CN108482503B - 一种磁吸轮履式爬壁机器人越障机构 - Google Patents

Abstract

本发明属于爬壁机器人技术领域，尤其是一种磁吸轮履式爬壁机器人越障机构。本发明采用履带式和轮式运动机构结合起来，在导磁壁面及壁面上的障碍物上行走时，互相配合运动，运动过程中，增大了爬壁机器人的吸附力、负重能力和越障能力，增强了其行走越过障碍的安全性和灵活性，提高了工作效率，节约了工作成本。

Description

一种磁吸轮履式爬壁机器人越障机构

技术领域

本发明属于爬壁机器人技术领域，尤其是一种磁吸轮履式爬壁机器人越障机构。

背景技术

磁吸爬壁机器人是移动机器人领域的一个分支，它把地面移动机器人技术与磁吸附技术结合起来，可在钢质导磁壁面上附着爬行，并能携带工具完成一定的作业任务，大大扩展了机器人的应用范围。目前，磁吸爬壁机器人主要应用于核工业、石化工业、造船业、水下、消防部门及侦查活动等，对于石化工业、电厂、造船业水下作业等行业中工作面的清洗和检测工作，由人工来完成，工人的工作环境恶劣且有一定的危险，工作效率也很低。磁吸爬壁机器人的使用将很大程度降低危险行业的人力成本，改善工人的劳动环境，提高劳动生产率。

中国专利文献CN102923205B公开了一种管道形锅炉管壁焊接用爬壁机器人行走机构，包括轴向行走机构、周向行走机构和磁吸附机构，所述轴向行走机构装在底盘上，周向行走机构装在底盘两侧，磁吸附机构装在底盘下方；本发明采用履带式运动机构和轮式运动机构具有较强的负载能力，同时磁吸附机构采用双稳态永磁结构来实现通磁和断磁两种状态的切换，磁力的变化是逐步可调的，和整个机构在轴向运动时所要克服的阻力成正比，避免了阻力过大影响机器人行走的特点，增加了爬壁机器人行走的安全性和灵活性，满足管道形锅炉管壁焊接过程中对焊接机器人在管道形锅炉管壁圆周切线方向和管道轴线方向双向移动的同时又具有较高吸附力的要求，提高了工作效率。

目前，磁吸爬壁机器人主要有轮式磁吸爬壁机器人、履带式磁吸爬壁机器人及其他磁吸类爬壁机器人。轮式吸附装置包括两个或多个永磁轮，磁性轮由永磁体和轭铁构成，在工作时磁轮与导磁壁面之间构成闭合的磁路，该类型的机器人的优点是吸附装置和驱动机构结合在一块，结构上比较简单，爬行速度快、控制灵活，其缺点是磁轮与壁面之间的接触面积小，吸附力比较小，不能负重，易脱落。履带式磁吸爬壁机器人一般采用单车双履带结构，在链条上镶嵌永磁单元为机器人提供爬行时所需的吸附力，其优点是吸附力大，有一定越障能力，缺点是运动不灵活，不易转弯，转弯时易划伤壁面。其它类有足式、仿生类、电磁式等，因其对使用环境要求较高不能满足人们的作业需求并没有被广泛使用。

现有轮式磁吸爬壁机器人由于磁轮与壁面接触面积小吸附力弱，易导致吸附不稳发生脱落且不能负重，限制其使用范围，且在越障时易因为吸附力弱发生翻车脱落；而现有履带式磁吸爬壁机器人不易转向，且转向时易划伤壁面，对于有涂层类壁面无法使用此类爬壁机器人。

发明内容

本发明的目的是提供一种磁吸轮履式爬壁机器人越障机构，所述的越障机构采用永磁体轮与磁性履带相结合的方式，在钢质导磁壁面及壁面上的障碍物上行走时，互相配合运动，运动过程中增大爬壁机器人的吸附力、负重能力和越障能力，也解决其运动不灵活、不易转向且转向时易划伤导磁壁面的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种磁吸轮履式爬壁机器人越障机构，所述的越障机构包括水平平行放置的前后永磁体轮车架，永磁体轮车架的两侧分别水平固定设置有履带车架；

