CN105235763A - 一种含六个可变分支并联爬壁机器人 - Google Patents

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Abstract

一种含六个可变分支并联爬壁机器人，其主要包括动平台、工件壁、激光枪、六个结构相同的可变分支、六个结构相同的永磁吸盘、变构机构、复位弹簧和小弹簧；所述可变分支上端通过立柱盘与动平台联接，其下端通过永磁吸盘与工件壁连接，复位弹簧和小弹簧分别设在可变分支两端，所述变构机构的电动机与动平台固连，电动机轴与丝杠连接，丝母盘与丝杠联接，三个导杆在丝母盘与动平台之间圆周均布，其中部与动平台固连，其下端均与刀架和激光枪固连，其上端与丝母盘联接，六个导轮均与丝母盘联接；六根钢绳分别与立柱盘和动平台连接。本发明吸附能力强、结构简单、运动灵活、控制简单，适用于极端条件下大型设备及大工件表面缺陷现场修复和再制造。

Description

一种含六个可变分支并联爬壁机器人
技术领域
本发明属于机器人领域，特别涉及一种爬壁类机器人。
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。
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的实现方法及所述方法的机器人；中国专利CN101181913公开了一种串联式模块化爬壁机器人；中国专利CN101537619公开了一种模块化可重构蠕虫式爬壁机器人；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。
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具有平动爬壁与大载荷六自由度灵活操作是需要解决的关键问题。
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，并且具有平动爬壁与大载荷六自由度灵活操作双重功能，吸附能力强、结构简单、运动灵活、控制简单、自重轻的含六个可变分支并联爬壁机器人。
本发明主要包括动平台、工件壁、激光枪、连接动平台和工件壁的六个结构相同的可变分支、六个结构相同的永磁吸盘、变构机构、复位弹簧和小弹簧；
动平台上设有六个大圆周均布的可变分支安装孔，六个中圆周均布的钢绳导孔，三个小圆周均布的导杆安装通孔和一个中心孔；
所述每个可变分支包括立柱盘、上万向副、电动缸、下万向副、凸台、复位弹簧和小弹簧，其中，上万向副包括相互正交的上内轴和上外轴；下万向副包括相互正交的下内轴和下外轴；立柱盘的上端设在动平台上的可变分支安装孔内，与动平台垂直转动联接，该立柱盘的下端与上万向副的上外轴转动联接，立柱盘轴线与上外轴垂直相交；电动缸上部设有圆形凸台，电动缸上、下端分别与上内轴和下内轴转动联接，上内轴与下内轴平行，且垂直电动缸轴线；下外轴与永磁吸盘转动联接，永磁吸盘与工件壁连接，下外轴平行于工件壁；复位弹簧位于立柱盘与凸台之间，迫使可变分支复位；小弹簧套在电动缸与永磁吸盘顶面之间的电动缸伸缩杆上，迫使脱离工件壁面的磁盘复位；
所述变构机构包括螺旋驱动机构和六根钢绳，所述螺旋驱动机构包括电动机，丝杠，丝母盘，三个导杆，六个导轮；其中，电动机与动平台垂直固连，电动机轴穿过动平台的中心孔与丝杠同轴连接，丝母盘与丝杠螺旋联接，且与动平台平行，三个导杆在丝母盘与动平台之间圆周均布，每个导杆均穿过动平台上的导杆安装通孔，其中部与动平台垂直固连，其下端均与刀架固连，其上端与丝母盘滑动配合联接，阻止丝母盘转动；激光枪10与刀架连接；六个导轮均位于六个立柱盘的上方，并与丝母盘转动联接；六根钢绳的一端分别穿过动平台上的钢绳导孔与相对应的立柱盘内侧连接，该钢绳的另一端分别绕过导轮与动平台连接。
行走时，电动机通过丝杠驱动丝母板上移，拉紧六根钢绳，阻止立柱盘转动，机器人成为6UPU型并联机构，当三个圆周均布的UPU型分支保持原长和吸盘吸附状态，另三个UPU型分支同时缩短，其吸盘脱离工件壁，实现两个3-UPU型并联机器人在磁性工件壁面交替迈步；定位时，电动机驱动丝母板下移，放松六根钢丝，立柱盘恢复其自由转动，机器人变成6UPS型并联机器人，动平台携激光枪修复大型装备，实现再制造。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、爬行时，两个3-UPU型并联机器人在磁性工件壁面附交替迈步，至少有三个吸盘吸工件壁面，可沿工件壁面任意方向以较大步距平动爬行；
2、定位加工时，该机器人成为六自由度并联机器人，同时有六个吸盘吸附工件壁面，吸附能力强、定点操作灵活性好，承载工作能力大；
3、采用常规电动缸，结构简单、自重轻、容易制造；
4、控制简单、适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。
附图说明
图1是本发明的结构示意简图。
图中：1-工件壁、2-可变分支、2-1永磁吸盘、2-2下内轴、2-3下外轴、2-4小弹簧、2-5电动缸、2-6凸台、2-7复位弹簧、2-8上内轴、2-9上外轴、2-10立柱盘、3动平台、4-钢绳、5-导轮、6-丝母盘、7-导杆、8-丝杠、9-电动机、10-激光枪、11-刀架。
具体实施方式
在图1所示的含六个可变分支并联爬壁机器人示意图中，动平台3呈圆盘形状，其上设有六个大圆周均布的可变分支安装孔，六个中圆周均布的钢绳导孔，三个小圆周均布的导杆安装通孔和一个中心孔；
六个结构相同的可变分支2中的上万向副包括相互正交的上内轴2-8和上外轴2-9，下万向副包括相互正交的下内轴2-2和下外轴2-3；立柱盘2-10的上端设在动平台上的可变分支安装孔内，与动平台垂直转动联接，该立柱盘的下端与上万向副的上外轴转动联接，立柱盘轴线与上外轴垂直相交；电动缸2-5上部设有圆形凸台2-6，电动缸上、下端分别与上内轴和下内轴转动联接，上内轴与下内轴平行，且垂直电动缸轴线；下外轴与永磁吸盘2-1转动联接，永磁吸盘与工件壁1连接，下外轴平行于工件壁；复位弹簧2-7位于立柱盘与凸台之间，迫使可变分支复位；小弹簧2-4套在电动缸与永磁吸盘顶面之间的电动缸伸缩杆上，迫使脱离工件壁面的磁盘复位；
变构机构中螺旋驱动机构的电动机9与动平台垂直固连，电动机轴穿过动平台的中心孔与丝杠8同轴连接，丝母盘6与丝杠螺旋联接，且与动平台平行，三个导杆7在丝母盘与动平台之间圆周均布，每个导杆均穿过动平台上的导杆安装通孔，其中部与动平台垂直固连，其下端均与刀架11固连，其上端与丝母盘滑动配合联接，阻止丝母盘转动；激光枪10与刀架连接；六个导轮5均位于六个立柱盘的上方，并与丝母盘转动联接；六根钢绳4的一端分别穿过动平台上的钢绳导孔与相对应的立柱盘内侧连接，该钢绳的另一端分别绕过导轮与动平台连接。
行走时，电动机通过丝杠驱动丝母板上移，拉紧六根钢绳，阻止立柱盘转动，机器人成为6UPU型并联机构，当三个圆周均布的UPU型分支保持原长和吸盘吸附状态，另三个UPU型分支同时缩短，其吸盘脱离工件壁，实现两个3-UPU型并联机器人在磁性工件壁面交替迈步；定位时，电动机驱动丝母板下移，放松六根钢丝，立柱盘恢复其自由转动，机器人变成6UPS型并联机器人，动平台携激光枪修复大型装备，实现再制造。

