CN209972619U - 一种具备曲面吸附功能的两轮爬壁机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具备曲面吸附功能的两轮爬壁机器人，包括前驱动装置、后驱动装置和曲面自适应机构，所述的曲面自适应机构包括第一铰链支架、第二铰链支架和圆柱销，所述的第一铰链支架和第二铰链支架分别为凹凸形，其接触端侧面开设有通孔，所述的通孔内插入圆柱销配合连接，所述的第一铰链支架与第二铰链支架能够绕着圆柱销的轴线旋转，前驱动装置和后驱动装置具有相同的永磁轮吸附机构和动力传动机构，可以紧紧吸附在金属曲面上，前驱动装置上还安装有转向机构，用于控制转向。

Description

一种具备曲面吸附功能的两轮爬壁机器人

技术领域

本实用新型属于机器人的设计技术领域，具体涉及一种具备曲面吸附功能的两轮爬壁机器人。

背景技术

大多数爬壁机器人只适用于在平整的壁面上进行作业，能够较好地吸附在各种曲面上并能灵活移动的爬壁机器人较少，目前我国在大型油罐的表面检测、船舶除锈和大型建筑的表面清洁等领域主要采取的是人工作业，即工人搭建脚手架，手持工具完成作业。但人工作业存在工作周期长，效率低和危险性高等缺点。因此，研发爬壁机器人具有深远的意义和较高的应用价值。

爬壁机器人主要分为轮式、履带式和足式三大类。轮式爬壁机器人运动灵活、易于控制、转向力矩小，但是轮式爬壁机器人与壁面的接触面积较小，产生的吸附力有限，负载能力较差。履带式爬壁机器人与壁面接触面积大，能提供较大的吸附力，但是转向能力较差。足式爬壁机器人越障能力强，移动灵活，但是移动速度较慢且控制复杂。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种具备曲面吸附功能的两轮爬壁机器人。

为实现上述技术目的，本实用新型采取的技术方案为：

一种具备曲面吸附功能的两轮爬壁机器人，其中：包括前驱动装置、后驱动装置和曲面自适应机构，所述的曲面自适应机构包括第一铰链支架、第二铰链支架和圆柱销，所述的第一铰链支架设有凹体，第二铰链支架设有凸体，凸体和凹体侧面均开设有通孔，凸体能插入凹体中，所述的通孔内插入圆柱销，所述的第一铰链支架与第二铰链支架能够绕着圆柱销旋转，所述的第一铰链支架左端螺钉连接在前驱动装置的前车架右侧壁上，所述的第二铰链支架右端螺钉连接在后驱动装置的后车架左侧壁上，连接第二铰链支架和后车架的螺钉与后车架之间为间隙配合，使得第二铰链支架能够相对于后车架旋转，连接第一铰链支架和前车架的螺钉与前车架之间为间隙配合，使得第一铰链支架能够相对于前车架旋转；

所述的前驱动装置和后驱动装置包括结构相同的永磁轮吸附机构和动力传动机构，所述的永磁轮吸附机构包括永磁轮、长轴和几字形车架，所述的永磁轮中间开设有通孔，该通孔内插入长轴，所述的几字形车架包裹永磁轮并轴承连接在长轴上，所述的长轴上连接有第一平键；

所述的长轴一端连接有动力传动机构，所述的动力传动机构包括从动轮，所述的从动轮套装在长轴上并与长轴键连接，所述的从动轮通过第一平键带动长轴旋转，所述的几字形车架外侧面还安装有主动轮，所述的主动轮中间安装有伺服电机，所述的伺服电机与主动轮键连接，所述的主动轮与从动轮之间同步带连接并带动从动轮运转；

