CN104354782A - 一种轮腿互换爬壁并联机器人 - Google Patents
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Abstract
一种轮腿互换爬壁并联机器人，其主要包括动平台，6个驱动腿，定位机构，行走机构和激光枪。所述动平台的6个圆柱与大、小圆板垂直固连，激光枪与小圆板同轴固连；驱动腿是可伸缩直线支链，上端与动平台万向副联接，中间是移动驱动副直杆，下端与永磁吸盘球副联接，吸盘吸附在磁性工件壁上；所述定位机构中的电动机和轴承设在大圆板的中心通孔内，压板位于上述大、小圆板之间，所述行走机构的一对支架固定在压板两侧，支架下端设有车轮、电动机和大小齿轮。本发明结构简单、吸附力大、控制容易，具有大载荷六自由度灵活操作和快速爬壁与转向功能。
Description
技术领域
本发明涉及机器人，特别涉及一种爬壁并联机器人。
背景技术
爬壁机器人是一种可以在垂直墙壁上攀爬完成超出人极限的自动化作业的机器人，近20年成为国内外机器人领域研究的热点和前沿。目前爬壁机器人已用于储油罐探伤检查、舰船喷漆、军事侦查、高楼消防、清洁和喷涂、核设备检查测厚等。
近年来，中国专利CN103171640A公开了一种基于永磁吸附结构的爬壁机器人；中国专利CN103332232A公开了一种钢板爬壁机器人，其行走装置由履带构成；中国专利CN102673673A公开了一种用于磁吸附爬壁机器人的新型万向滚动磁轮装置；中国专利200710016408.8公开了一种铁基罐体爬壁机器人；中国专利CN1739925公开了一种非接触磁吸附轮式爬壁机器人；中国专利CN1428226公开了一种履带式多吸盘爬壁机器人；中国专利CN102343588A公开了一种磁盘吸附式爬壁机器人；中国专利02158876公开了一种五足爬壁机器人；中国专利CN101746429A公开了一种六足仿生湿吸爬壁机器人。中国专利CN103191895A公开了一种能垂直拐弯的爬壁机器人对中央空调水平和竖直管道内的积尘进行清理。中国专利CN102476664A公开了一种轮足式爬壁机器人机构，采用负压吸附和真空吸附结构爬壁。美国专利US3690393公开了一种在薄壁金属面磁盘吸附式越障爬壁机器人。
虽然上述爬壁类机器人各具特色，但用于极端条件下大型设备、装备及大工件表面缺陷现场修复和再制造一直是爬壁类机器人设计、研制和应用中面临的难题。特别是爬壁机器人应能快速爬壁与快速转向，并满足动平台相对吸附工件的六自由度灵活加工与大载荷操作是尚待解决的关键问题。
发明内容：
本发明目的在于提供一种用于极端条件下大型设备、装备及大工件表面缺陷现场修复和再制造，吸附能力强、结构简单、运动灵活、控制简单、自重轻，并且具有快速爬壁与大载荷六自由度灵活操作双重功能的轮腿互换爬壁并联机器人。本发明主要包括1个动平台，6个结构相同的驱动腿，1个定位机构，2个结构对称的行走机构和1个激光枪。
所述动平台包括1个大圆板，1个小圆板和6个圆柱；6个圆柱在大、小圆板之间呈圆周均布，并与大、小圆板垂直固连，确保大、小圆板同轴；大圆板中心设有通孔，用于安装定位机构；大圆板外圆上设有6个圆周均布的通孔，用于联接驱动腿上端；激光枪与小圆板同轴固连。
所述驱动腿是万向副-驱动移动副-球副型可伸缩直线支链，所述万向副包括螺纹轴I和螺纹轴II；所述驱动移动副为直线电动缸，驱动腿上端设有与电动缸同轴的定位圆台和中心螺纹孔；万向副螺纹轴I的与上述大圆板外圆上的螺纹孔螺纹固连，万向副螺纹轴II与直线电动缸的中心螺纹孔螺纹固连，该直线电动缸的伸缩杆通过球副与永磁吸盘联接，该吸盘吸附在磁性工件壁上。