Claims (1)

1.一种含六个可变分支并联爬壁机器人，它主要包括动平台、工件壁、激光枪、连接动平台和工件壁的六个结构相同的可变分支、六个结构相同的永磁吸盘、变构机构、复位弹簧和小弹簧，其特征在于：所述动平台上设有六个大圆周均布的可变分支安装孔，六个中圆周均布的钢绳导孔，三个小圆周均布的导杆安装通孔和一个中心孔；
所述每个可变分支包括立柱盘、上万向副、电动缸、下万向副、凸台、复位弹簧和小弹簧，其中，上万向副包括相互正交的上内轴和上外轴，下万向副包括相互正交的下内轴和下外轴；立柱盘的上端设在动平台上的可变分支安装孔内，与动平台垂直转动联接，该立柱盘的下端与上万向副的上外轴转动联接，立柱盘轴线与上外轴垂直相交；电动缸上部设有圆形凸台，电动缸上、下端分别与上内轴和下内轴转动联接，上内轴与下内轴平行，且垂直电动缸轴线；下外轴与永磁吸盘转动联接，永磁吸盘与工件壁连接，下外轴平行于工件壁；复位弹簧位于立柱盘与凸台之间；小弹簧套在电动缸与永磁吸盘顶面之间的电动缸伸缩杆上；
所述变构机构包括螺旋驱动机构和六根钢绳，所述螺旋驱动机构包括电动机，丝杠，丝母盘，三个导杆，六个导轮；其中，电动机与动平台垂直固连，电动机轴穿过动平台的中心孔与丝杠同轴连接，丝母盘与丝杠螺旋联接，且与动平台平行，三个导杆在丝母盘与动平台之间圆周均布，每个导杆均穿过动平台上的导杆安装通孔，其中部与动平台垂直固连，其下端均与刀架固连，其上端与丝母盘滑动配合联接，阻止丝母盘转动；六个导轮均位于六个立柱盘的上方，并与丝母盘转动联接；六根钢绳的一端分别穿过动平台上的钢绳导孔与相对应的立柱盘内侧连接，该钢绳的另一端分别绕过导轮与动平台连接。
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