CN108275215B - 一种爬壁车及基于该爬壁车的检测机器人 - Google Patents

Abstract

一种爬壁车及基于该爬壁车的检测机器人，包括行走车和两个履带系统，行走车内设有向两个履带系统提供动力的驱动装置，每个履带系统均包括前置履带装置、后置履带装置和中间履带装置；行走车的底部设有非接触式变磁力永磁吸附机构，前置履带装置、后置履带装置和中间履带装置均包括主动链轮、从动链轮和履带条，前置履带装置、后置履带装置和中间履带装置中均设有多级连杆单元，履带条的外侧面上设有真空负压吸附装置，每个真空负压吸附装置均包括软体吸盘、微型气压传感器、微型斜度传感器和微型气泵。本发明能够实现单一维度或多维度、非平坦壁面上的障碍物越障运动、弯曲地面上的运动。

Description

一种爬壁车及基于该爬壁车的检测机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种爬壁车及基于该爬壁车的检测机器人。

背景技术

工业和工程中，要完成石化企业大型储油储气钢罐的检测、船体裂缝的探测和核工业焊缝的探伤这类工作不可避免的要进行高空作业。而为替代人力且高效安全地作业，就需要相应的壁面检测爬壁机器人的运用。吸盘吸附爬壁机器人作为一种比较常见类型的爬壁机器人，其以下的技术缺陷大大限制了其在这类地方的应用：（1）对被吸附壁面具有局限性，仅能在诸如玻璃这类的光滑壁面上实现吸附稳定，而在粗糙或凹凸不平的壁面上则会因为吸盘的漏气无法正常工作。（2）吸盘负压吸附机器人在吸附稳定和运动灵活之间存在着矛盾，即吸附性能好的机器人运动起来不灵活，运动灵活的机器人通常吸附安全性差。（3）现有机器人的吸盘吸附装置能为其提供的吸附力很有限，这限制了机器人的载荷，意味着机器人能携带的作业设备及其有限，限制了其应用。（4）多维度运动（机器人在相交两壁面间的过度）、小半径圆锥壁面上的运动、单一维度且非平坦壁面上的大障碍物越障运动、弯曲壁面上的运动，现有吸盘负压吸附机器人或者运动不稳定或者难以实现这些运动。为解决以上技术缺陷，并进一步提高现有吸盘负压吸附机器人的各项重要性能指标，以使这类爬壁机器人能在这些地方中更普遍的被运用，迫切需要一种新型吸盘负压吸附爬壁机器人来实现这一目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种爬壁车及基于该爬壁车的检测机器人，可运用到石化企业大型储油储气钢罐检测、船体裂缝探测和核工业焊缝探伤等领域。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案为：一种爬壁车，包括行走车以及对称设在行走车相对两侧边的两个履带系统，行走车内设有向两个履带系统提供动力的驱动装置，每个履带系统均包括前置履带装置、后置履带装置和中间履带装置，中间履带装置设在行走车的外侧边，前置履带装置和后置履带装置分别设在中间履带装置的两端的外侧边；其中，行走车的底部设有非接触式变磁力永磁吸附机构，前置履带装置、后置履带装置和中间履带装置均包括主动链轮、从动链轮以及闭环套设在主动链轮和从动链轮外的履带条，前置履带装置的主动链轮与中间履带装置的从动链轮传动联接，后置履带装置的主动链轮与中间履带装置的主动链轮传动联接，前置履带装置、后置履带装置和中间履带装置中均设有多级连杆单元，且前置履带装置、后置履带装置和中间履带装置的履带条的外侧面上均设置有若干个真空负压吸附装置，每个真空负压吸附装置均包括软体吸盘、微型气压传感器、微型斜度传感器和微型气泵。

其中，软体吸盘的上端密封固定在履带条外侧面，且微型气压传感器、微型斜度传感器和微型气泵均设在软体吸盘的上端，其中，微型气压传感器与软体吸盘内腔的介质相接触，微型气压传感器不与软体吸盘的外部介质相接触，微型气泵的气体进口和气体出口分别与软体吸盘的外部介质和软体吸盘内腔的介质相接触。

其中，非接触式变磁力永磁吸附机构包括固定座、第一电机、丝杠以及配合套设在丝杠上的螺母，固定座由上下分置的上顶板和下底板连接而成，上顶板安装在行走车的底部，第一电机安装在上顶板上，丝杠的上端与第一电机传动连接，丝杠的下端伸出下底板上设置的通孔，螺母上设有尺寸大于通孔直径的凸肩以及连接在凸肩下表面上的轭铁和永磁体；下底板的上表面设有导向管，轭铁上设有间隙配合设在导向管内的移动杆，移动杆的上端设有不能从导向管中脱出的限位螺母。

本发明中，前置履带装置和后置履带装置中的多级连杆单元为对称设置的若干个连杆单元Ⅰ；前置履带装置中，每三个连杆Ⅰ组成一个连杆单元Ⅰ，每个连杆单元Ⅰ中的三个连杆Ⅰ的一端通过一个销钉连接在一起，位于前置履带装置上方的连杆Ⅰ的另一端通过销钉连接一个托带轮，托带轮与前置履带装置上方的履带条相接触，位于中间的连杆Ⅰ的另一端通过弹簧与相邻连杆单元Ⅰ中的销钉相连接，位于前置履带装置下方的连杆Ⅰ的另一端通过销钉连接一个负重轮，负重轮与前置履带装置下方的履带条相接触。

