一種可自由平動(dòng)的履帶式爬壁機(jī)器人的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種履帶式爬壁機(jī)器人，它包括機(jī)架，在機(jī)架的兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置有一對(duì)履帶組件，在機(jī)架的底部設(shè)置有轉(zhuǎn)向組件；轉(zhuǎn)向組件包括轉(zhuǎn)動(dòng)連接在機(jī)架底部的盤式電機(jī)，盤式電機(jī)的底部同軸緊固連接有伸縮缸，伸縮缸的輸出端緊固連接電磁鐵；履帶組件包括橡膠履帶和多個(gè)與履帶緊固連接的磁吸附單元，磁吸附單元包括圓柱形永磁體、左軛鐵、右軛鐵、上隔磁塊、下隔磁塊和舵機(jī)，圓柱形永磁體轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置在由左軛鐵、右軛鐵、上隔磁塊和下隔磁塊合圍成的空心筒中，空心筒的一端緊固連接有后蓋板，舵機(jī)的輸出端通過(guò)聯(lián)軸器與圓柱形永磁體連接；舵機(jī)具有0°和90°兩個(gè)角度狀態(tài)；舵機(jī)具有0°和90°兩個(gè)角度狀態(tài)；舵機(jī)處于0°角度狀態(tài)時(shí)，磁吸附單元處于充磁狀態(tài)；舵機(jī)處于90°狀態(tài)時(shí)，磁吸附單元處于消磁狀態(tài)。
【專利說(shuō)明】
一種可自由平動(dòng)的履帶式爬壁機(jī)器人
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種可自由平動(dòng)的履帶式爬壁機(jī)器人，屬于特種機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在核能、船舶、化工、風(fēng)電等行業(yè)，廣泛存在導(dǎo)磁體金屬外壁。這些壁面經(jīng)長(zhǎng)期風(fēng)吹日曬、鹽堿侵蝕、灰塵粘附、砂礫摩擦，表面會(huì)出現(xiàn)污垢、脫漆，乃至銹蝕等現(xiàn)象。這些問(wèn)題不僅影響美觀，而且可能危及壁面本體的安全運(yùn)行，不能滿足安全、清潔的工業(yè)管理要求。目前，上述壁面的清洗、除銹、補(bǔ)漆和檢修等工作大都采用人工作業(yè)方式，存在高危、低效、高成本等問(wèn)題。爬壁機(jī)器人是特種機(jī)器人中的一個(gè)重要類別，可廣泛應(yīng)用于上述情形中的運(yùn)維與檢修工作，代替人工作業(yè)，提高工作效率、降低作業(yè)成本。吸附和行走是爬壁機(jī)器人的兩大基本功能，目前工業(yè)中廣泛采用的吸附方式有磁力吸附和負(fù)壓吸附，常用的行走方式包含履帶式、輪式和足式。上述吸附方式和行走方式的不同組合，可以形成多種爬壁機(jī)器人設(shè)計(jì)方式。鑒于工況特殊，應(yīng)用于前述情形下的爬壁機(jī)器人，需要具備多方向運(yùn)動(dòng)能力和適度越障能力，同時(shí)還需有較大負(fù)載能力。而現(xiàn)有的大多數(shù)爬壁機(jī)器人在這些方面并不能很好的滿足工況需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種具備多方向運(yùn)動(dòng)能力和適度越障能力的履帶式爬壁機(jī)器人。