永磁体轮从动轮支架一端轴承转动安装在前永磁体轮车架中部，另一端固定安装左斜齿轮，其底部固定设置有永磁体轮从动轴，永磁体轮从动轴两端分别轴承转动安装永磁体轮从动轮，左斜齿轮与调高齿轮一侧啮合，调高齿轮另一侧与右斜齿轮啮合，右斜齿轮安装在永磁体轮驱动轮支架一端，另一端轴承转动安装在后永磁体轮车架中部，其底部固定设置有永磁体轮驱动轴，永磁体轮驱动轴两端分别轴承转动安装永磁体轮驱动轮，永磁体轮驱动轮及从动轮都包括轭铁，轭铁外嵌套设永磁铁圈，永磁铁圈外包覆有橡胶圈，轭铁嵌套在永磁体轮驱动轮及从动轮轴承外圈上；调高齿轮固定安装在调高齿轮轴一端上，调高齿轮轴另一端依次连接调高减速器、调高电机，调高减速器、调高电机固定安装在调高电机及永磁体轮驱动轮驱动电机座上，调高电机及永磁体轮驱动轮驱动电机座上还安装有工作机械臂、永磁体轮驱动轮驱动电机及永磁体轮驱动轮减速器，永磁体轮驱动轮驱动链条一端与永磁体轮驱动轮减速器输出端连接，另一端连接永磁体轮驱动轴；

履带车架上均布设置有张紧弹簧，张紧弹簧顶部转动安装有履带上导向轮，履带车架前部转动安装有履带从动轮，其后部转动连接有履带驱动轮，履带车架底部均布固定安装有履带下导向轮组连接轴承，履带下导向轮组连接轴承与履带下导向轮组安装架竖直方向转动连接，履带下导向轮组安装架两端分别转动安装有履带下导向轮，橡胶履带依次套设在履带上导向轮、履带从动轮、履带下导向轮及履带驱动轮上转动链接，履带驱动轮中心处固定设置的履带驱动轮驱动轴一端向永磁体轮车架侧延伸出来且其上设置履带驱动轮从动链轮，履带驱动轮从动链轮与履带驱动轮驱动链条一端连接，履带驱动轮驱动链条另一端与履带驱动轮驱动链轮连接，履带驱动轮驱动链轮安装在履带驱动轮减速器输出轴上，履带驱动轮减速器与履带驱动轮驱动电机输出端连接且都安装在后永磁体轮车架后部的履带驱动轮驱动电机座上，橡胶履带上均布镶嵌有永磁块，永磁块上粘贴有橡胶层。

进一步，所述的调高电机及永磁体轮驱动轮驱动电机座关于永磁体轮车架中心对称分布且分别固定在左右履带车架的内侧。

进一步，所述的橡胶履带的底部与导磁壁面的高度为5mm-10mm，在平整的导磁壁面上运动时，由永磁体轮驱动轮及从动轮吸附于壁面运动，可以做到运动灵活，转向便捷，在遇到障碍物或者凹凸不平壁面时，调高齿轮转动收起四个永磁体轮，主要由橡胶履带吸附于壁面运动，吸附牢固，不易发生翻转脱落。

进一步，所述的履带下导向轮组安装架两端分别转动安装有履带下导向轮，在遇到障碍物或者凹凸不平壁面时，可实现前后两个履带下导向轮水平落差，减小橡胶履带与壁面间的空隙，增大橡胶履带与壁面间吸附力。

进一步，所述的履带驱动轮驱动电机座两端分别固定在左右履带车架的内侧。

本发明相比现有技术的有益效果：

本发明采用履带式和轮式运动机构结合起来，在导磁壁面及壁面上的障碍物上行走时，互相配合运动，运动过程中，增大了爬壁机器人的吸附力、负重能力和越障能力，增强了其行走越过障碍的安全性和灵活性，提高了工作效率，节约了工作成本。具体来说：

1、与磁吸轮式爬壁机器人相比，由于两侧双履带皆距离导磁壁面5mm-10mm,悬空设置，在壁面由四个永磁体轮吸附于导磁壁面运动，采用差动驱动方式，运动灵活，转向便捷，解决了磁吸履带式爬壁机器人的不易转向及划伤壁面等问题，当遇到障碍物时，调高齿轮转动收起四个永磁体轮，由履带吸附于壁面运动，吸附牢固不易发生翻转脱落，增大了该机器人与导磁壁面间的吸附力。

2、下履带导向轮两个一组轴承活动连接于车架，翻越障碍物时一个轮子升高另一个轮子下降，减小了履带与导磁壁面的距离，使其吸附力更大。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图。

图2为本发明的俯视结构示意图。

图3为本发明的右视结构示意图。

图4为本发明中磁吸履式爬壁机器人越障机构的结构示意图。

图5为本发明中磁吸轮式爬壁机器人越障机构的结构示意图。

图2、3、4、5中：1-工作机械臂；2-张紧弹簧；3-履带上导向轮；4-永磁块；5-橡胶层；6-橡胶履带；7-履带驱动轮；8-履带车架；9-履带下导向轮组连接轴承；10-履带下导向轮；11-履带驱动轮驱动电机；12-履带驱动轮减速器；13-履带驱动轮驱动链条；14-履带驱动轮驱动轴；