本发明中，中间履带装置中的多级连杆单元为若干个连杆单元Ⅱ，每三个连杆Ⅱ组成一个连杆单元Ⅱ，每个连杆单元Ⅱ中的三个连杆Ⅱ的一端通过一个销钉连接在一起，位于中间履带装置上方的连杆Ⅱ的另一端通过销钉连接一个托带轮，托带轮与中间履带装置上方的履带条相接触，位于中间的连杆Ⅱ的另一端通过弹簧与相邻连杆单元Ⅱ中的销钉相连接，位于中间履带装置下方的连杆Ⅱ的另一端通过销钉连接一个负重轮，负重轮与中间履带装置下方的履带条相接触。

进一步地，每个连杆单元Ⅱ中，位于中间履带装置下方的连杆Ⅱ的负重轮上的销钉的端部设有有伸入行走车内的多段连杆，行走车的内壁连接有导向块，导向块内滑动配合连接有竖直设置的导向杆，伸出导向块上端的导向杆上连接有限位螺母，导向杆的下端连接与多段连杆连接，位于多段连杆与导向块之间的导向杆上套设有弹簧。

其中，每个履带系统的驱动装置均包括带动后置履带机构的第一驱动装置和带动前置履带机构的第二驱动装置，其中，第一驱动装置包括固定板、第一电机、第二电机和第三电机，第一电机和第二电机安装在底板上，第一电机的驱动轴上安装有第一齿轮，第一齿轮外啮合设置有第二齿轮，第一齿轮和第二齿轮的齿面均竖直设置，且第二齿轮的齿面上连接有空心轴，空心轴与固定在侧板上的轴承相连接，中间履带机构中的主动链轮安装在伸出行走车外的空心轴的端部，使第一电机带动中间履带机构中的主动链轮转动；空心轴内部间隙配合有第一长轴，第一长轴的一端与第二电机的驱动轴传动连接，第一长轴的另一端伸出中间履带机构中的主动链轮外且与固定板连接，第三电机安装在该固定板上，第三电机的驱动轴与后置履带机构中的主动链轮传动连接；第二驱动装置包括固定板、第四电机和第五电机，第四电机安装在底板上，第四电机的驱动轴传动连接有第二长轴，第二长轴外间隙配合套设有空心轴，空心轴与固定在侧板上的轴承相连接，中间履带机构中的从动链轮安装在伸出行走车外的空心轴的端部，第二长轴的一端伸出中间履带机构中的从动链轮外且与固定板连接，第五电机安装在固定板上，第五电机的驱动轴与前置履带机构中的主动链轮传动连接。

进一步地，行走车上还设有防倾覆装置，防倾覆装置包括旋转台、连接架、弹簧和万向轮，旋转台安装在顶板上，万向轮包括轮叉和安装在轮叉上的滚轮，连接架的一端固定在旋转台上，连接架的另一端与弹簧的上端连接，弹簧的下端与轮叉连接；旋转台包括第六电机、旋转轴和基座，第六电机固定安装在顶板的上表面，且第六电机的驱动轴与旋转轴的一端传动连接，基座固定在旋转轴的另一端，连接架的一端固定在该基座上；所述的连接架包括固定连接的第一连接杆和向行走车外延伸的第二连接杆，第二连接杆上固定连接有竖直设置的第三连接杆，第三连接杆的下端与弹簧的上端连接；其中，第一连接杆与第二连接杆的连接部位位于行走车外部，且位于行走车外的第一连接杆向下方弯折，使滚轮与履带机构位于同一平面。

一种检测机器人，包括一种爬壁车，还包括超声波探测机构、摄像机构以及设在行走车内的控制器，该控制器与每个真空负压吸附装置中的微型气压传感器、微型斜度传感器和微型气泵连接。

进一步地，超声波探测机构包括超声波探头与摄像头模块、横向移动单元、纵向移动单元和连接件，横向移动单元包括横向框架、安装在横向框架上的横向电机、由横向电机带动的横向丝杠以及配合套设在横向丝杠上的横向螺母，纵向移动单元包括纵向框架、安装在纵向框架上的纵向电机、由纵向电机带动的纵向丝杠以及配合套设在纵向丝杠上的纵向螺母，连接件的一端固定在行走车上，连接件的另一相对端与纵向框架连接，横向框架安装在纵向螺母上，超声波探头与摄像头模块安装在横向螺母上。

本发明同现有技术相比，其优点在于：本发明可以根据实际需要，通过驱动装置改变前后置履带装置的履带角度，达到其实现多维度运动（即爬壁车在相交两壁面间的过渡）、小半径圆锥壁面上的运动、单一维度且非平坦壁面上的大障碍物越障运动、弯曲壁面上的运动的目的；前中后置履带装置中的多级连杆机构，能够根据壁面表面形态使履带机构中的履带紧密贴合在壁面上，从而使更多的真空负压吸附装置贴附在壁面上，增加了真空负压吸附装置总的吸附面积，提高了总的真空负压吸附力，使机器人运作更加稳定安全；

非接触式变磁力永磁吸附机构与真空负压吸附装置相配合，提高了机器人对金属壁面的适应能力，而此类型壁面正是工程和工业中最常出现的场景；在安置位置接近壁面与可纵横向移动结构运用的条件下，超声波探测机构可通过超声波探头和摄像头模块实现对壁面暗伤和壁面裂纹无死角的精确检测；位于车头顶部的摄像机构便于控制人员对机器人的远程可视化控制。

