述辅助滑轮与所述柔性胎的内侧接触；

25、所述辅助滑轮与所述固定环、滑轮或相邻辅助滑轮之间弹性连接。

26、在有的实施例中，所述辅助滑轮包括第一辅助滑轮和第二辅助滑轮；

27、所述第一辅助滑轮设置在相邻两滑轮之间；

28、所述第二辅助滑轮设置在滑轮和与其相邻的第一辅助滑轮之间；

29、所述第一辅助滑轮通过撑杆弹簧与所述固定环连接；所述第二辅助滑轮分别通过弹性撑杆与所相邻的滑轮和第一辅助滑轮连接。

30、在有的实施例中，所述固定环的周侧开设有辅助导向槽口，所述第一辅助滑轮连接有活动撑杆，所述活动撑杆探入至所述辅助导向槽口中，所述撑杆弹簧套设在所述活动撑杆的外侧。

31、在有的实施例中，所述柔性胎的内侧沿滚动方向设有凸筋；

32、所述滑轮和所述辅助滑轮均为工字轮，并与所述凸筋配合。

33、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

34、本发明通过活动式载物台结合具备磁吸组件的变形轮，实现了纯机械式自适应调节吸附力大小的能力，使得在负载增大时能够自动增大吸附力，而无需额外的能量投入，不仅显著降低了能量消耗，提高了机器人的运行效率和使用寿命，而且简化了系统设计，减少了制造和维护成本；进一步，有效克服了依赖于电磁铁吸力调节的爬壁机器人在能源效率和操作持续性方面的局限性。