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:一種可自由平動(dòng)的履帶式爬壁機(jī)器人，其特征在于:它包括機(jī)架，所述機(jī)架包括第一側(cè)、與第一側(cè)相對(duì)的第二側(cè)、第三側(cè)以及與第三側(cè)相對(duì)的第四側(cè);在所述機(jī)架的第一側(cè)和第二側(cè)相對(duì)設(shè)置有第一履帶組件，在所述機(jī)架的第三側(cè)和第四側(cè)相對(duì)設(shè)置有第二履帶組件;在所述機(jī)架的第一側(cè)和第二側(cè)設(shè)置有第一懸架結(jié)構(gòu)，所述第一懸架結(jié)構(gòu)通過(guò)伸縮缸與第一履帶組件連接;在所述機(jī)架的第三側(cè)和第四側(cè)設(shè)置有第二懸架結(jié)構(gòu)，所述第二懸架結(jié)構(gòu)與所述第二履帶組件固定連接;所述第一履帶組件和第二履帶組件均包括橡膠履帶和多個(gè)與所述履帶緊固連接的磁吸附單元，所述磁吸附單元包括圓柱形永磁體、左軛鐵、右軛鐵、上隔磁塊、下隔磁塊和舵機(jī)，所述圓柱形永磁體轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置在由所述左軛鐵、右軛鐵、上隔磁塊和下隔磁塊合圍成的空心筒中，所述空心筒的一端緊固連接有后蓋板，所述舵機(jī)的輸出端通過(guò)聯(lián)軸器與所述圓柱形永磁體連接;所述舵機(jī)具有0°和90°兩個(gè)角度狀態(tài);所述舵機(jī)處于0°角度狀態(tài)時(shí)，所述圓柱形永磁體的N極和S極位于與壁面平行的方向；所述舵機(jī)處于90°狀態(tài)時(shí)，所述圓柱形永磁體的N極和S極位于與壁面垂直的方向。
[0005]所述舵機(jī)的控制板上設(shè)置有藍(lán)牙通信模塊，所述控制板與安裝在所述機(jī)架上的控制器通過(guò)藍(lán)牙連接。
[0006]所述舵機(jī)設(shè)置在與所述空心筒緊固連接的前蓋中，在所述前蓋上設(shè)置正負(fù)極兩個(gè)供電觸點(diǎn)，所述供電觸點(diǎn)與所述舵機(jī)的內(nèi)部供電電路連接，在所述機(jī)架上設(shè)置有供電軌道，各所述舵機(jī)上的所述供電觸點(diǎn)通過(guò)所述供電軌道獲得供電。
[0007]所述第一履帶組件和第二履帶組件還包括鏈軌，各所述磁吸附單元緊固連接在所述鏈軌的外側(cè);所述橡膠履帶的內(nèi)側(cè)與各所述磁吸附單元緊固連接;所述鏈軌由主動(dòng)輪、從動(dòng)輪和壓鏈輪共同撐起，所述主動(dòng)輪和從動(dòng)輪均通過(guò)傳動(dòng)軸與所述機(jī)架連接，所述壓鏈輪為多個(gè)且間隔轉(zhuǎn)動(dòng)連接在連桿上，所述連桿通過(guò)兩個(gè)伸縮桿與履帶部支架連接;所述第一履帶組件上的所述履帶部支架與所述伸縮缸的輸出端連接;所述第二履帶組件上的所述履帶部支架與所述第二懸架結(jié)構(gòu)連接。
[0008]在所述機(jī)架上靠近所述主動(dòng)輪和從動(dòng)輪的位置分別設(shè)置一NFC傳感器，在各所述舵機(jī)的控制板上均內(nèi)嵌有NFC芯片;所述NFC傳感器與所述控制器電連接，將進(jìn)入自身探測(cè)范圍的磁吸附單元的信息實(shí)時(shí)傳輸給所述控制器，所述控制器對(duì)靠近主動(dòng)輪的NFC傳感器和靠近從動(dòng)輪的NFC傳感器所探測(cè)到的磁吸附單元實(shí)施充磁或消磁控制。
[0009]本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn):1、本發(fā)明采用四履帶組件式結(jié)構(gòu)，其中的兩個(gè)履帶組件用于在壁面上前進(jìn)及后退，另外兩個(gè)履帶組件用于在壁面上左右行走，從而使本發(fā)明具備多方向運(yùn)動(dòng)的能力。