附图说明

图1为本发明的示意图；

图2、图3分别为图1的左视图、主视图；

图4为图3中防倾翻机构的放大示意图；

图5为图3中的前置履带装置的放大示意图；

图6为图5的俯视图；

图7为图3中的后置履带装置的放大示意图；

图8为图7的俯视图；

图9为图3中的中间履带装置的放大示意图；

图10为本发明中的履带板的连接示意图；

图11为本发明中后置履带装置的主动链轮与中间履带装置的主动链轮之间的连接示意图；

图12为本发明中前置履带装置的主动链轮与中间履带装置的从动链轮之间的连接示意图；

图13为本发明中负重轮与多段连杆的连接示意图；

图14为图1中超声波探测机构的放大示意图；

图15为图14的左视图；

图16为本发明中软体吸盘的示意图；

图17为本发明中非接触式变磁力永磁吸附机构的示意图；

图18为图17的仰视图。

附图标记：1、前置履带装置，2、后置履带装置，3、中间履带装置，4、主动链轮，5、从动链轮；6、履带条，60、履带板，61、内连接板，62、外连接板，63、橡胶层，7、真空负压吸附装置，70、软体吸盘，71、微型气压传感器，72、微型斜度传感器，73、微型气泵，8、超声波探测机构，80、超声波探头与摄像头模块，81、横向框架，82、横向电机，83、横向丝杠，84、横向螺母，85、纵向框架，86、纵向电机，87、纵向丝杠，88、纵向螺母，89、连接件，9、非接触式变磁力永磁吸附机构，90、上顶板，91、下底板，92、第一电机，93、丝杠，94、螺母，95、轭铁，96、永磁体，97、导向管，98、移动杆，99、导向架，10、防倾覆装置，100、旋转台，101、轮叉，102、滚轮，103、第六电机，104、旋转轴，105、基座，106、第一连接杆，107、第二连接杆，108、第三连接杆，11、连杆单元Ⅰ，110、连杆Ⅰ，12、连杆单元Ⅱ，120、连杆Ⅱ，13、销钉，14、托带轮，15、负重轮，16、弹簧，17、多段连杆，18、导向块，19、导向杆，20、限位螺母，21、第一电机，22、第二电机，23、第三电机，24、第一齿轮，25、第二齿轮，26、空心轴，27、轴承，28、第一长轴，29、第二长轴，30、第四电机，31、第五电机，32、连接板，33、摄像机构，330、摄像头，331、连接横杆，332、固定杆，34、行走车，340、顶板，341、底板，342、侧板，35、固定轴，36、销轴。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

一种爬壁车，如图1和图2所示，该装置包括行走车34以及对称安装在行走车34相对两侧的两个履带系统，行走车34包括底板341、与底板341相对设置的顶板340以及用于封合连接底板341和顶板340侧边的多个侧板342，行走车34内设有向两个履带系统提供动力的驱动装置。其中，每个履带系统均包括前置履带装置1、后置履带装置2和中间履带装置3，中间履带装置3设在行走车34的外侧边，前置履带装置1和后置履带装置2分别设在中间履带装置3的两端的外侧边。

行走车34的底部设有非接触式变磁力永磁吸附机构9，前置履带装置1、后置履带装置2和中间履带装置3均包括主动链轮、从动链轮以及闭环套设在主动链轮和从动链轮外的履带条，前置履带装置1的主动链轮与中间履带装置3的从动链轮传动联接，后置履带装置2的主动链轮与中间履带装置3的主动链轮传动联接，前置履带装置1、后置履带装置2和中间履带装置3中均设有多级连杆单元，且前置履带装置1、后置履带装置2和中间履带装置3的履带条的外侧面上均设置有若干个真空负压吸附装置7，如图16所示，每个真空负压吸附装置7均包括软体吸盘70、微型气压传感器71、微型斜度传感器72和微型气泵73。

其中，前中后置履带装置的各履带条6上均匀且密集安置了真空负压吸附装置7，所述真空负压吸附装置7的核心部分为章鱼吸盘仿生的软体吸盘，真空负压吸附装置7利用螺钉穿过其吸盘的螺钉通孔和履带条6的履带板，使真空负压吸附装置7与履带条6相连接，而螺钉上的螺母使真空吸附装置7与履带条6之间紧固。章鱼仿生吸盘以SNAP-25型扁平吸盘为基础进行设计，且以硅橡胶做成，吸盘主要仿生章鱼吸盘结构形状（章鱼吸盘内腔表面凹槽形状和凹槽个数）和表面形态（章鱼吸盘的非光滑皱折表面）两个方面。

软体吸盘70的上端密封固定在履带条6外侧面，软体吸盘70的上端出入口处设置有微型气压传感器71、微型斜度传感器72、微型气泵73，微型气压传感器71不能通过上端出入口与软体吸盘70外面的介质相接触，但与软体吸盘70内腔的介质相接触。微型气泵73安置在微型气压传感器71的上方，并与软体吸盘70和微型气泵73之间对吸盘上端出口实现密封作用。微型气泵73的两个气体进出口分别与软体吸盘70外部介质和软体吸盘70内腔介质相接触，而与外部介质相接触的进出口是通过软体吸盘70侧面的通气孔达到相接触的目的。软体吸盘与另外三个部分（微型气压传感器71、微型斜度传感器72、微型气泵73）相互配合，是通过微型气泵73控制软体吸盘70内的气体分子数目来实现对壁面吸附的功能的，在机器人车体内置电子控制器的控制下，可达到精确控制单个真空吸附装置对被吸附壁面吸附力的调节。