所述的前车架上还安装有转向机构，所述的转向机构包括减速步进电机、法兰盖、支撑轴和推力球轴承，所述的减速步进电机固定在前车架上，其输出轴穿过前车架与支撑轴通过第二平键连接，所述的支撑轴的下端面螺纹连接在几字形车架上端面，所述的法兰盖上端面螺纹连接在前车架下端面，所述的法兰盖下端面压在推力球轴承的上表面，所述的推力球轴承的大内径一端与法兰盖相接触，小内径一端与支撑轴相配合并压在几字形车架上端面，所述的减速步进电机的输出轴带动支撑轴转动，进而带动几字形车架控制永磁轮转向。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

上述的永磁轮吸附机构还包括张紧套和套杯。

上述的张紧套包括内衬套和外衬套，所述的外衬套的外壁套装在永磁轮的通孔上，所述的张紧套的内衬套的内孔与长轴相连接。

上述的外衬套和内衬套接触面为斜面，所述的内衬套和外衬套沿长轴方向通过螺钉连接，所述的外衬套通过旋转螺钉向内衬套移动，使内衬套与外衬套相互挤压，从而使永磁轮、两个张紧套和长轴连接在一起。

上述的套杯套装在长轴上永磁轮的两侧，所述的套杯与长轴接触部位卡装有一对第一深沟球轴承，所述的套杯螺纹连接于几字形车架外侧壁上。

上述的长轴两端分别安装有卡簧，所述的两个卡簧分别卡装在两个第一深沟球轴承的外侧面。

上述的两轮爬壁机器人还包括两个结构相同的张紧机构，其分别安装在前驱动装置的几字形车架和后驱动装置的后车架上，所述的张紧机构包括轴、支撑架、轴端挡圈和第二深沟球轴承，所述的支撑架螺栓连接在几字形车架上，所述的几字形车架和后车架上开设有与轴相匹配的滑槽，所述的轴水平放置，其一端安装在滑槽内，另一端套装有第二深沟球轴承，所述的第二深沟球轴承的外圈压在同步带上，所述的轴端挡圈套装在轴上的第二深沟球轴承外侧，其与轴螺栓连接。

上述的轴上表面开设有平面，所述的支撑架上开设有通孔，该通孔内插入螺钉，螺钉下端与轴上表面的平面相接触，螺钉上端与支撑架螺纹连接，调整螺钉的松紧使轴在滑槽内上下滑动，并带动第二深沟球轴承的外圈向下压紧或向上远离同步带。

上述的后驱动装置上的永磁轮吸附机构的几字形车架为后车架。

本实用新型一种具备曲面吸附功能的两轮爬壁机器人的有益效果：

(1)通过永磁轮吸附连接在金属壁面上，吸附力稳定。

(2)通过曲面自适应机构连接前后两个个爬行机构，可以大幅度提高爬行机器人在不同曲率金属壁面上运动。

(3)转向机构的设计，相比通过左右两链条的差速回转来实现转向的机构大大提高了转向的能力，并且简单易于实现。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是永磁轮吸附机构结构示意图；

图3是张紧机构结构示意图；

图4是转向机构结构示意图；

图5是曲面自适应机构结构示意图；

图6是本实用新型结构的工作示意图。

附图标记为：前驱动装置1、前车架11、后驱动装置2、后车架21、曲面自适应机构3、第一铰链支架31、第二铰链支架32、圆柱销33、永磁轮吸附机构4、永磁轮41、长轴42、几字形车架43、第一平键44、套杯45、外衬套46、内衬套47、第一深沟球轴承48、卡簧 49、动力传动机构5、从动轮51、主动轮52、伺服电机53、同步带54、转向机构6、减速步进电机61、法兰盖62、支撑轴63、推力球轴承64、第二平键66、张紧机构7、轴71、支撑架72、轴端挡圈73、第二深沟球轴承74、滑槽75。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例作进一步详细描述。

