一种新型的全驱动复合吸附式爬壁机器人制造技术

本发明专利技术属于特种机器人技术领域，具体来说是一种新型的全驱动复合吸附式爬壁机器人，包括爬行机构，爬行机构包括采用驱动转向一体化磁轮的前轮模块、采用永磁间隙吸附装置的后轮模块、连接前后轮的车架和安装在车架上的电机驱动控制器；爬行机构为三轮结构，三轮均为驱动轮，采用前轮受控转向、依靠两后轮的差速及前轮的受控转向实现在导磁壁面上的转向。本发明专利技术的优点在于爬行装置采用接触式磁轮吸附和非接触式间隙吸附的复合方式，三轮结构，所有车轮均为驱动轮，采用冗余控制转向方式，依靠两后轮的差速及前轮的受控转向实现在导磁壁面上的转向，通过前轮转向角度的精确控制提高了爬壁机器人转向精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于特种机器人
，具体来说是ー种新型的全驱动复合吸附式爬壁机器人。
技术介绍
磁吸附爬壁机器人是特种机器人的ー种，是设计用来在恶劣、危险、极限情况下、在导磁壁面上进行特定作业如焊接、打磨、检查、检测等的一种自动化机械装置，并且越来越受到人们的重视。目前磁吸附爬壁机器人已在核エ业、石化エ业、建筑エ业、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。爬壁机器人必须具有两个基本功能壁面吸附功能和移动功能。但是，这两者又是 矛盾的机器人的负载能力越强，要求爬壁机器人和导磁壁面间的吸附カ越大，但这也造成了爬壁机器人在运动时的阻カ越大，爬壁机器人的吸附能力和移动性能是矛盾的。现有的磁吸附爬壁机器人主要有磁足式爬壁机器人，磁轮式爬壁机器人，履带式磁吸附爬壁机器人，间隙吸附式爬壁机器人。磁足式爬壁机器人是靠磁足提供的吸附カ吸附在壁面上，由于其行走特点决定了其吸附カ必须可调，多采用电磁铁提供吸附力，如日本日立公司研制的八足磁吸附爬壁机器人。但是，磁足式爬壁机器人步法控制比较复杂，运动灵活性不好；另外，采用电磁铁提供吸附力，不仅需要消耗电能，还存在意外断电造成的安全隐患。磁轮式爬壁机器人是靠磁轮的吸附カ吸附在导磁壁面上。申请日为2004年I月5日、申请号为200410016429. 6的专利文献涉及的“磁轮吸附式爬壁机器人”，其技术方案为包括左轮结构、支承架、检测结构、滚轮、码盘、位置校正结构、右轮结构，左轮结构和右轮结构相同，对称固定在支承架的两侧，检测结构固定在支承架的前边，滚轮和码盘固定在支承架的中间，位置校正结构连接在支承架最右侧，其可适应壁面的曲率，绕支承架作一定角度的转动，在机器人运动过程中校正机器人的位姿。本专利技术可完成石油筒壁等危险环境中的焊缝检測。上述专利技术的特点是运动灵活性较好，但是由于磁轮的有效吸附面积小，磁能利用率不高，负载能力较差。履带式磁吸附爬壁机器人是靠安装在履带式移动机构上的吸块吸附在导磁壁面上。申请日为2000年I月26日、申请号为00200795. 9的专利文献涉及的“履带式永磁爬壁机构”，其主要技术方案为本爬行机构由车体，动カ部分和行走机构三部分组成，车体是ー个箱形柔性结构，在内部安装动カ部分，动カ部分是两个电动机及其減速机构，其输出轴分别带动车体两侧的主动链轮。行走机构安置在车体两侧，由主动链轮，导轮，永磁铁及链条张紧机构组成，每ー主动链轮带动三根封闭式链条，在三根链条之间的两个间隙处，沿链条全长视负重均匀布置永磁铁。其特点是负载能力强，但是其运动灵活性较差，特别是在进行转向运动时，由于履带和导磁壁面之间接触面积大，转向阻カ大，转向半径大，转向灵活性差。