机器人整体在壁面上若想保持平衡，只需机器人竖直方向的合力为0，而单个真空负压吸附装置7在与车内电子控制器的配合下，可依据微型斜度传感器72提供的其斜度数据，精确地控制其竖直直方向产生的合力大小，从而影响到机器人竖直方向的合力大小。另外，在行走车34内的斜度传感器与电子控制器的配合下，不仅可精确检测出机器人整体所受的壁面给它的总压力大小，还可以精确控制磁吸附机构在竖直方向上产生的合力大小。当软体吸盘70随柔性履带运动到快脱离壁面时，软体吸盘70通过微型气泵73往内腔充气，从而便于其脱离。

优选的，软体吸盘的内腔设有凹槽及软体吸盘本身具有非光滑皱折表面，使软体吸盘吸附过程中，皱折展开，增加吸盘的吸附面积，吸盘吸附力也相应变大；软体吸盘吸附中，大气压力挤压吸盘，使外腔表面皱折程度降低，并使皱折与被吸附表面贴合，适当皱折利于吸盘与表面咬合，而使吸盘和表面形成良好密封，而良好密封性直接影响吸盘吸附力大小，甚至能降低吸盘漏气几率；同时，皱折展开增加吸盘的吸附面积，密封面积越大，更易阻止吸盘内外的流体流动，更有力吸盘形成良好密封。软体吸盘吸附过程中，外腔存在的凹凸槽相互接触并形变，最终形成多层交错的密封，利于提高吸盘密封性，能降低吸盘漏气几率。

本发明利用非接触式变磁力永磁吸附机构9实现对金属壁面的磁吸附，如图17和图18所示，非接触式变磁力永磁吸附机构9包括固定座、第一电机92、丝杠93以及配合套设在丝杠93上的螺母94，固定座由上下分置的上顶板90和下底板91连接而成，上顶板90安装在行走车34的底部，第一电机92安装在上顶板90上，丝杠93的上端与第一电机92传动连接，丝杠93的下端伸出下底板91上设置的通孔，螺母94上设有尺寸大于通孔直径的凸肩以及连接在凸肩下表面上的轭铁95和永磁体96；下底板91的上表面设有导向管94，轭铁95上设有间隙配合设在导向管94内的移动杆98，移动杆98的上端设有不能从导向管97中脱出的限位螺母20。

优选的，非接触式变磁力永磁吸附机构9通孔的左右两侧分别焊接一个移动杆98，移动杆98连续穿过下底板91的导向管97和通孔，且与二者间隙配合。移动杆98的末端与轭铁95焊接在一起。通过第一电机92驱动丝杆93使螺母94沿丝杆93上下运动，从而达到通过改变距离控制磁吸附力大小的目的；上顶板90通过穿过其上部螺丝通孔的两颗螺钉与行走车34的底板341相连，丝杆93与导向架99的通孔间隙配合，螺母94与下底板91上的通孔间隙配合，且螺母94下底面与轭铁95焊接在一起，焊接时，螺母通孔的轴线与非接触式变磁力永磁吸附机构吸附装置通孔的轴线相重合。导向管97和导向架99对非接触式变磁力永磁吸附机构吸附装置的运动起导向和使其运动平稳的作用。非接触式变磁力永磁吸附机构是由多块永磁体按一定顺序组成的阵列，阵列上表面安置了一整块轭铁，永磁体由高性能第三代稀土永磁材料烧结钕铁硼其中类型NdFeB 45SH制成，轭铁制备材料为电工纯铁DT4。

如图3所示，前置履带装置1、后置履带装置2和中间履带装置3均包括主动链轮、从动链轮以及闭环套设在主动链轮和从动链轮外的履带条，其中，前置履带装置1的主动链轮与中间履带装置3的从动链轮传动联接，后置履带装置2的主动链轮与中间履带装置3的主动链轮传动联接；前置履带装置1和后置履带装置2中还设有对称设置的若干个连杆单元Ⅰ11，中间履带装置3中设有若干个连杆单元Ⅱ12。如图3、图5、图6所示，前置履带装置1中，除与前置履带装置1中的主动链轮4相邻设置的连杆单元Ⅰ11外，每三个连杆Ⅰ110组成一个连杆单元Ⅰ11，每个连杆单元Ⅰ11中的三个连杆Ⅰ110的一端通过一个销钉连接在一起，位于前置履带装置1上方的连杆Ⅰ的另一端通过销钉连接一个托带轮14，托带轮14与前置履带装置1上方的履带条相接触，位于中间的连杆Ⅰ的另一端通过弹簧与相邻连杆单元Ⅰ中的销钉相连接，这里的销钉指的是同时连接三个连杆的销钉，位于前置履带装置1下方的连杆Ⅰ的另一端通过销钉连接一个负重轮15，负重轮15与前置履带装置1下方的履带条相接触。其中，与前置履带装置1中的主动链轮4相邻设置的连杆单元Ⅰ11中，位于前置履带装置上方的连杆Ⅰ的下端以及位于中间的连杆Ⅰ的上端复合铰接在销钉上，且该销钉与行走车34中另外设置的销钉通过弹簧连接；与前置履带装置1中的从动链轮5相邻设置的连杆单元Ⅰ11中，位于前置履带装置1下方的连杆Ⅰ的的首端与行走车34中另外设置的销钉通过弹簧连接。如图3、图7、图8所示，后置履带装置2等同此设置。