如图1一图6所示，一种具备曲面吸附功能的两轮爬壁机器人，其中：包括前驱动装置1、后驱动装置2和曲面自适应机构3，所述的曲面自适应机构3包括第一铰链支架31、第二铰链支架32和圆柱销33，所述的第一铰链支架31设有凹体，第二铰链支架32设有凸体，凸体和凹体侧面均开设有通孔，凸体能插入凹体中，所述的通孔内插入圆柱销33，所述的第一铰链支架31与第二铰链支架32能够绕着圆柱销33旋转，所述的第一铰链支架31左端螺钉连接在前驱动装置1的前车架11右侧壁上，所述的第二铰链支架32右端螺钉连接在后驱动装置2的后车架21左侧壁上，连接第二铰链支架32和后车架21的螺钉与后车架21之间为间隙配合，使得第二铰链支架32能够相对于后车架21旋转，连接第一铰链支架31和前车架 11的螺钉与前车架11之间为间隙配合，使得第一铰链支架31能够相对于前车架11旋转；

所述的前驱动装置1和后驱动装置2包括结构相同的永磁轮吸附机构4和动力传动机构 5，所述的永磁轮吸附机构4包括永磁轮41、长轴42和几字形车架43，所述的永磁轮41中间开设有通孔，该通孔内插入长轴42，所述的几字形车架43包裹永磁轮41并轴承连接在长轴42上，所述的长轴上连接有第一平键44；

所述的长轴42一端连接有动力传动机构5，所述的动力传动机构5包括从动轮51，所述的从动轮51套装在长轴42上并与长轴42键连接，所述的从动轮51通过第一平键44带动长轴42旋转，所述的几字形车架43外侧面还安装有主动轮52，所述的主动轮52中间安装有伺服电机53，所述的伺服电机53与主动轮52键连接，所述的主动轮52与从动轮51之间同步带54连接并带动从动轮51运转；

所述的前车架11上还安装有转向机构6，所述的转向机构6包括减速步进电机61、法兰盖62、支撑轴63和推力球轴承64，所述的减速步进电机61固定在前车架11上，其输出轴穿过前车架11与支撑轴63通过第二平键66连接，所述的支撑轴63的下端面螺纹连接在几字形车架43上端面，所述的法兰盖62上端面螺纹连接在前车架11下端面，所述的法兰盖 62下端面压在推力球轴承64的上表面，所述的推力球轴承64的大内径一端与法兰盖62相接触，小内径一端与支撑轴63相配合并压在几字形车架43上端面，所述的减速步进电机61 的输出轴带动支撑轴63转动，进而带动几字形车架43控制永磁轮转向。

本实施例中，永磁轮吸附机构4还包括张紧套和套杯45。

本实施例中，张紧套包括内衬套47和外衬套46，所述的外衬套46的外壁套装在永磁轮 41的通孔上，所述的张紧套的内衬套47的内孔与长轴42相连接。

本实施例中，外衬套46和内衬套47接触面为斜面，所述的内衬套47和外衬套46沿长轴方向通过螺钉连接，所述的外衬套46通过旋转螺钉向内衬套47移动，使内衬套47与外衬套46相互挤压，从而使永磁轮41、两个张紧套和长轴42连接在一起。

本实施例中，套杯45套装在长轴42上永磁轮41的两侧，所述的套杯45与长轴42接触部位卡装有一对第一深沟球轴承48，所述的套杯45螺纹连接于几字形车架43外侧壁上。

本实施例中，长轴42两端分别安装有卡簧49，所述的两个卡簧49分别卡装在两个第一深沟球轴承48的外侧面。

本实施例中，两轮爬壁机器人还包括两个结构相同的张紧机构7，其分别安装在前驱动装置1的几字形车架43和后驱动装置2的后车架21上，所述的张紧机构7包括轴71、支撑架72、轴端挡圈73和第二深沟球轴承74，所述的支撑架72螺栓连接在几字形车架43上，所述的几字形车架43和后车架21上开设有与轴相匹配的滑槽75，所述的轴71水平放置，其一端安装在滑槽75内，另一端套装有第二深沟球轴承74，所述的第二深沟球轴承74的外圈压在同步带54上，所述的轴端挡圈73套装在轴71上的第二深沟球轴承74外侧，其与轴 71螺栓连接。

