CN102673672A - 一种用于磁吸附爬壁机器人的驱动转向一体化磁轮装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于机器人焊接技术领域，具体来说是用于磁吸附爬壁机器人的驱动转向一体化磁轮装置，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。本发明与现有技术相比具有以下优点驱动减速电机与车轮轴之间通过同步带传动，通过调节传动中心距可以获得较大的安装空间，安装较大功率的驱动减速电机从而提高驱动力矩。设置了独立的转向自由度且使转向轴线与车轮轴线垂直正交，可以实现车轮的独立转向，提高爬壁机器人运动灵活性。
Description
技术领域
本发明属于机器人焊接技术领域，具体来说是用于磁吸附爬壁机器人的驱动转向一体化磁轮装置。
背景技术
磁吸附爬壁机器人是特种机器人的一种，是一种设计用来在恶劣、危险、极限情况下、在导磁壁面上进行特定作业如检查、检测、焊接、打磨等的一种自动化机械装置，越来越受到人们的重视。目前磁吸附爬壁机器人已在核工业、石化工业、建筑工业、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。
经文献检索发现，中国专利公开号为CN101612731A，申请日为2009年7月23日，发明名称为：爬壁机器人紧凑型主动驱动轮装置的发明专利，该技术公开了一种爬壁机器人主动驱动轮装置，具体方案为：支架筒套装在驱动电机上，主动轮支架固装在支架筒的敞口端的端面上，主动轮套装在支架筒上，主动轮的内壁与支架筒的外壁之间设有两个轴承，卡轴固装在驱动电机的输出轴上，卡套套装在卡轴上且与主动轮固接，主动带轮固定安装在卡套上。该装置结构紧凑，但不具备转向和磁吸附功能。
现有的磁吸附爬壁机器人也有相关专利的申请，申请日为2005年10月8日、申请号为200510086383.X、名称为“轮式非接触磁吸附爬壁机器人”的发明专利，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，吸附能力强。上述专利特点是吸附力大，但是由于所有的驱动轮都是不能相对车体转向的圆柱轮，转向阻力大，转向灵活性差。
综上所述，现有的磁吸附爬壁机器人的驱动轮的不足中主要有：1、驱动电机、减速器与车轮同轴布置，由于安装空间的限制导致驱动力矩较小；2、驱动轮相对车体无法转向，导致爬壁机器人运动灵活性差；3、驱动轮不具备曲面适应能力。
发明内容
本发明的目的是为克服现有技术在驱动力矩、运动灵活性和曲面适应性这几个方面性能的不足之处，设计一种用于磁吸附爬壁机器人的驱动转向一体化磁轮装置。
本发明的技术方案是：
一种用于磁吸附爬壁机器人的驱动转向一体化磁轮装置，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，再通过一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，锥齿轮轴的另一侧与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一侧，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。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、驱动减速电机与车轮轴之间通过同步带传动，通过调节传动中心距可以获得较大的安装空间，安装较大功率的驱动减速电机从而提高驱动力矩。
2、设置了独立的转向自由度且使转向轴线与车轮轴线垂直正交，可以实现车轮的独立转向，提高爬壁机器人运动灵活性。
3、设置了被动的侧倾自由度且通过侧倾限制块限制侧倾转角在正负10度以内，使爬壁机器人具有了较好的曲面适应能力。
4、侧倾限制块通过机械限位实现限制侧倾角度的功能。
5、所述转向结构和车轮滚动都设置有独立的驱动机构。
附图说明
图1 为本发明结构图。
图2是过转向轴和锥齿轮轴的局部剖视图。
图3是过车轮轴的局部剖视图。