其中，如图3和图9所示，每三个连杆Ⅱ120组成一个连杆单元Ⅱ12，每个连杆单元Ⅱ12中的三个连杆Ⅱ120的一端通过一个销钉连接在一起，位于中间履带装置3上方的连杆Ⅱ120的另一端通过销钉连接一个托带轮14，托带轮14与中间履带装置3上方的履带条相接触，位于中间的连杆Ⅱ的另一端通过弹簧与相邻连杆单元Ⅱ中的销钉相连接，这里的销钉指的是同时连接三个连杆的销钉，位于中间履带装置3下方的连杆Ⅱ的另一端通过销钉连接一个负重轮15，负重轮15与中间履带装置3下方的履带条相接触。其中，与中间履带装置3中的主动链轮4相邻设置的连杆单元Ⅱ12中，位于中间履带装置下方的连杆Ⅱ的末端与行走车34中另外设置的销钉通过弹簧连接，即最后一个连杆单元Ⅱ12（从图9的从左至右端，依次为第一个连杆单元Ⅱ、第二个连杆单元Ⅱ、第三个连杆单元Ⅱ、最后一个连杆单元Ⅱ）中连接三个连杆Ⅱ的销钉通过弹簧与一端焊接在固定板的销钉的另一端相连接，这里的另一端与连接三个连杆Ⅱ的销钉之间留有一端距离。

如图9和图13所示，位于中间履带装置3下方的连杆Ⅱ120的负重轮15上的销钉的端部设有伸入行走车34内的多段连杆17，行走车34的侧板342的内壁连接有导向块18，导向块18内滑动配合连接有竖直设置的导向杆19，伸出导向块18上端的导向杆19上连接有限位螺母20，导向杆19的下端连接与多段连杆17连接，位于多段连杆17与导向块18之间的导向杆19上套设有弹簧。其中，多段连杆17呈倒L型结构，多段连杆17的下端连接有销轴36即销钉，使多段连杆17与该销轴36构成类似倒“Z”字型结构，负重轮15转动安装在该销轴36上且不脱出。导向杆19与导向块18之间间隙配合，弹簧无法穿过导向块18的通孔。

如图3所示，中间履带机3构中的每个连杆单元Ⅱ12中的上方的连杆Ⅱ和下方的连杆Ⅱ的夹角朝向与前置履带装置1中的每个连杆单元Ⅰ11中的上方的连杆Ⅰ和下方的连杆Ⅰ的夹角朝向相同；其中，前置履带装置1和后置履带装置2中的从动链轮4的尺寸均小于主动链轮5的尺寸，每个前置履带装置1和后置履带装置2中的连杆单元Ⅰ11的尺寸根据履带条的尺寸适应设置，使前置履带装置1和后置履带装置2中，从从动链轮5靠近主动链轮4的方向，连杆单元Ⅰ11的尺寸逐渐增大。

如图10所示，本发明的的履带条6包括若干个依次连接的履带板60，履带板60呈方形，且履带板60的一侧边连接有两个内连接板61，履带板60另一个相对设置的侧边连接有两个外连接板62，相邻履带板60的内连接板61与外连接板62通过销轴36铰接。优选的，履带板60的外表面设有橡胶层63。其中，履带条6由两层组成，内层为履带板与销轴连接组成的柔性链接，外层为橡胶层，橡胶层平铺在内层的表面上。柔性履带平铺在前置履带装置1、中间履带装置3、后置履带装置2的从动链轮和主动链轮上，平铺时，主动链轮4和从动链轮5的轮齿应插入履带板60之间的矩形空隙中。

行走车34上还设有防倾覆装置10，如图4所示，防倾覆装置10包括旋转台100、连接架、弹簧和万向轮，旋转台100安装在顶板340上，万向轮包括轮叉101和安装在轮叉101上的滚轮102，万向轮的此结构属于现有已知技术，在此不再赘述。连接架的一端固定在旋转台100上，连接架的另一端与防倾覆装置10中的弹簧的上端连接，弹簧的下端与轮叉101连接；旋转台100包括第六电机103、旋转轴104和基座105，第六电机103固定安装在顶板340的上表面，且第六电机103的驱动轴与旋转轴104的一端传动连接，基座105固定在旋转轴104的另一端，连接架的一端固定在该基座105上；所述的连接架包括固定连接的第一连接杆106和向行走车34外延伸的第二连接杆107，第二连接杆107向背离超声波探测机构8的方向延伸，第二连接杆107上固定连接有竖直设置的第三连接杆108，第三连接杆108的下端与弹簧的上端连接；其中，第一连接杆106与第二连接杆107的连接部位位于行走车34外部，且位于行走车34外的第一连接杆106向下方弯折，使滚轮102与履带装置位于同一平面。能够通过第六电机103调整连接架和万向轮相对于行走车34的位置，同时，万向轮辅助作为支撑，避免行走车34在运动过程中发生倾翻。