15-永磁体轮车架；16-永磁体轮从动轮支架；17-左斜齿轮；18-永磁体轮从动轴；181-永磁体轮从动轮；19-轭铁；20-永磁铁圈；21-橡胶圈；22-永磁体轮驱动轮支架；23-右斜齿轮；24-永磁体轮驱动轴；241-永磁体轮驱动轮；25-调高齿轮轴；26-调高齿轮；27-调高减速器；28-调高电机；29-永磁体轮驱动轮驱动电机；30-永磁体轮驱动轮减速器；31-永磁体轮驱动轮驱动链条；32-调高电机及永磁体轮驱动轮驱动电机座；33-履带驱动轮驱动电机座。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明进行进一步的详细说明。

如图1-5所示，一种磁吸轮履式爬壁机器人越障机构，所述的越障机构包括水平平行前后放置的永磁体轮车架15，永磁体轮车架15的两侧分别水平固定设置有履带车架8；

永磁体轮从动轮支架16一端轴承转动安装在前永磁体轮车架15中部，另一端固定安装有左斜齿轮17，其底部固定设置有永磁体轮从动轴18，永磁体轮从动轴18两端分别轴承转动安装永磁体轮从动轮181，左斜齿轮17与调高齿轮26一侧啮合，调高齿轮26另一侧与右斜齿轮23啮合，右斜齿轮23安装在永磁体轮驱动轮支架22一端，另一端轴承转动安装在后永磁体轮车架15中部，其底部固定设置有永磁体轮驱动轴24，永磁体轮驱动轴24两端分别轴承转动安装永磁体轮驱动轮241，永磁体轮驱动轮241及从动轮181都包括轭铁19，轭铁19外嵌套设永磁铁圈20，永磁铁圈20外包覆有橡胶圈21，轭铁19嵌套在永磁体轮驱动轮241及从动轮181轴承外圈上，增大与壁面的摩擦系数；

调高齿轮26固定安装在调高齿轮轴25一端上，调高齿轮轴25另一端依次连接调高减速器27、调高电机28，调高减速器27、调高电机28固定安装在调高电机及永磁体轮驱动轮驱动电机座32上，调高电机及永磁体轮驱动轮驱动电机座32关于永磁体轮车架15中部对称分布且分别固定在左右履带车架8的内侧，调高电机及永磁体轮驱动轮驱动电机座32上还安装有工作机械臂1、永磁体轮驱动轮驱动电机29及永磁体轮驱动轮减速器30，永磁体轮驱动轮驱动链条31一端与永磁体轮驱动轮减速器30输出端连接，另一端连接永磁体轮驱动轴24；

履带车架8上均布设置有张紧弹簧2，张紧弹簧2顶部转动安装有履带上导向轮3，起到张紧橡胶履带6，对橡胶履带6转动起到导向作用；

履带车架8前部转动安装有履带从动轮，其后部转动连接有履带驱动轮7，履带从动轮、履带驱动轮7分别与橡胶履带6通过链齿啮合转动；

履带车架8底部均布固定安装有履带下导向轮组连接轴承9，履带下导向轮组连接轴承9与履带下导向轮组安装架竖直方向转动连接，履带下导向轮组安装架两端分别转动安装有履带下导向轮10，在遇到障碍物或者凹凸不平壁面时，履带下导向轮组连接轴承9灵活转动，使前后两个履带下导向轮10实现了高低落差，减小了橡胶履带6与壁面间的空隙，增大了橡胶履带6与壁面间吸附力，达到更强的越障能力；

橡胶履带6依次套设在履带上导向轮3、履带从动轮、履带下导向轮10及履带驱动轮7上转动链接，履带驱动轮7中心处固定设置的履带驱动轮驱动轴14一端向永磁体轮车架15侧延伸出来且其上设置履带驱动轮从动链轮，履带驱动轮从动链轮与履带驱动轮驱动链条13一端连接，履带驱动轮驱动链条13另一端与履带驱动轮驱动链轮连接，履带驱动轮驱动链轮安装在履带驱动轮减速器12的输出轴上，履带驱动轮减速器12的输入轴与履带驱动轮驱动电机11的输出轴通过法兰用螺栓连接，且都安装在永磁体轮车架15后部的履带驱动轮驱动电机座33上，履带驱动轮驱动电机座33两端分别固定在左右履带车架8的内侧；

橡胶履带6上均布镶嵌有永磁块4，永磁块4上粘贴有橡胶层5，增加与壁面摩擦系数。

橡胶履带6的底部与导磁壁面的高度为5mm-10mm，在平整的导磁壁面上运动时，由永磁体轮驱动轮及从动轮吸附于壁面运动，做到运动灵活，转向便捷，在遇到障碍物或者凹凸不平壁面时，调高齿轮26转动收起四个永磁体轮，主要由橡胶履带6吸附于壁面运动，吸附牢固，不易发生翻转脱落。

以上所述实施例是对本发明创造技术方案的说明而非限制，所属技术领域普通技术人员的等同替换或者根据现有技术而做的其它修改，只要没超出本发明创造技术方案的思路和范围，均应包含在本发明创造所要求的权利范围之内。