2、本發(fā)明控制器可通過(guò)藍(lán)牙信號(hào)隨時(shí)控制磁吸附單元的充、消磁狀態(tài)，因此可以方便地對(duì)本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)方向進(jìn)行切換，具體地，當(dāng)本發(fā)明沿豎直方向行走時(shí)，伸縮缸伸出，此時(shí)第一履帶組件與壁面貼合，且貼合面處的磁吸附單元全部處于充磁狀態(tài)，而第二履帶組件懸空，第二履帶組件的所有磁吸附單元均為消磁狀態(tài)；當(dāng)本發(fā)明需要沿水平方向行走時(shí)，將第二履帶組件下方的所有磁吸附單元切換至充磁狀態(tài)，同時(shí)伸縮缸收縮，當(dāng)?shù)诙膸Р考c壁面貼合時(shí)，將第一履帶組件底部的磁吸附單元全部切換為消磁狀態(tài)，然后伸縮缸繼續(xù)收縮，從而將第一履帶組件懸空抬起;至此，完成本發(fā)明從豎直行走狀態(tài)到水平行走狀態(tài)的切換，通過(guò)第二履帶組件的滾動(dòng)，可以沿水平方向正常行進(jìn)。3、本發(fā)明采用履帶組件作為行走部件，可以自適應(yīng)不同的曲面壁面，并具備很好的越障能力，大大提升了該設(shè)備在工業(yè)領(lǐng)域的使用場(chǎng)景。4、本發(fā)明配置六自由度靈活機(jī)械臂，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)壁面的清洗、除銹、噴漆和檢測(cè)等多個(gè)動(dòng)作。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011 ]圖2是本發(fā)明機(jī)架的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖3是本發(fā)明履帶組件的示意圖；
[0013]圖4是本發(fā)明履帶組件平面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖5是本發(fā)明磁吸附單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[00?5]圖6是圖5中A-A截面的剖面示意圖；
[0016]圖7是本發(fā)明磁吸附單元省略前蓋后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖8是本發(fā)明磁吸附單元處于充磁狀態(tài)的示意圖；
[0018]圖9是本發(fā)明磁吸附單元處于消磁狀態(tài)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0020]如圖1所示，本發(fā)明包括機(jī)架10，機(jī)架10為矩形框結(jié)構(gòu)，其包括第一側(cè)、與第一側(cè)相對(duì)的第二側(cè)、第三側(cè)以及與第三側(cè)相對(duì)的第四側(cè)。在機(jī)架10的第一側(cè)和第二側(cè)對(duì)稱設(shè)置有一對(duì)第一履帶組件20，用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明在垂直壁面上的吸附及沿豎直方向的行走。在機(jī)架10的第三側(cè)和第四側(cè)對(duì)稱設(shè)置有一對(duì)第二履帶組件40，用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明在垂直壁面上的吸附以及沿水平方向的行走。在機(jī)架10的頂部安裝有機(jī)械臂50，用于實(shí)施對(duì)壁面的清洗、除銹、噴漆和檢測(cè)等動(dòng)作。
[0021]如圖2所示，機(jī)架10的第一側(cè)和第二側(cè)上設(shè)置有懸架結(jié)構(gòu)11，懸架結(jié)構(gòu)11與第一履帶組件20之間通過(guò)伸縮缸12連接;機(jī)架10的第三側(cè)和第四側(cè)上設(shè)置有懸架結(jié)構(gòu)13，懸架結(jié)構(gòu)13與第二履帶組件40固定連接。