滑动轴承1、侧倾转轴2、倾角限制块3、车体固定框架4、转台下支撑板5、转台支撑立柱6、转台盖板7、转台上支撑板8、转向电机安装板9、转向减速电机10、20齿直齿锥齿轮11、角度传感器输入轴12、角度传感器13、角度传感器支撑杆14、驱动电机安装板15、驱动减速电机16、小同步带轮轴17、小同步带轮18、张紧辊轮支撑杆19、张紧辊轮20、同步带21、大同步带轮22、60齿直齿齿轮23、两个圆锥滚子轴承24、转向轴端盖25、转向轴26、40齿直齿锥齿轮27、锥齿轮轴28、第一深沟球轴承29、、19齿直齿齿轮30、车轮左侧安装板31、转向基板32、车轮右侧安装板33、第二深沟球轴承34、车轮轴35、前轮模块永磁体36、车轮轭铁37。
具体实施方式
一种用于磁吸附爬壁机器人的驱动转向一体化磁轮装置包括车体固定框架、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、转台支撑立柱和转台盖板7；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，再通过一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2一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8、转台支撑立柱6和转台下支撑板5连接，转台盖板7与转台上支撑板8连接，圆锥滚子轴承24安装在两个支撑板上，转向轴26支承在圆锥滚子轴承上，转向轴26与60齿直齿齿轮23连接，角度传感器输入轴12与转向轴26固接，角度传感器支撑杆14与转台上支撑板8连接，角度传感器13与角度传感器支撑杆14连接，转向电机安装板9与转台上支撑板8连接，转向减速电机10与转向电机安装板9连接，20齿直齿锥齿轮11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27连接安装在锥齿轮轴28上，锥齿轮轴28由安装在转台上支撑板8的第一深沟球轴承29支承，锥齿轮轴28的另一侧与19齿直齿齿轮30通过平键联接，19齿直齿齿轮30与60齿直齿齿轮23啮合，转向轴26的下端与转向基板32连接，车轮左侧安装板31、车轮右侧安装板33、驱动电机安装板15与转向基板32连接，驱动减速电机16与驱动电机安装板15连接，小同步带轮轴17与驱动减速电机16的输出轴固接，小同步带轮18通过平键联接安装在小同步带轮轴17上，前轮模块永磁体36和车轮轭铁37通过平键联接安装在车轮轴35上，车轮轴35通过第一深沟球轴承29和第二深沟球轴承34支承在车轮左侧安装板31和车轮右侧安装板33之间，大同步带轮22通过平键联接安装在车轮轴35的另一侧，大同步带轮22和小同步带轮18之间由同步带21联接，张紧辊轮20与张紧辊轮支撑杆19之间通过螺钉连接，张紧辊轮支撑杆19通过螺钉安装在车轮左侧安装板31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。
如图1、图2、图3所示，本发明的一种实施方式，侧倾转轴2一端由安装在车体固定框架上的滑动轴承1支承，另一端与转台下支撑板5通过螺纹联接固接，转台上支撑板8、转台支撑立柱6和转台下支撑板5通过螺钉连接，转台盖板7与转台上支撑板8通过螺钉连接，两个圆锥滚子轴承24面对面安装在两个支撑板上，转向轴26支承在这两个圆锥滚子轴承上，转向轴26与60齿直齿齿轮23通过平键连接，角度传感器输入轴12与转向轴26固接，角度传感器支撑杆14与转台上支撑板8通过螺钉连接，角度传感器13与角度传感器支撑杆14通过螺钉连接，转向电机安装板9与转台上支撑板8通过螺钉连接，转向减速电机10与转向电机安装板9通过螺钉连接，20齿直齿锥齿轮11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27通过平键联接安装在锥齿轮轴28上，锥齿轮轴28由安装在转台上支撑板8的第一深沟球轴承29支承，锥齿轮轴28的另一侧与19齿直齿齿轮30通过平键联接，19齿 直齿齿轮30与60齿直齿齿轮23啮合，转向轴26的下端与转向基板32通过螺钉连接，车轮左侧安装板31、车轮右侧安装板33、驱动电机安装板15与转向基板32通过螺钉连接，驱动减速电机16与驱动电机安装板15通过螺钉连接，小同步带轮轴17与驱动减速电机16的输出轴固接，小同步带轮18通过平键联接安装在小同步带轮轴17上，前轮模块永磁体36和车轮轭铁37通过平键联接安装在车轮轴35上，车轮轴35通过第一深沟球轴承29和第二深沟球轴承34支承在车轮左侧安装板31和车轮右侧安装板33之间，大同步带轮22通过平键联接安装在车轮轴35的另一侧，大同步带轮22和小同步带轮18之间由同步带21联接，张紧辊轮20与张紧辊轮支撑杆19之间通过螺钉连接，张紧辊轮支撑杆19通过螺钉安装在车轮左侧安装板31上。磁轮包括前轮模块永磁体36和车轮轭铁37。