所述定位机构主要包括电动机A，套，轴承，丝杠，丝母，压板，斜面圆环垫；套上端与电动机凸台同轴配合固连，该套下端的外圆柱与上述大圆板的中心通孔同轴配合固连，轴承外环与套的内孔同轴配合固连，轴承内环与丝杠上部的外圆柱同轴配合固连，电动机A轴与丝杠上端的内孔同轴配合键联接，丝母与丝杆下部螺纹配合联接，丝母外圆柱与压板中心通孔同轴配合固连。压板位于上述大、小圆板之间，并与大、小圆板同轴；对应上述大圆板外圆上的6个通孔位置，该压板的外圆上设有6个大通孔，该大通孔的孔径大于上述万向副轮廓；该压板内圆上设有6个小通孔，该小通孔与上述6个圆柱滑动配合。所述斜面圆环垫与压板的大通孔同轴配合固连，其斜面相对大通孔轴心可调，当斜面圆环垫与驱动腿上端的定位圆台接触时，迫使并联机构避免初始奇异位置。
所述行走机构包括1个支架，2个车轮，1个电动机B，1个大齿轮和1个小齿轮；支架上端与压板一侧固连，支架下端通过转动副与2个车轮联接，该2个车轮坐落在磁性工件上，在上述2个车轮之间设有一个与支架下端固连的永磁吸板，该永磁吸板与工件保持微小平行距离，在上述2个车轮上面的支架上，电动机B与支架转动支撑联接，大齿轮与电动机B驱动轴同轴固连，小齿轮与车轮轴固连，大齿轮与小齿轮相互啮合，电动机B驱动轴与2个车轮轴相互平行，2个车轮轴到压板的距离相同。车轮接触工件时，各吸盘与工件壁保持微小间隙和足够吸附力。
爬壁时，定位机构通过电动机A，丝杆、丝母驱动压板压向驱动腿上端凸台，迫使6个驱动腿垂直于动平台，同时带动两侧行走机构的行走轮接触工件；6个驱动腿缩回，保持各吸盘与工件壁的微小间隙和足够吸附力。同时行走机构行走机构通过电动机B，大齿轮，小齿轮实现该机器人在磁性工件壁面快速爬行和转向。吸附定位后，6个驱动腿同时伸长，各吸盘吸附工件，同时压板复位，行走机构脱离工件，爬壁机器人变成并联机器人，动平台带动激光枪焊修大型装备。
本发明与现有技术相比具有如下优点：结构简单、吸附力大、控制容易，具有大载荷六自由度灵活操作和快速爬壁与转向功能，可以完成极端条件下对太空站、核/水电站、采矿/冶金/装卸设备、采/输/储油气设备、大型舰船/飞机等大型设备、装备及大工件表面缺陷现场修复和再制造、探伤检查、除锈、喷漆及军事侦查等任务。
附图说明
图1是本发明定位吸附的立体示意简图。
图2是本发明行走时的局部剖视图。
图3是本发明行走时的立体示意简图。
图中：1-磁性工件，2-驱动腿，3-动平台，4-定位机构，5-行走机构，6-激光枪；2-1永磁吸盘，2-2球副，2-3伸缩杆，2-4定位圆台，2-5斜面圆环垫，2-6万向副，3-1大圆板，3-2圆柱，3-3小圆板，4-1电动机A，4-2套，4-3轴承，4-4丝杠，4-5压板，4-6丝母，5-1支架，5-2小齿轮，5-3车轮，5-4电动机B，5-5大齿轮，5-6永磁吸板
具体实施方式
在图1和图2所示的一种轮腿互换爬壁并联机器人的立体示意图中，动平台3的6个圆柱3-2在大圆板3-1和小圆板3-3之间呈圆周均布，并与大、小圆板垂直固连，确保大、小圆板同轴；大圆板中心设有通孔，用于安装定位机构；大圆板外圆上设有6个圆周均布的螺纹孔，用于联接驱动腿上端；激光枪6与小圆板同轴固连。
六条结构相同的驱动腿2为万向副-驱动移动副-球副型可伸缩直线支链，该驱动腿中的万向副2-6包括螺纹轴I和螺纹轴II；所述驱动移动副为直线电动缸，驱动腿上端设有与电动缸同轴的定位圆台2-4和中心螺纹孔；万向副螺纹轴I的与上述大圆板外圆上的螺纹孔螺纹固连，万向副螺纹轴II与直线电动缸的中心螺纹孔螺纹固连，该直线电动缸的伸缩杆2-3通过球副2-2与永磁吸盘2-1联接，该吸盘吸附在磁性工件1壁上。
