CN103523110A - 一种类轮式爬壁越障机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种类轮式爬壁越障机器人，包括机体，在机体的尾端设有平衡装置，机体包括前后依次串接的至少2个机体分部，相邻的两个机体分部之间通过转动副连接，转动副的轴线与机体的上表面平行；在每个机体分部的左右两侧设有对称布置的类轮结构，每个类轮结构均安装在一驱动轴上，驱动轴安装在对应的机体分部上；类轮结构设有套装在对应驱动轴上的轮轴座和周向均布固定在轮轴座上的3～5个轮辐，轮辐采用弧形曲面结构，且在弧形曲面结构的外侧设有吸附结构，吸附结构与墙面的接触面积大于轮辐与吸附结构的接触面积，相邻的两个轮辐之间设有跨距。本发明运动速度快、越障能力强、接触面积大、吸附性能强。

Description

一种类轮式爬壁越障机器人

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体是一种类轮式爬壁越障机器人。

背景技术

爬壁机器人作为极限作业机器人的一类，具有垂直壁面上移动与吸附两大功能，可代替人工进行核工程、消防工程等大型设备维护，高层建筑清洁，悬崖峭壁攀越等危险极限环境作业，应用前景广泛。目前，爬壁式机器人移动结构主要有足式、履带式、轮式三类，采用的吸附结构主要有真空吸附式和磁吸附式。

足式爬壁机器人是爬壁机器人中最为常见的一种形式，通常在其足部安装真空吸盘，具有运动平稳、吸附能力强、越障性能好等优点，但此类爬壁机器人功耗大、爬行速度较慢且控制系统较复杂。如申请号为200710075780.6名称为“一种爬墙多功能机器人”的发明专利，含有12条机械腿，该机器人可平稳运动于具有拼接缝隙的墙面，通过实时监测机械腿末端真空吸盘的负压状态，保证其吸附可靠性，然而该实时监测结构能耗较大，影响爬行效率。

履带式爬壁机器人一般在履带上安装真空吸盘或磁吸附结构。与足式爬壁机器人相比，履带式爬壁机器人运动速度较快，控制系统较简单但机动性能较差，越障能力较弱。如申请号为201210299725.6名称为“一种履带式多吸盘的爬壁机器人”的发明专利，采用单条履带式结构，履带上安装多个独立常闭式真空吸盘，可增强履带吸附能力、降低能耗、提高爬墙速度，然而该发明只能运动于较平坦的墙面且转弯性能较差。轮式爬壁机器人机动性能好，运动速度快，越障能力较强但车轮与壁面接触面积小，墙面吸附能力较差，可与其他类型结合形成复合式结构实现爬壁越障功能。如申请号为201010553115.5名称为“轮足式爬壁爬壁机器人机构”的发明专利，结合了轮式移动机构与足式移动机构的优点，移动速度快，越障性能好，足部结构安装真空吸盘，吸附能力强，但此类复合结构组成复杂，控制难度较大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有爬壁机器人在垂直壁面作业时移动速度与吸附能力存在的问题，结合轮式爬壁机器人的优势，提出一种运动速度快、越障能力强、接触面积大以及吸附性能好的类轮式爬壁越障机器人。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种类轮式爬壁越障机器人，包括机体，在所述机体的尾端设有平衡装置，所述机体包括前后依次串接的至少2个机体分部，相邻的两个所述机体分部之间通过转动副连接，所述转动副的轴线与所述机体的上表面平行；

在每个所述机体分部的左右两侧设有对称布置的类轮结构，每个所述类轮结构均安装在一驱动轴上，所述驱动轴安装在对应的所述机体分部上；所述类轮结构设有套装在对应所述驱动轴上的轮轴座和周向均布固定在所述轮轴座上的3～5个轮辐，所述轮辐采用弧形曲面结构，且在所述弧形曲面结构的外侧设有吸附结构，所述吸附结构与墙面的接触面积大于所述轮辐与所述吸附结构的接触面积，相邻的两个所述轮辐之间设有跨距。

在所述弧形曲面结构的内部设有加强筋板。

本发明具有的优点和积极效果是：

1）移动速度快；类轮结构的轮辐可如正常车轮一般灵活快速实现垂直壁面内的直线移动与转弯功能。

2）越障能力强；轮辐间存在跨距，可爬越正常车轮无法跨越的障碍物，复杂墙面适应性好。

3）吸附面积大；轮辐呈弧形曲面结构且吸附结构面积较大，与墙面接触面积大，吸附性能好。

4）结构简单，机动性好；机体结构通过转动副转动相连，可实现垂直墙面向水平墙面跨越。

综上，本发明运动速度快、越障能力强、接触面积大、吸附性能强。

附图说明

图1是本发明的一种类轮式爬壁越障机器人的整体结构图；

图2是本发明的第一种类轮结构示意图；

图3是本发明的第二种类轮结构示意图；

图4是本发明的第三种类轮结构示意图。

图中：101-第一机体分部、102-第二机体分部、103-第三机体分部、104-平衡装置、105-第一转动副、106-第二转动副、201-第一类轮结构、202-第二类轮结构、203-第三类轮结构、204-第四类轮结构、205-第五类轮结构、206-第六类轮结构、207-轮轴座、208-轮辐、209-吸附结构。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1～图2，本发明的一种类轮式爬壁越障机器人，具有对称结构，包括机体，在机体的尾端设有平衡装置104，机体包括前后依次串接的至少2个机体分部，相邻的两个机体分部之间通过转动副连接，转动副的轴线与机体的上表面平行；在每个机体分部的左右两侧设有对称布置的类轮结构，每个类轮结构均安装在一驱动轴上，驱动轴安装在对应的机体分部上；类轮结构设有套装在对应驱动轴上的轮轴座207和周向均布固定在轮轴座207上的3～5个轮辐208，轮辐208采用弧形曲面结构，且在弧形曲面结构的外侧设有吸附结构209，吸附结构209与墙面的接触面积大于轮辐208与吸附结构209的接触面积，相邻的两个轮辐208之间设有跨距。