间隙吸附式爬壁机器人是靠安装在底盘上的与导磁壁面间具有一定间隙的永磁体吸附在导磁壁面上。申请日为2005年10月8日、申请号为200510086383. X的专利文献涉及的“轮式非接触磁吸附爬壁机器人”，其技术方案为包括轮式移动机构和永磁吸附装置，轮式移动机构包括底盘、安装在底盘上的驱动机构、由驱动机构驱动的驱动轮。所述驱动轮对称布置，采用差动驱动方式，依靠驱动轮的差速实现在导磁壁面上的转向；永磁吸附装置安装在所述底盘上，所述永磁吸附装置和导磁壁面间是非接触的，磁能利用率高，吸附能力強。上述专利特点是吸附カ大，但是由于所有的驱动轮都是不能相对车体转向的圆柱轮，转向阻カ大，转向灵活性差。综上所述，现有的爬壁机器人或者是运动灵活性较好而负载能力差，或者是负载能力强而运动灵活性差，未能较好地解决爬壁机器人移动和吸附的矛盾，综合性能不好。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服已有技术在运动灵活性和负载能力两方面综合性能的不足，解决爬壁机器人吸附和移动的矛盾，设计ー种全驱动复合吸附式爬壁机器人，使其在具 有强负载能力的同时能在壁面上灵活运动，综合性能较好，从而解决现有技术中存在的问题。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下 ー种新型的全驱动复合吸附式爬壁机器人，包括爬行机构，其特征在于所述爬行机构包括采用驱动转向一体化磁轮的前轮模块、采用永磁间隙吸附装置的后轮模块、连接前后轮的车架和安装在车架上的电机驱动控制器；爬行机构为三轮结构，三轮均为驱动轮，采用前轮受控转向、依靠两后轮的差速及前轮的受控转向实现在导磁壁面上的转向。后轮模块包括底盘、环绕车轮安装在后轮底盘上的永磁体、穿过底盘的两后轮、带动车轮的減速器、驱动减速器的直流电机，后轮模块的两后轮对称布置。前轮模块为驱动转向一体化磁轮，包括永磁体和车轮，前轮的永磁体采用沿厚度方向磁化的环形永磁体。进ー步的，驱动转向一体化磁轮装置具体包括车体固定框架、转台框架、转向驱动机构、车轮驱动机构和滚轮；所述车体固定框架和转台框架之间设置有一个被动的侧倾转动结构，转台框架和磁轮之间设置有独立转向结构；所述侧倾转动结构包括在转台框架前、后安装的侧倾转轴，以及在车体固定框架安装的自润滑滑动轴承；所述转台框架包括依次相连的转台下支撑板、转台支撑立柱、转台盖板和转台上支撑板；所述转向驱动机构包括转向电机安装板和安装在其上的转向驱动电机，转向驱动电机采用直流无刷盘式电机，电机输出轴接行星齿轮减速器，再通过ー级锥齿轮传动和一级圆柱齿轮传动带动转向轴；所述车轮驱动机构包括驱动电机安装板和安装在其上的车轮滚动驱动减速电机，电机输出轴接 行星齿轮减速器，通过同步带传动带动磁轮滚动；所述滚轮为磁轮，所述转向驱动电机和车轮滚动驱动减速电机互为独立的驱动结构；侧倾转轴一端安装在车体固定框架上，另一端转台下支撑板连接，转台上支撑板、转台支撑立柱和转台下支撑板连接，转台盖板与转台上支撑板连接，圆锥滚子轴承安装在两个支撑板上，转向轴支承在圆锥滚子轴承上，转向轴与60齿直齿齿轮连接，角度传感器输入轴与转向轴固接，角度传感器支撑杆与转台上支撑板连接，角度传感器与角度传感器支撑杆连接，转向电机安装板与转台上支撑板连接，转向减速电机与转向电机安装板连接，20齿直齿锥齿轮固接在转向减速电机输出轴上，与之相啮合的40齿直齿锥齿轮连接安装在锥齿轮轴上，锥齿轮轴由安装在转台上支撑板的第一深沟球轴承支承，锥齿轮轴的另ー