[0022]本發(fā)明的第一履帶組件20和第二履帶組件40采用相同的結(jié)構(gòu)，下面僅以第一履帶組件20進(jìn)行說(shuō)明。如圖3、圖4所示，第一履帶組件20包括鏈軌21、橡膠履帶22和磁吸附單元23，其中，磁吸附單元23為多個(gè)，間隔緊固連接在鏈軌21的外側(cè);橡膠履帶22的內(nèi)側(cè)與各磁吸附單元23緊固連接。鏈軌由主動(dòng)輪24、從動(dòng)輪25和壓鏈輪26共同撐起，其中，主動(dòng)輪24和從動(dòng)輪25均通過(guò)傳動(dòng)軸與機(jī)架10連接，壓鏈輪26為多個(gè)，間隔轉(zhuǎn)動(dòng)連接在連桿27上，連桿27通過(guò)兩個(gè)伸縮桿28、29與履帶部支架30連接。履帶部支架30與伸縮缸12的輸出端緊固連接。
[0023]如圖5?7所示，磁吸附單元23包括圓柱形永磁體231、左軛鐵232、右軛鐵233、上隔磁塊234和下隔磁塊235，其中，圓柱形永磁體231可轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置在由左軛鐵232、右軛鐵233、上隔磁塊234和下隔磁塊235合圍成的空心筒中，空心筒的一端緊固連接有后蓋板236，空心筒的另一端設(shè)置有前蓋237，在前蓋237內(nèi)設(shè)置有舵機(jī)238，舵機(jī)238的輸出端通過(guò)聯(lián)軸器239與圓柱形永磁體231連接。舵機(jī)238具有0°和90°兩個(gè)角度狀態(tài)，當(dāng)舵機(jī)238處于0°角度狀態(tài)時(shí)，圓柱形永磁體231的N極和S極位于水平方向(如圖8所示)，磁力線從N極出發(fā)，通過(guò)左軛鐵232、壁面60以及右軛鐵233達(dá)到S極，形成閉合;此時(shí)，磁吸附單元23為充磁狀態(tài)，磁吸附單元23在充磁狀態(tài)下會(huì)對(duì)壁面產(chǎn)生吸力。當(dāng)舵機(jī)238處于90°角度狀態(tài)時(shí)，圓柱形永磁體231的N極和S極處于垂直方向(如圖9所示)，磁力線從N極出發(fā)，分別通過(guò)左軛鐵232和右軛鐵233到達(dá)S極，形成兩個(gè)閉合回路;此時(shí)，磁吸附單元23為消磁狀態(tài)，磁力線回路繞開壁面，磁吸附單元23對(duì)壁面60不產(chǎn)生吸力。
[0024]舵機(jī)238的兩個(gè)角度狀態(tài)由控制板241發(fā)出的控制信號(hào)決定，控制板241上設(shè)置有藍(lán)牙通信模塊，使控制板241能夠通過(guò)藍(lán)牙信號(hào)與安裝在機(jī)架10上的控制器(圖中未示出)傳遞信號(hào)，控制器可根據(jù)實(shí)際工況需要遠(yuǎn)程控制各磁吸附單元23在充磁狀態(tài)和消磁狀態(tài)之間進(jìn)行切換。
[0025]上述實(shí)施例中，在機(jī)架10上靠近主動(dòng)輪24和從動(dòng)輪25的位置分別安裝一個(gè)NFC傳感器，在每一舵機(jī)238的控制板241上內(nèi)嵌有NFC芯片。在本發(fā)明前進(jìn)過(guò)程中，當(dāng)某一磁吸附單元23向主動(dòng)輪24靠近得足夠近時(shí)，NFC傳感器通過(guò)NFC芯片識(shí)別出該磁吸附單元，并將識(shí)另Ij信息發(fā)送給控制器，控制器收到識(shí)別信息后向舵機(jī)238的控制板241下達(dá)控制指令，使舵機(jī)238切換至充磁狀態(tài)；當(dāng)某一磁吸附單元23向從動(dòng)輪25靠近得足夠近時(shí)，NFC傳感器通過(guò)NFC芯片識(shí)別出該磁吸附單元，并將識(shí)別信息發(fā)送給控制器，控制器收到識(shí)別信息后向舵機(jī)238的控制板241下達(dá)控制指令，使舵機(jī)238切換至消磁狀態(tài)。