下面结合每一幅图对本发明的实施例做进一步说明：

请参阅图1～图4，一种类轮式爬壁越障机器人，采用左右对称结构，包括机体和类轮结构，在机体的尾端设有平衡装置104。机体1包括第一机体分部101、第二机体分部102和第三机体分部103、第一转动副105和第二转动副106。第一机体分部101头部安装有空间三转动摄像头，用于地形探测与环境安全侦测。第一机体分部101与第二机体分部102通过第一转动副105转动连接，第二机体分部102与第三机体分部103通过第二转动副106转动连接，第三机体分部103的尾部与平衡装置104的一端连接，平衡装置104的另一端与垂直墙面接触，平衡装置是用于平衡机体的结构，使机器人在墙面上的爬行运动平稳。平衡装置104为可拆卸结构。第一转动副105和第二转动副106的轴线均与机体1的上表面垂直。

如图1所示，类轮结构有6个，分别为：第一类轮结构201、第二类轮结构202、第三类轮结构203、第四类轮结构204、第五类轮结构205和第六类轮结构206。第一类轮结构201和第四类轮结构204对称安装于第一机体分部101两侧，第二类轮结构202和第五类轮结构205对称安装于第二机体分部102两侧，第三类轮结构203和第六类轮结构206对称安装于第三机体分部103两侧。

第一类轮结构201、第二类轮结构202、第三类轮结构203、第四类轮结构204、第五类轮结构205和第六类轮结构206具有相同的结构尺寸。如图2所示，类轮结构均包括轮轴座207、轮辐208和吸附结构209。轮轴座207可在驱动装置的驱动下相对于第一机体分部101、第二机体分部102、第三机体分部103转动，在轮轴座207的外圆面上周向对称地安装三至五个轮辐208，轮辐208呈弧形曲面结构，如图3和图4所示，轮辐208可以在其弧形曲面结构的内部设有加强筋板，加强筋板可以是如图3所示的弧形板，也可以是如图4所示的直板。在轮辐208的弧形曲面结构的外侧面上安装有吸附结构209，吸附结构209可拆卸，根据垂直墙面的不同情况可采用真空吸盘结构，也可采用磁吸附结构。吸附结构209与墙面的接触面积大于轮辐208与吸附结构209的接触面积，以增强吸附的稳定性。

上述类轮式爬壁越障机器人可快速灵活移动于凹凸不平或有拼接缝隙垂直墙面，对不同摩擦系数的墙面适应度高，且可攀越带有水平墙面的直角形墙体结构，具有移动速度快和越障能力强等优势。

若墙面凹凸不平或有拼接缝隙，由于类轮结构的轮辐208呈弧形曲面结构，在轮轴座207的带动下，类轮结构可与正常轮式装置一般滚动前进于崎岖墙面。轮辐208存在跨距，类轮结构还可跨越正常轮式装置无法攀越的障碍。调节六个类轮结构的速度，可实现与正常轮式装置一致的差动转弯功能。六个类轮结构均包括三至五个轮辐208，调节六个类轮结构的轮辐208的相位，保证行进过程中至少有三个不同侧的类轮结构的吸附结构209吸附墙面，可保证爬壁越障机器人墙面运动的稳定性，这种情况下可卸除平衡装置104。若采用四个类轮结构的类轮式爬行装置，平衡装置104则不可拆卸。

类轮结构的吸附结构209可拆卸，可对应不同摩擦系数墙面安装对应真空吸盘结构或磁吸附结构。且吸附结构209曲面面积大于轮辐208曲面面积，吸附面积大，吸附能力强。

若墙体为带有水平墙面的直角形结构，第一转动副105、第二转动副106的旋转带动第一机体分部101、第二机体分部102和第三机体分部103产生沿墙面的弯折，进而跨越该直角形墙体。

值得注意的是，本发明的爬壁越障机器人的描述仅仅是示意性的，不同数目的的机体分部、每个机体分部上不同数目的类轮结构、转动副的不同设置方式和类轮结构弧形轮辐的不同设计形式等均可实现相同的运动功能，所以本发明的实施方式并不局限于上述的具体实施方式。如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护范围的情况下，做出其他变化或变型，均属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种类轮式爬壁越障机器人，包括机体，其特征在于，在所述机体的尾端设有平衡装置，所述机体包括前后依次串接的至少2个机体分部，相邻的两个所述机体分部之间通过转动副连接，所述转动副的轴线与所述机体的上表面平行；

在每个所述机体分部的左右两侧设有对称布置的类轮结构，每个所述类轮结构均安装在一驱动轴上，所述驱动轴安装在对应的所述机体分部上；所述类轮结构设有套装在对应所述驱动轴上的轮轴座和周向均布固定在所述轮轴座上的3～5个轮辐，所述轮辐采用弧形曲面结构，且在所述弧形曲面结构的外侧设有吸附结构，所述吸附结构与墙面的接触面积大于所述轮辐与所述吸附结构的接触面积，相邻的两个所述轮辐之间设有跨距。

2.根据权利要求1所述的类轮式爬壁越障机器人，其特征在于，在所述弧形曲面结构的内部设有加强筋板。

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