本实施例中，轴71上表面开设有平面，所述的支撑架72上开设有通孔，该通孔内插入螺钉，螺钉下端与轴71上表面的平面相接触，螺钉上端与支撑架72螺纹连接，调整螺钉的松紧使轴71在滑槽75内上下滑动，并带动第二深沟球轴承74的外圈向下压紧或向上远离同步带54。

本实施例中，后驱动装置2上的永磁轮吸附机构4的几字形车架43为后车架21。

本实用新型的工作时，以图1-图6所示，包括如下步骤：

直线行驶时：

步骤A：调松螺钉并控制轴71在几字形车架43和后车架21的滑槽75内上下移动，带动第二深沟球轴承74压紧或远离同步带54，从而调节主从动轮之间的同步带54的张紧度。

步骤B：启动伺服电机53，其带动主动轮52运转，主动轮52通过同步带54传动带动从动轮51运转，从动轮51带动长轴42旋转，长轴42带动其上的永磁轮41旋转，进而使爬行机构向前运动；

步骤C：爬行机器人在曲率发生变化的面上行走时，曲面自适应机构3中第一铰链支架 31和第二铰链支架32可相对于圆柱销33轴线旋转，所述的第二铰链支架32可相对后车架 21与第二铰链支架32连接面旋转，第一铰链支架31也能够相对于前车架11与第一铰链支架31连接面旋转，从而可以适应不同曲面的行走。

转向时：

步骤A：启动减速步进电机61，其输出轴带动支撑轴63旋转，支撑轴63带动几字形车架43转动，几字形车架43带动长轴42转动，长轴42进而带动永磁轮41转动，从而实现转向功能。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种具备曲面吸附功能的两轮爬壁机器人，其特征在于：包括前驱动装置(1)、后驱动装置(2)和曲面自适应机构(3)，所述的曲面自适应机构(3)包括第一铰链支架(31)、第二铰链支架(32)和圆柱销(33)，所述的第一铰链支架(31)设有凹体，第二铰链支架(32)设有凸体，凸体和凹体侧面均开设有通孔，凸体能插入凹体中，所述的通孔内插入圆柱销(33)，所述的第一铰链支架(31)与第二铰链支架(32)能够绕着圆柱销(33)旋转，所述的第一铰链支架(31)左端螺钉连接在前驱动装置(1)的前车架(11)右侧壁上，所述的第二铰链支架(32)右端螺钉连接在后驱动装置(2)的后车架(21)左侧壁上，连接第二铰链支架(32)和后车架(21)的螺钉与后车架(21)之间为间隙配合，使得第二铰链支架(32)能够相对于后车架(21)旋转，连接第一铰链支架(31)和前车架(11)的螺钉与前车架(11)之间为间隙配合，使得第一铰链支架(31)能够相对于前车架(11)旋转；

所述的前驱动装置(1)和后驱动装置(2)包括结构相同的永磁轮吸附机构(4)和动力传动机构(5)，所述的永磁轮吸附机构(4)包括永磁轮(41)、长轴(42)和几字形车架(43)，所述的永磁轮(41)中间开设有通孔，该通孔内插入长轴(42)，所述的几字形车架(43)包裹永磁轮(41)并轴承连接在长轴(42)上，所述的长轴上连接有第一平键(44)；

所述的长轴(42)一端连接有动力传动机构(5)，所述的动力传动机构(5)包括从动轮(51)，所述的从动轮(51)套装在长轴(42)上并与长轴(42)键连接，所述的从动轮(51)通过第一平键(44)带动长轴(42)旋转，所述的几字形车架(43)外侧面安装有主动轮(52)，所述的主动轮(52)中间安装有伺服电机(53)，所述的伺服电机(53)与主动轮(52)键连接，所述的主动轮(52)与从动轮(51)之间同步带(54)连接并带动从动轮(51)运转；