Claims (6)

1.一种磁吸轮履式爬壁机器人越障机构，其特征在于：所述的越障机构包括水平平行前后放置的永磁体轮车架（15），永磁体轮车架（15）的两侧分别水平固定设置有履带车架（8）；

永磁体轮从动轮支架（16）一端轴承转动安装在前永磁体轮车架（15）中部，另一端固定安装有左斜齿轮（17），其底部固定设置有永磁体轮从动轴（18），永磁体轮从动轴（18）两端分别轴承转动安装永磁体轮从动轮（181），左斜齿轮（17）与调高齿轮（26）一侧啮合，调高齿轮（26）另一侧与右斜齿轮（23）啮合，右斜齿轮（23）安装在永磁体轮驱动轮支架（22）一端，另一端轴承转动安装在后永磁体轮车架（15）中部，其底部固定设置有永磁体轮驱动轴（24），永磁体轮驱动轴（24）两端分别轴承转动安装永磁体轮驱动轮（241），永磁体轮驱动轮（241）及从动轮（181）都包括轭铁（19），轭铁（19）外嵌套设永磁铁圈（20），永磁铁圈（20）外包覆有橡胶圈（21），轭铁（19）嵌套在永磁体轮驱动轮（241）及从动轮（181）轴承外圈上；

调高齿轮（26）固定安装在调高齿轮轴（25）一端上，调高齿轮轴（25）另一端依次连接调高减速器（27）、调高电机（28），调高减速器（27）、调高电机（28）固定安装在调高电机及永磁体轮驱动轮驱动电机座（32）上，调高电机及永磁体轮驱动轮驱动电机座（32）上还安装有永磁体轮驱动轮驱动电机（29）及永磁体轮驱动轮减速器（30），永磁体轮驱动轮驱动链条（31）一端与永磁体轮驱动轮减速器（30）输出端连接，另一端连接永磁体轮驱动轴（24）；

履带车架（8）上均布设置有张紧弹簧（2），张紧弹簧（2）顶部转动安装有履带上导向轮（3），履带车架（8）前部转动安装有履带从动轮，其后部转动连接有履带驱动轮（7），履带车架（8）底部均布固定安装有履带下导向轮组连接轴承（9），履带下导向轮组连接轴承（9）与履带下导向轮组安装架竖直方向转动连接，履带下导向轮组安装架两端分别转动安装有履带下导向轮（10），橡胶履带（6）依次套设在履带上导向轮（3）、履带从动轮、履带下导向轮（10）及履带驱动轮（7）上转动链接，履带驱动轮（7）中心处固定设置的履带驱动轮驱动轴（14）一端向永磁体轮车架（15）侧延伸出来且其上设置履带驱动轮从动链轮，履带驱动轮从动链轮与履带驱动轮驱动链条（13）一端连接，履带驱动轮驱动链条（13）另一端与履带驱动轮驱动链轮连接，履带驱动轮驱动链轮安装在履带驱动轮减速器（12）的输出轴上，履带驱动轮减速器（12）与履带驱动轮驱动电机（11）连接，且都安装在永磁体轮车架（15）后部的履带驱动轮驱动电机座（33）上，橡胶履带（6）上均布镶嵌有永磁块（4），永磁块（4）上粘贴有橡胶层（5）。

2.根据权利要求1所述的一种磁吸轮履式爬壁机器人越障机构，其特征在于：所述的调高电机及永磁体轮驱动轮驱动电机座（32）关于永磁体轮车架（15）中部对称分布且分别固定在左右履带车架（8）的内侧。

3.根据权利要求1或2所述的一种磁吸轮履式爬壁机器人越障机构，其特征在于：所述的调高电机及永磁体轮驱动轮驱动电机座（32）上还安装有工作机械臂（1）。

4.根据权利要求1所述的一种磁吸轮履式爬壁机器人越障机构，其特征在于：所述的橡胶履带（6）的底部与导磁壁面的高度为5mm-10mm，在平整的导磁壁面上运动时，由永磁体轮驱动轮及从动轮吸附于壁面运动，做到运动灵活，转向便捷，在遇到障碍物或者凹凸不平壁面时，调高齿轮（26）转动收起四个永磁体轮，由橡胶履带（6）吸附于壁面运动，吸附牢固，不易发生翻转脱落。

5.根据权利要求1所述的一种磁吸轮履式爬壁机器人越障机构，其特征在于：所述的履带驱动轮减速器（12）的输入轴与履带驱动轮驱动电机（11）的输出轴通过法兰用螺栓连接。

6.根据权利要求1所述的一种磁吸轮履式爬壁机器人越障机构，其特征在于：所述的履带驱动轮驱动电机座（33）两端分别固定在左右履带车架（8）的内侧。

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