每个履带系统的驱动装置均包括带动后置履带装置2的第一驱动装置和带动前置履带装置1的第二驱动装置，如图11所示，第一驱动装置包括固定板、第二电机22和第三电机23以及用于带动前置履带装置1中的主动链轮4转动的第一电机21，第一电机21和第二电机22安装在底板341上，第一电机21的驱动轴上安装有第一齿轮24，第一齿轮24外啮合设置有第二齿轮25，第一齿轮24和第二齿轮25的齿面均竖直设置，且第二齿轮25的齿面上连接有空心轴26，空心轴26与固定在侧板342上的轴承相连接，中间履带装置3中的主动链轮4安装在伸出行走车34外的空心轴26的端部，使第一电机21带动中间履带装置3中的主动链轮4转动；空心轴26内部间隙配合有第一长轴28，第一长轴28的一端与第二电机22的驱动轴传动连接，第一长轴28的另一端伸出中间履带装置3中的主动链轮4外且与固定板连接，第三电机23安装在该固定板上，第三电机23的驱动轴与后置履带装置2中的主动链轮4传动连接。

如图12所示，第二驱动装置包括固定板、第四电机30和第五电机31，第四电机30安装在底板341上，第四电机30的驱动轴传动连接有第二长轴29，第二长轴29外间隙配合套设有空心轴26，空心轴26与固定在侧板342上的轴承相连接，中间履带装置3中的从动链轮5安装在伸出行走车34外的空心轴26的端部，第二长轴29的一端伸出中间履带装置3中的从动链轮5外且与固定板连接，第五电机31安装在固定板上，第五电机31的驱动轴与前置履带装置1中的主动链轮4传动连接。

前置履带装置1与后置履带装置2的结构相对于顶板340的中心线对称设置，即二者的结构完全相同，各自的从动链轮5中心过盈配合一个轴承，且轴承中心通过过盈配合与一个固定轴35连接，固定轴35连接在连接板32上。中间履带装置3的主动链轮4和从动链轮5的中心分别通过过盈配合与一根空心轴26的端部相连接，空心轴26的剩下部分穿过行走车34的车壳并通过过盈配合与固定在行走车34内部的轴承相连接，而空心轴26在与轴承配合时会穿过轴承露出一端距离，另外，主动链轮4连接的空心轴26上露出的一段距离的外表面上会焊接第二齿轮25。

第一驱动装置和第二驱动装置中的固定板均包括两个连接板32，同一驱动装置中的两个连接板32之间通过若干个弹簧相连接，而前置履带装置1与后置履带装置2中的从动链轮5上的固定轴35和主动链轮4连接的电机均焊接在连接板32上。如图所示的两块连接板32由三个弹簧连接，弹簧在履带装置变形时，起缓冲承载负荷的作用，使履带能更好的贴合在壁面上。其中，前置履带装置1与后置履带装置2中的销钉均连接在连接板32上，中间履带装置中的销钉均连接在侧板342上。

参见图11，第一电机21驱动第一齿轮24，第一齿轮24驱动与其啮合的第二齿轮25，而第二齿轮25固定在中间履带装置3的主动链轮4与空心轴26焊接的整体上，从而使中间履带装置3的从动链轮5转动，中间履带装置3的从动链轮5继续通过其轮齿拨动柔性履带的运动。参见图11、12，第二电机22、第四电机30分别带动第一长轴28、第二长轴29旋转，第一长轴28、第二长轴29带动对应的固定板旋转，从而使前置履带装置1与后置履带装置2相对中间履带装置3的角度发生变化。固定板上的第五电机31通过其驱动轴带动前置履带装置1中的主动链轮4旋转，固定板上的第三电机23通过其驱动轴带动后置履带装置2中的主动链轮4旋转，前置履带装置1、后置履带装置2的主动链轮4继续通过其轮齿带动柔性履带运动，而柔性履带带动前置履带装置1、后置履带装置2的从动链轮5运动。前置履带装置1、后置履带装置2的从动链轮5转动时，装在前置履带装置1、后置履带装置2的从动链轮5中间孔的轴承的外圈和前置履带装置1、后置履带装置2的从动链轮5一起旋转，而内圈和固定轴35一起静止。

前置履带装置1和后置履带装置2底部在受力时，连杆单元Ⅰ11中的三个连杆Ⅰ110、连杆单元Ⅰ11中的弹簧、连接板32之间连接的弹簧之间组成的弹性结构，根据前置履带装置1和后置履带装置2所受外力情况，相应的通过负重轮15将柔性履带往外力的反方向压，从而使履带装置贴附在壁面上。另外，连接板32之间连接的弹簧使前置履带装置1、后置履带装置2两端（两个动轮）之间形成弹性，当两端受外力时，连接板32之间连接的弹簧即可将履带装置的两端往受力的反方向压去。所述中间履带装置3相比于上条的前置履带装置1、后置履带装置2，在履带装置底面受外力时，同时又通过导向杆19上套设的弹簧间接利用多段连杆17将负重轮15竖直方向上往下压，限位螺母20这里又防止多段连杆17的脱落。

一种检测机器人，包括一种爬壁车，还包括超声波探测机构8、摄像机构33以及设在行走车34内的控制器，该控制器与每个真空负压吸附装置7中的微型气压传感器71、微型斜度传感器72和微型气泵73连接。如图1所示，行走车34中剩余的相对设置的两侧分别设有超声波探测机构8和防倾覆装置10。如图14和图15所示，超声波探测机构8包括超声波探头与摄像头模块80、横向移动单元、纵向移动单元和连接件89，横向移动单元包括横向框架81、安装在横向框架81上的横向电机82、由横向电机82带动的横向丝杠83以及配合套设在横向丝杠83上的横向螺母84，纵向移动单元包括纵向框架85、安装在纵向框架85上的纵向电机86、由纵向电机86带动的纵向丝杠87以及配合套设在纵向丝杠87上的纵向螺母88，连接件89的一端固定在行走车34上，连接件89的另一相对端与纵向框架85连接，横向框架81安装在纵向螺母88上，超声波探头与摄像头模块80安装在横向螺母84上。其中，横向框架81和纵向框架85上分别设有供横向丝杠83和纵向丝杠87安装的通孔。连接件89的一端通过焊接与行走车34前部缺口处的壁面相连接，连接件89的另一端通过焊接与纵向框架85相连接；优选的，各框架上设有与各自的螺母配合连接的导轨。