Claims (5)
1.一种用于磁吸附爬壁机器人的驱动转向一体化磁轮装置，其特征在于：包括车体固定框架（4）、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（4）和转台框架之间设置有一个被动的侧倾转动结构；所述侧倾转动结构包括在转台框架前、后安装的侧倾转轴（2），以及在车体固定框架安装的自润滑滑动轴承（1）；
所述转台框架包括依次相连的转台下支撑板（5）、转台支撑立柱（6）、转台盖板（7）和转台上支撑板（8）；
所述转向驱动机构包括转向电机安装板（9）和安装在其上的转向驱动电机，转向驱动电机采用转向减速电机（10），电机输出轴接行星齿轮减速器，通过一级锥齿轮传动和一级圆柱齿轮传动带动转向轴（26）；
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（21）传动带动滚轮滚动；
所述滚轮为磁轮，所述转向减速电机（10）和车轮滚动驱动减速电机（16）互为独立的驱动结构；
侧倾转轴（2）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（8）、转台支撑立柱（6）和转台下支撑板（5）连接，转台盖板（7）与转台上支撑板（8）连接，圆锥滚子轴承（24）安装在两个支撑板上，转向轴（26）支承在圆锥滚子轴承上，转向轴（26）与60齿直齿齿轮（23）连接，角度传感器输入轴（12）与转向轴（26）固接，角度传感器支撑杆（14）与转台上支撑板（8）连接，角度传感器（13）与角度传感器支撑杆（14）连接，转向电机安装板（9）与转台上支撑板（8）连接，转向减速电机（10）与转向电机安装板（9）连接，20齿直齿锥齿轮（11）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（27）连接安装在锥齿轮轴（28）上，锥齿轮轴（28）由安装在转台上支撑板（8）的第一深沟球轴承（29）支承，锥齿轮轴（28）的另一侧与19齿直齿齿轮（30）通过平键联接，19齿直齿齿轮（30）与60齿直齿齿轮（23）啮合，转向轴（26）的下端与转向基板（32）连接，车轮左侧安装板（31）、车轮右侧安装板（33）、驱动电机安装板（15）与转向基板（32）连接，驱动减速电机（16）与驱动电机安装板（15）连接，小同步带轮轴（17）与驱动减速电机（16）的输出轴固接，小同步带轮（18）通过平键联接安装在小同步带轮轴（17）上，前轮模块永磁体（36）和车轮轭铁（37）通过平键联接安装在车轮轴（35）上，车轮轴（35）通过第一深沟球轴承（29）和第二深沟球轴承（34）支承在车轮左侧安装板（31）和车轮右侧安装板（33）之间，大同步带轮（22）通过平键联接安装在车轮轴（35）的另一侧，大同步带轮（22）和小同步带轮（18）之间由同步带（21）联接，张紧辊轮（20）与张紧辊轮支撑杆（19）之间通过螺钉连接，张紧辊轮支撑杆（19）通过螺钉安装在车轮左侧安装板（31）上。
2.根据权利要求1所述的一种用于磁吸附爬壁机器人的驱动转向一体化磁轮装置，其特征在于：驱动减速电机（16）与车轮轴（35）之间通过同步带（21）传动。
3.根据权利要求2所述的一种用于磁吸附爬壁机器人的驱动转向一体化磁轮装置，其特征在于：转向驱动机构还包括转向轴（26），转向轴（26）下部安装有车轮驱动机构及滚轮。
4.根据权利要求3所述的一种用于磁吸附爬壁机器人的驱动转向一体化磁轮装置，其特征在于：所述转向轴（26）线与车轮轴（35）线垂直正交。
5.根据权利要求4所述的一种用于磁吸附爬壁机器人的驱动转向一体化磁轮装置，其特征在于：所述驱动减速电机（16）为直流有刷电机。
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