所述的前车架(11)上还安装有转向机构(6)，所述的转向机构(6)包括减速步进电机(61)、法兰盖(62)、支撑轴(63)和推力球轴承(64)，所述的减速步进电机(61)固定在前车架(11)上，其输出轴穿过前车架(11)与支撑轴(63)通过第二平键(66)连接，所述的支撑轴(63)的下端面螺纹连接在几字形车架(43)上端面，所述的法兰盖(62)上端面螺纹连接在前车架(11)下端面，所述的法兰盖(62)下端面压在推力球轴承(64)的上表面，所述的推力球轴承(64)的大内径一端与法兰盖(62)相接触，小内径一端与支撑轴(63)相配合并压在几字形车架(43)上端面，所述的减速步进电机(61)的输出轴带动支撑轴(63)转动，进而带动几字形车架(43)控制永磁轮转向。

2.根据权利要求1所述的一种具备曲面吸附功能的两轮爬壁机器人，其特征在于：所述的永磁轮吸附机构(4)还包括张紧套和套杯(45)。

3.根据权利要求2所述的一种具备曲面吸附功能的两轮爬壁机器人，其特征在于：所述的张紧套包括内衬套(47)和外衬套(46)，所述的外衬套(46)的外壁套装在永磁轮(41)的通孔上，所述的张紧套的内衬套(47)的内孔与长轴(42)相连接。

4.根据权利要求3所述的一种具备曲面吸附功能的两轮爬壁机器人，其特征在于：所述的外衬套(46)和内衬套(47)接触面为斜面，所述的内衬套(47)和外衬套(46)沿长轴方向通过螺钉连接，所述的外衬套(46)通过旋转螺钉向内衬套(47)移动，使内衬套(47)与外衬套(46)相互挤压，从而使永磁轮(41)、两个张紧套和长轴(42)连接在一起。

5.根据权利要求4所述的一种具备曲面吸附功能的两轮爬壁机器人，其特征在于：所述的套杯(45)套装在长轴(42)上永磁轮(41)的两侧，所述的套杯(45)与长轴(42)接触部位卡装有一对第一深沟球轴承(48)，所述的套杯(45)螺纹连接于外侧壁上。

6.根据权利要求5所述的一种具备曲面吸附功能的两轮爬壁机器人，其特征在于：所述的长轴(42)两端分别安装有卡簧(49)，所述的两个卡簧(49)分别卡装在两个第一深沟球轴承(48)的外侧面。

7.根据权利要求1所述的一种具备曲面吸附功能的两轮爬壁机器人，其特征在于：所述的两轮爬壁机器人还包括两个结构相同的张紧机构(7)，其分别安装在前驱动装置(1)的几字形车架(43)和后驱动装置(2)的后车架(21)上，所述的张紧机构(7)包括轴(71)、支撑架(72)、轴端挡圈(73)和第二深沟球轴承(74)，所述的支撑架(72)螺栓连接在几字形车架(43)上，所述的几字形车架(43)和后车架(21)上开设有与轴相匹配的滑槽(75)，所述的轴(71)水平放置，其一端安装在滑槽(75)内，另一端套装有第二深沟球轴承(74)，所述的第二深沟球轴承(74)的外圈压在同步带(54)上，所述的轴端挡圈(73)套装在轴上的第二深沟球轴承(74)外侧，其与轴(71)螺栓连接。

8.根据权利要求7所述的一种具备曲面吸附功能的两轮爬壁机器人，其特征在于：所述的轴(71)上表面开设有平面，所述的支撑架(72)上开设有通孔，该通孔内插入螺钉，螺钉下端与轴(71)上表面的平面相接触，螺钉上端与支撑架(72)螺纹连接，调整螺钉的松紧使轴(71)在滑槽(75)内上下滑动，并带动第二深沟球轴承(74)的外圈向下压紧或向上远离同步带(54)。

9.根据权利要求1所述的一种具备曲面吸附功能的两轮爬壁机器人，其特征在于：所述的后驱动装置(2)上的永磁轮吸附机构(4)的几字形车架(43)为后车架(21)。

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