侧与19齿直齿齿轮通过平键联接，19齿直齿齿轮与60齿直齿齿轮啮合，转向轴的下端与转向基板连接，车轮左侧安装板、车轮右侧安装板、驱动电机安装板与转向基板连接，驱动减速电机与驱动电机安装板连接，小同步带轮轴与驱动减速电机的输出轴固接，小同步带轮通过平键联接安装在小同步带轮轴上，前轮模块永磁体和车轮轭铁通过平键联接安装在车轮轴上，车轮轴通过第一深沟球轴承和第二深沟球轴承支承在车轮左侧安装板和车轮右侧安装板之间，大同步带轮通过平键联接安装在车轮轴的另 ー侧，大同步带轮和小同步带轮之间由同步带联接，张紧辊轮与张紧辊轮支撑杆之间通过螺钉连接，张紧辊轮支撑杆通过螺钉安装在车轮左侧安装板上，驱动减速电机与车轮轴之间通过同步带传动；转向驱动机构还包括转向轴，转向轴下部安装有车轮驱动机构及滚轮；所述转向轴线与车轮轴线垂直正交；所述驱动减速电机为直流有刷电机。进ー步的，所述的永磁间隙吸附装置环绕后轮安装在底盘上，所述永磁间隙吸附装置和导磁壁面间是非接触式的，通过调节底盘和导磁壁面之间的距离设定所述永磁吸附装置和导磁壁面间的气隙。进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.ー种新型的全驱动复合吸附式爬壁机器人，包括爬行机构，其特征在于所述爬行机构包括采用驱动转向一体化磁轮的前轮模块(I)、采用永磁间隙吸附装置的后轮模块(4)、连接前后轮的车架(2)和安装在车架(2)上的电机(16)驱动控制器(3);爬行机构为三轮结构，三轮均为驱动轮，采用前轮受控转向、依靠两后轮的差速及前轮的受控转向实现在导磁壁面上的转向； 后轮模块(4)包括底盘(6)、环绕车轮(7)安装在后轮底盘(6)上的永磁体(5)、穿过底盘(6)的两后轮、带动车轮(7)的減速器(12)、驱动减速器(12)的直流电机(10)，后轮模块 (4)的两后轮对称布置； 前轮模块(I)为驱动转向一体化磁轮，包括永磁体(5 )和车轮(7 )，前轮的永磁体(5 )采用沿厚度方向磁化的环形永磁体(5 )。2.根据权利要求I所述的ー种新型的全驱动复合吸附式爬壁机器人，其特征在于驱动转向一体化磁轮装置具体包括车体固定框架、转台框架、转向驱动机构、车轮驱动机构和滚轮；所述车体固定框架和转台框架之间设置有一个被动的侧倾转动结构，转台框架和磁轮之间设置有独立转向结构；所述侧倾转动结构包括在转台框架前、后安装的侧倾转轴，以及在车体固定框架安装的自润滑滑动轴承；所述转台框架包括依次相连的转台下支撑板、转台支撑立柱、转台盖板和转台上支撑板；所述转向驱动机构包括转向电机安装板和安装在其上的转向驱动电机，转向驱动电机采用直流无刷盘式电机，电机输出轴接行星齿轮减速器(9)，再通过ー级锥齿轮传动和一级圆柱齿轮传动带动转向轴(17);所述车轮驱动机构包括驱动电机安装板和安装在其上的车轮滚动驱动减速电机，电机输出轴接行星齿轮减速器(9)，通过同步带(11)传动带动磁轮滚动；所述滚轮为磁轮，所述转向驱动电机和车轮滚动驱动减速电机互为独立的驱动结构；侧倾转轴一端安装在车体固定框架上，另一端转台下支撑板连接，转台上支撑板、转台支撑立柱和转台下支撑板连接，转台盖板与转台上支撑板连接，圆锥滚子轴承安装在两个支撑板上，转向轴(17)支承在圆锥滚子轴承上，转向轴(17)与60齿直齿齿轮连接，角度传感器输入轴与转向轴(17)固...

【专利技术属性】
技术研发人员：桂仲成，陈博翁，张帆，李永龙，肖唐杰，姜周，徐立强，冯涛，吴建东，
申请(专利权)人：中国东方电气集团有限公司，
类型：发明
国别省市：