行走车34的顶板340上靠近超声波探测机构8的部位设有摄像机构33，如图16所示，摄像机构33包括摄像头330、连接横杆331和固定杆332，固定杆332的下端连接在顶板340上，固定杆332的上端与连接横杆331的一端连接，摄像头330安装在连接横杆331的另一端。在安置位置接近壁面与可纵横向移动结构运用的条件下，超声波探测机构可通过超声波探头和摄像头模块实现对壁面暗伤和壁面裂纹无死角的精确检测；位于车头顶部的摄像机构便于控制人员对机器人的远程可视化控制。

超声波探测机构8通过纵向电机86间接通过纵向丝杠87带动纵向螺母88上下移动，从而实现超声波探头与摄像头模块80的纵向移动；通过横向电机82间接通过横向丝杠83带动横向螺母84的左右移动，从而实现超声波探头与摄像头模块80的横向运动，最终实现对壁面的无死角探测。而超声波探头与摄像头模块80在其中超声波探头和摄像头的相互配合下，实现对壁面的精确探测。

多维度运动实现时，机器人的前置履带装置1、后置履带装置2应在不同的壁面上（即相交），而中间的行走车34悬空时，置在两相交壁面的过渡处；小半径圆锥壁面上的运动和弯曲壁面上的运动实现时，前置履带装置1、后置履带装置2应在驱动装置的作用下紧压在壁面上，此时前置履带装置1、后置履带装置2相对中间履带装置3存在一定角度；单一维度且非平坦壁面上的大障碍物越障运动实现前，前置履带装置1应抬起，在运动实现时，前置履带装置1应压向大障碍物。

本发明能够实现单一维度或多维度、非平坦壁面上的障碍物越障运动、弯曲地面上的运动；各连杆单元之间通过弹簧连接，能够使履带装置在运行过程中具有减震、缓冲作用。本发明中，连杆机构通过每个连杆单元、托带轮和负重轮的设置，能够使托带轮和负重轮在履带装置的运行过程中自适应调整履带条的松紧程度，使移动平台具有更好的适应性。其中，在负重轮上连接有多段连杆等部件，在履带装置底面受外力时，通过导向杆上的弹簧间接利用多段连杆将负重轮沿竖直方向上往下压，限位螺母又防止多段连杆的脱落。

真空负压吸附吸盘采用仿生章鱼吸盘，不仅提高吸盘的密封性，降低吸盘漏气几率，而且提高吸盘的吸附性能，最终总的提高了机器人对粗糙、凹凸不平壁面的适应能力；非接触式变磁力永磁吸附机构的可变磁力设计，不仅对磁吸附力可控制，并且可以降低磁吸附装置对机器人移动的影响。

本发明其他未述内容属于现有技术。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

Claims (7)

1.一种爬壁车，包括行走车以及对称设在行走车相对两侧边的两个履带系统，行走车内设有向两个履带系统提供动力的驱动装置，其特征在于：每个履带系统均包括前置履带装置、后置履带装置和中间履带装置，中间履带装置设在行走车的外侧边，前置履带装置和后置履带装置分别设在中间履带装置的两端的外侧边；其中，行走车的底部设有非接触式变磁力永磁吸附机构，前置履带装置、后置履带装置和中间履带装置均包括主动链轮、从动链轮以及闭环套设在主动链轮和从动链轮外的履带条，前置履带装置的主动链轮与中间履带装置的从动链轮传动联接，后置履带装置的主动链轮与中间履带装置的主动链轮传动联接，前置履带装置、后置履带装置和中间履带装置中均设有多级连杆单元，且前置履带装置、后置履带装置和中间履带装置的履带条的外侧面上均设置有若干个真空负压吸附装置，每个真空负压吸附装置均包括软体吸盘、微型气压传感器、微型斜度传感器和微型气泵；

前置履带装置和后置履带装置中的多级连杆单元为对称设置的若干个连杆单元Ⅰ；前置履带装置中，每三个连杆Ⅰ组成一个连杆单元Ⅰ，每个连杆单元Ⅰ中的三个连杆Ⅰ的一端通过一个销钉连接在一起，位于前置履带装置上方的连杆Ⅰ的另一端通过销钉连接一个托带轮，托带轮与前置履带装置上方的履带条相接触，位于中间的连杆Ⅰ的另一端通过弹簧与相邻连杆单元Ⅰ中同时连接三个连杆Ⅰ的销钉相连接，位于前置履带装置下方的连杆Ⅰ的另一端通过销钉连接一个负重轮，负重轮与前置履带装置下方的履带条相接触；