而本發(fā)明后退過(guò)程中則采用相反的控制流程，即:當(dāng)某一磁吸附單元23向從動(dòng)輪25靠近得足夠近時(shí)，NFC傳感器通過(guò)NFC芯片識(shí)別出該磁吸附單元，并將識(shí)別信息發(fā)送給控制器，控制器收到識(shí)別信息后向舵機(jī)238的控制板241下達(dá)控制指令，使舵機(jī)238切換至充磁狀態(tài)；當(dāng)某一磁吸附單元23向主動(dòng)輪24靠近得足夠近時(shí)，NFC傳感器通過(guò)NFC芯片識(shí)別出該磁吸附單元，并將識(shí)別信息發(fā)送給控制器，控制器收到識(shí)別信息后向舵機(jī)238的控制板241下達(dá)控制指令，使舵機(jī)238切換至消磁狀態(tài)。
[0026]上述實(shí)施例中，可以在磁吸附單元23的前蓋237上設(shè)置正負(fù)極兩個(gè)供電觸點(diǎn)240，供電觸點(diǎn)240與舵機(jī)238的內(nèi)部供電電路連接，在機(jī)架10上設(shè)置有供電軌道(圖中未示出)，各舵機(jī)238上的供電觸點(diǎn)240通過(guò)供電軌道獲得供電。
[0027]上述實(shí)施例中，機(jī)械臂50為六自由度機(jī)械臂，可以在六自由度機(jī)械臂的末端安裝不同的終端執(zhí)行器，從而完成清洗、除銹、噴漆和檢測(cè)等工作。
[0028]本發(fā)明的特點(diǎn)是具備多方向行走的能力，當(dāng)本發(fā)明沿豎直方向行走時(shí)，伸縮缸12伸出，此時(shí)第一履帶組件20與壁面貼合，且貼合面處的磁吸附單元23全部處于充磁狀態(tài)，而第二履帶組件40懸空，第二履帶組件40的所有磁吸附單元23均為消磁狀態(tài)。當(dāng)本發(fā)明需要沿水平方向行走時(shí)，將第二履帶組件40下方的所有磁吸附單元23切換至充磁狀態(tài)，同時(shí)伸縮缸12收縮，當(dāng)?shù)诙膸Р考c壁面貼合時(shí)，將第一履帶組件20底部的磁吸附單元23全部切換為消磁狀態(tài)，然后伸縮缸12繼續(xù)收縮，從而將第一履帶組件20懸空抬起。至此，完成了本發(fā)明從豎直行走狀態(tài)到水平行走狀態(tài)的切換，通過(guò)第二履帶組件40的滾動(dòng)，可以沿水平方向正常行進(jìn)。
[0029]需要特別說(shuō)的是，作為一個(gè)等效的替代方案，本發(fā)明也可以將伸縮缸設(shè)置在懸架結(jié)構(gòu)13與第二履帶組件40之間，而第一懸架結(jié)構(gòu)11與第一履帶組件20采用直接連接的方式。該替代方案中所能達(dá)到的功能與前述方案等效。
[0030]本發(fā)明僅以上述實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，各部件的結(jié)構(gòu)、設(shè)置位置及其連接都是可以有所變化的，在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，凡根據(jù)本發(fā)明原理對(duì)個(gè)別部件進(jìn)行的改進(jìn)和等同變換，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種可自由平動(dòng)的履帶式爬壁機(jī)器人，其特征在于:它包括機(jī)架，所述機(jī)架包括第一偵叭與第一側(cè)相對(duì)的第二側(cè)、第三側(cè)以及與第三側(cè)相對(duì)的第四側(cè);在所述機(jī)架的第一側(cè)和第二側(cè)相對(duì)設(shè)置有第一履帶組件，在所述機(jī)架的第三側(cè)和第四側(cè)相對(duì)設(shè)置有第二履帶組件；在所述機(jī)架的第一側(cè)和第二側(cè)設(shè)置有第一懸架結(jié)構(gòu)，所述第一懸架結(jié)構(gòu)通過(guò)伸縮缸與第一履帶組件連接;在所述機(jī)架的第三側(cè)和第四側(cè)設(shè)置有第二懸架結(jié)構(gòu)，所述第二懸架結(jié)構(gòu)與所述第二履帶組件固定連接； 