定位机构中的套4-2的上端与电动机A4-1的凸台同轴配合固连，该套的下端的外圆柱与上述大圆板的中心通孔同轴配合固连，轴承4-3外环与套的内孔同轴配合固连，轴承内环与丝杠4-4上部的外圆柱同轴配合固连，电动机A轴与丝杠上端的内孔同轴配合键联接，丝母4-6与丝杆下部螺纹配合联接，丝母外圆柱与压板4-5中心通孔同轴配合固连。压板位于上述大、小圆板之间，并与大、小圆板同轴；对应上述大圆板外圆上的6个通孔位置，该压板的外圆上设有6个大通孔，该大通孔的孔径大于上述万向副轮廓；该压板内圆上设有6个小通孔，该小通孔与上述6个圆柱滑动配合；斜面圆环垫2-5与压板的大通孔同轴配合固连，其斜面相对大通孔轴心可调，当斜面圆环垫2-5与驱动腿上端的定位圆台接触时，迫使并联机构避免初始奇异位置。
2个结构对称的行走机构5中的支架5-1上端对称地固连在压板两侧，支架下端通过转动副与2个车轮5-3联接，该2个车轮坐落在磁性工件上，在上述2个车轮之间设有一个与支架下端固连的永磁吸板5-6，该永磁吸板与工件保持微小平行距离，在上述2个车轮上面的支架上，电动机B5-4与支架转动支撑联接，大齿轮5-5与电动机B驱动轴同轴固连，小齿轮5-2与车轮轴固连，大齿轮与小齿轮相互啮合，电动机B驱动轴与2个车轮轴相互平行，2个车轮轴到压板的距离相同，车轮接触工件时，各吸盘与工件壁保持微小间隙和足够吸附力。
爬壁时(如图3所示)，定位机构通过电动机A，丝杆、丝母驱动压板压向驱动腿上端定位圆台，迫使6个驱动腿初始定位，同时带动两侧行走机构的行走轮接触工件；6个驱动腿缩回，保持各吸盘与工件壁的微小间隙和足够吸附力；行走机构通过电动机B，大、小齿轮实现该机器人在磁性工件壁面快速爬行和转向。
吸附定位后(如图1所示)，6个驱动腿同时伸长，各吸盘吸附工件，同时压板复位，行走机构脱离工件，爬壁机器人变成并联机器人，动平台带动激光枪焊修大型装备。
Claims (1)
1.一种轮腿互换爬壁并联机器人，它主要包括1个动平台，6个结构相同的驱动腿，1个定位机构，2个结构对称的行走机构和1个激光枪，其特征在于：
所述动平台包括1个大圆板，1个小圆板和6个圆柱；6个圆柱在大、小圆板之间呈圆周均布，并与大、小圆板垂直固连，大、小圆板同轴；大圆板中心设有通孔，用于安装定位机构；大圆板外圆上设有6个圆周均布的螺纹孔，用于联接驱动腿上端；激光枪与小圆板同轴固连；
所述驱动腿是万向副-驱动移动副-球副型可伸缩直线支链，所述万向副包括螺纹轴I和螺纹轴II；所述驱动移动副为直线电动缸，驱动腿上端设有与电动缸同轴的定位圆台和中心螺纹孔；万向副螺纹轴I的与上述大圆板外圆上的螺纹孔螺纹固连，万向副螺纹轴II与直线电动缸的中心螺纹孔螺纹固连，该直线电动缸的伸缩杆通过球副与永磁吸盘联接，该吸盘吸附在磁性工件壁上；
所述定位机构主要包括电动机A，套，轴承，丝杠，丝母，压板，斜面圆环垫；套上端与电动机凸台同轴配合固连，该套下端的外圆柱与上述大圆板的中心通孔同轴配合固连，轴承外环与套的内孔同轴配合固连，轴承内环与丝杠上部的外圆柱同轴配合固连，电动机A轴与丝杠上端的内孔同轴配合键联接，丝母与丝杆下部螺纹配合联接，丝母外圆柱与压板中心通孔同轴配合固连。压板位于上述大、小圆板之间，并与大、小圆板同轴；对应上述大圆板外圆上的6个通孔位置，该压板的外圆上设有6个大通孔，该大通孔的孔径大于上述万向副轮廓；该压板内圆上设有6个小通孔，该小通孔与上述6个圆柱滑动配合；所述斜面圆环垫与压板的大通孔同轴配合固连，其斜面相对大通孔轴心可调，避免并联机构初始奇异位置；
所述行走机构包括1个支架，2个车轮，1个电动机B，1个大齿轮和1个小齿轮；支架上端与压板一侧固连，支架下端通过转动副与2个车轮联接，该2个车轮坐落在磁性工件上，在上述2个车轮之间设有一个与支架下端固连的永磁吸板，该永磁吸板与工件保持微小平行距离，在上述2个车轮上面的支架上，电动机B与支架转动支撑联接，大齿轮与电动机B驱动轴同轴固连，小齿轮与车轮轴固连，大齿轮与小齿轮相互啮合，电动机B驱动轴与2个车轮轴相互平行，2个车轮轴到压板的距离相同，车轮接触工件时，各吸盘与工件壁保持微小间隙和足够吸附力。
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