中间履带装置中的多级连杆单元为若干个连杆单元Ⅱ，每三个连杆Ⅱ组成一个连杆单元Ⅱ，每个连杆单元Ⅱ中的三个连杆Ⅱ的一端通过一个销钉连接在一起，位于中间履带装置上方的连杆Ⅱ的另一端通过销钉连接一个托带轮，托带轮与中间履带装置上方的履带条相接触，位于中间的连杆Ⅱ的另一端通过弹簧与相邻连杆单元Ⅱ中同时连接三个连杆Ⅱ的销钉相连接，位于中间履带装置下方的连杆Ⅱ的另一端通过销钉连接一个负重轮，负重轮与中间履带装置下方的履带条相接触；

位于中间履带装置下方的连杆Ⅱ的负重轮上的销钉的端部设有伸入行走车内的多段连杆，行走车的内壁连接有导向块，导向块内滑动配合连接有竖直设置的导向杆，伸出导向块上端的导向杆上连接有限位螺母，导向杆的下端与多段连杆连接，位于多段连杆与导向块之间的导向杆上套设有弹簧。

2.根据权利要求1所述的一种爬壁车，其特征在于：软体吸盘的上端密封固定在履带条外侧面，且微型气压传感器、微型斜度传感器和微型气泵均设在软体吸盘的上端，其中，微型气压传感器与软体吸盘内腔的介质相接触，微型气压传感器不与软体吸盘的外部介质相接触，微型气泵的气体进口和气体出口分别与软体吸盘的外部介质和软体吸盘内腔的介质相接触。

3.根据权利要求1所述的一种爬壁车，其特征在于：所述的非接触式变磁力永磁吸附机构包括固定座、第一电机、丝杠以及配合套设在丝杠上的螺母，固定座由上下分置的上顶板和下底板连接而成，上顶板安装在行走车的底部，第一电机安装在上顶板上，丝杠的上端与第一电机传动连接，丝杠的下端伸出下底板上设置的通孔，螺母上设有尺寸大于通孔直径的凸肩以及连接在凸肩下表面上的轭铁和永磁体；下底板的上表面设有导向管，轭铁上设有间隙配合设在导向管内的移动杆，移动杆的上端设有不能从导向管中脱出的限位螺母。

4.根据权利要求1所述的一种爬壁车，其特征在于：每个履带系统的驱动装置均包括带动后置履带装置的第一驱动装置和带动前置履带装置的第二驱动装置，其中，第一驱动装置包括固定板、第一电机、第二电机和第三电机，第一电机和第二电机安装在底板上，第一电机的驱动轴上安装有第一齿轮，第一齿轮外啮合设置有第二齿轮，第一齿轮和第二齿轮的齿面均竖直设置，且第二齿轮的齿面上连接有空心轴，空心轴与固定在侧板上的轴承相连接，中间履带装置中的主动链轮安装在伸出行走车外的空心轴的端部，使第一电机带动中间履带装置中的主动链轮转动；空心轴内部间隙配合有第一长轴，第一长轴的一端与第二电机的驱动轴传动连接，第一长轴的另一端伸出中间履带装置中的主动链轮外且与固定板连接，第三电机安装在该固定板上，第三电机的驱动轴与后置履带装置中的主动链轮传动连接；

第二驱动装置包括固定板、第四电机和第五电机，第四电机安装在底板上，第四电机的驱动轴传动连接有第二长轴，第二长轴外间隙配合套设有空心轴，空心轴与固定在侧板上的轴承相连接，中间履带装置中的从动链轮安装在伸出行走车外的空心轴的端部，第二长轴的一端伸出中间履带装置中的从动链轮外且与固定板连接，第五电机安装在固定板上，第五电机的驱动轴与前置履带装置中的主动链轮传动连接。

5.根据权利要求1所述的一种爬壁车，其特征在于：行走车上还设有防倾覆装置，防倾覆装置包括旋转台、连接架、弹簧和万向轮，旋转台安装在顶板上，万向轮包括轮叉和安装在轮叉上的滚轮，连接架的一端固定在旋转台上，连接架的另一端与弹簧的上端连接，弹簧的下端与轮叉连接；旋转台包括第六电机、旋转轴和基座，第六电机固定安装在顶板的上表面，且第六电机的驱动轴与旋转轴的一端传动连接，基座固定在旋转轴的另一端，连接架的一端固定在该基座上；所述的连接架包括固定连接的第一连接杆和向行走车外延伸的第二连接杆，第二连接杆上固定连接有竖直设置的第三连接杆，第三连接杆的下端与弹簧的上端连接；其中，第一连接杆与第二连接杆的连接部位位于行走车外部，且位于行走车外的第一连接杆向下方弯折，使滚轮与履带装置位于同一平面。

6.一种检测机器人，包括权利要求1-5任一项所述的一种爬壁车，其特征在于：还包括超声波探测机构、摄像机构以及设在行走车内的控制器，该控制器与每个真空负压吸附装置中的微型气压传感器、微型斜度传感器和微型气泵连接。

7.根据权利要求6所述的一种检测机器人，其特征在于：所述的超声波探测机构包括超声波探头与摄像头模块、横向移动单元、纵向移动单元和连接件，横向移动单元包括横向框架、安装在横向框架上的横向电机、由横向电机带动的横向丝杠以及配合套设在横向丝杠上的横向螺母，纵向移动单元包括纵向框架、安装在纵向框架上的纵向电机、由纵向电机带动的纵向丝杠以及配合套设在纵向丝杠上的纵向螺母，连接件的一端固定在行走车上，连接件的另一相对端与纵向框架连接，横向框架安装在纵向螺母上，超声波探头与摄像头模块安装在横向螺母上。

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