所述第一履帶組件和第二履帶組件均包括橡膠履帶和多個(gè)與所述履帶緊固連接的磁吸附單元，所述磁吸附單元包括圓柱形永磁體、左軛鐵、右軛鐵、上隔磁塊、下隔磁塊和舵機(jī)，所述圓柱形永磁體轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置在由所述左軛鐵、右軛鐵、上隔磁塊和下隔磁塊合圍成的空心筒中，所述空心筒的一端緊固連接有后蓋板，所述舵機(jī)的輸出端通過(guò)聯(lián)軸器與所述圓柱形永磁體連接;所述舵機(jī)具有0°和90°兩個(gè)角度狀態(tài);所述舵機(jī)處于0°角度狀態(tài)時(shí)，所述圓柱形永磁體的N極和S極位于與壁面平行的方向；所述舵機(jī)處于90°狀態(tài)時(shí)，所述圓柱形永磁體的N極和S極位于與壁面垂直的方向。2.如權(quán)利要求1所述的一種可自由平動(dòng)的履帶式爬壁機(jī)器人，其特征在于:所述舵機(jī)的控制板上設(shè)置有藍(lán)牙通信模塊，所述控制板與安裝在所述機(jī)架上的控制器通過(guò)藍(lán)牙連接。3.如權(quán)利要求1所述的一種可自由平動(dòng)的履帶式爬壁機(jī)器人，其特征在于:所述舵機(jī)設(shè)置在與所述空心筒緊固連接的前蓋中，在所述前蓋上設(shè)置正負(fù)極兩個(gè)供電觸點(diǎn)，所述供電觸點(diǎn)與所述舵機(jī)的內(nèi)部供電電路連接，在所述機(jī)架上設(shè)置有供電軌道，各所述舵機(jī)上的所述供電觸點(diǎn)通過(guò)所述供電軌道獲得供電。4.如權(quán)利要求2所述的一種可自由平動(dòng)的履帶式爬壁機(jī)器人，其特征在于:所述第一履帶組件和第二履帶組件還包括鏈軌，各所述磁吸附單元緊固連接在所述鏈軌的外側(cè);所述橡膠履帶的內(nèi)側(cè)與各所述磁吸附單元緊固連接;所述鏈軌由主動(dòng)輪、從動(dòng)輪和壓鏈輪共同撐起，所述主動(dòng)輪和從動(dòng)輪均通過(guò)傳動(dòng)軸與所述機(jī)架連接，所述壓鏈輪為多個(gè)且間隔轉(zhuǎn)動(dòng)連接在連桿上，所述連桿通過(guò)兩個(gè)伸縮桿與履帶部支架連接;所述第一履帶組件上的所述履帶部支架與所述伸縮缸的輸出端連接;所述第二履帶組件上的所述履帶部支架與所述第二懸架結(jié)構(gòu)連接。5.如權(quán)利要求4所述的一種可自由平動(dòng)的履帶式爬壁機(jī)器人，其特征在于:在所述機(jī)架上靠近所述主動(dòng)輪和從動(dòng)輪的位置分別設(shè)置一 NFC傳感器，在各所述舵機(jī)的控制板上均內(nèi)嵌有NFC芯片；所述NFC傳感器與所述控制器電連接，將進(jìn)入自身探測(cè)范圍的磁吸附單元的信息實(shí)時(shí)傳輸給所述控制器，所述控制器對(duì)靠近主動(dòng)輪的NFC傳感器和靠近從動(dòng)輪的NFC傳感器所探測(cè)到的磁吸附單元實(shí)施充磁或消磁控制。
【文檔編號(hào)】B62D55/065GK105923061SQ201610350420
【公開日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年5月24日
【發(fā)明人】邵萌, 許華旸
【申請(qǐng)人】邵萌