CN108515437A - 一种用于复杂表面爬行的自动化装备柔性末端执行器 - Google Patents

一种用于复杂表面爬行的自动化装备柔性末端执行器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于复杂表面爬行的自动化装备柔性末端执行器，包括母体连接板、第一缓冲装置、第二缓冲装置和末端执行器，母体连接板上设置有通孔、两个第一盲孔和两个第一轴承座；第一缓冲装置包括第一支撑板、两个第一轴承、第一转轴、第一竖板、两个第二轴承座、第一卡簧和两个第一缓冲弹簧，第二缓冲装置包括第二支撑板、两个第二轴承、第二转轴、第二竖板、第二卡簧和两个第二缓冲弹簧，所述末端执行器包括两个驱动电机、两根传动轴、两条履带和两对履带轮；本发明通过母体连接板适配到各种自动化设备末端，通过第一缓冲装置和第二缓冲装置进行姿态调整、使末段执行器可以时刻与曲面保持最好的吸合姿态，再通过末段执行器实现爬行动作。

Description

一种用于复杂表面爬行的自动化装备柔性末端执行器
技术领域
本发明涉及复杂表面柔性抛光自动化设备领域，更具体的说，尤其涉及一种用于复杂表面爬行的自动化装备柔性末端执行器。
背景技术
大型复杂表面如今在工业领域广泛应用，对其的检测、清洗、保养工作也显得越发重要，所以对大型复杂表面的自动化爬行设备的研发具有重要意义。而当前针对复杂表面的爬行设备多采用多足式末段执行器，不能保证所有末段执行器都时刻平稳附着在复杂表面上，运行过程中不稳定、易发生驱动装置空转、设备翻转等问题。随着对设备稳定性要求的越来越高，急需一种能够适用于不同复杂表面的末段执行器，在多个末段执行器同时使用时，保证设备运行的高度稳定性。所以，要实现真正自动化设备高效、连续的完成大型复杂表面上的爬行工作，需要设计一种用于复杂表面爬行的自动化装备柔性末端执行器。
发明内容
本发明的目的在于解决现有的爬行设备运行过程中极不稳定、已发生驱动装置空转的问题，提出了一种用于复杂表面爬行的自动化装备柔性末端执行器，能够使爬行设备稳定、连续的爬行。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种用于复杂表面爬行的自动化装备柔性末端执行器，包括母体连接板、第一缓冲装置、第二缓冲装置和末端执行器，，
所述母体连接板上设置有用于与自动化装备母体连接的通孔、用于连接第一缓冲装置的第一缓冲弹簧的两个第一盲孔和垂直于母体连接板设置的两个第一轴承座；
所述第一缓冲装置包括第一支撑板、两个第一轴承、第一转轴、第一竖板、两个第二轴承座、第一卡簧和两个第一缓冲弹簧，第一竖板垂直安装在第一支撑板上方，两个第二轴承座垂直安装在第一支撑板下方，所述第一竖板的中部设置有通孔，第一转轴以过盈配合的方式安装在第一竖板的通孔内，且第一转轴通过安装在第一竖板的通孔内的第一卡簧进行限位，两个第一轴承分别以过盈配合的方式安装在母体连接板上的两个第一轴承座上，第一转轴的两端分别通过两个第一轴承支撑在两个第一轴承座上；所述第一支撑板的上表面设置有两个第二盲孔，两个第一缓冲弹簧竖直安装在第一支撑板和母体连接板之间，两个第一缓冲弹簧的上端分别安装在母体连接板的两个第一盲孔内，两个第一缓冲弹簧的下端分别安装在第一支撑板上表面的上的两个第二盲孔内；所述第一支撑板的下表面还设置有用于连接第二缓冲装置的第二缓冲弹簧的两个第三盲孔，两个第三盲孔的连心线与两个第二盲孔的连心线互相垂直；
所述第二缓冲装置包括第二支撑板、两个第二轴承、第二转轴、第二竖板、第二卡簧和两个第二缓冲弹簧，第二竖板垂直安装在第二支撑板上方，所述第二竖板的中部设置有通孔，第二转轴一过盈配合的方式安装在第二竖板的通孔内，第二转轴通过安装在第一竖板的通孔内的第二卡簧进行限位，两个第二轴承分别以过盈配合的方式安装在第一缓冲装置的两个第二轴承座上，第二转轴的两端分别通过两个第二轴承支撑在两个第二轴承座上；所述第二支撑板的上表面设置有两个第四盲孔，两个第二缓冲弹簧竖直安装在第一支撑板和第二支撑板之间，两个第二缓冲弹簧的上端分别安装在第一支持板的两个第三盲孔内，两个第二缓冲弹簧的下端分别安装在第二支撑板的两个第四盲孔内；
所述末端执行器包括两个驱动电机、两根传动轴、两条履带和两对履带轮，所述第二支撑板两侧分别安装有一对履带轮，两条履带分别套装在两对履带轮上；两个驱动电机均固定在第二支撑板底部，两个驱动电机的输出轴通过安装在第二支撑板底部的第三轴承座进行支撑，两个驱动电机的输出轴的端部分别连接到两对履带轮的主动轮上，两根传动轴通过安装在第二支撑板底部的第四轴承座进行支撑，两根传动轴的一端分别穿过一个第四轴承座，两对履带轮的从动轮分别安装在两根传动轴伸出第四轴承座的部分上。
本发明的工作原理在于：该装置的工作模式主要是包括平面抛光模式和复杂表面抛光模式。
在平面工作模式中，末端执行器的两条履带可以平稳接触在平面上，不会产生倾覆力矩，第一缓冲装置和第二缓冲装置中的第一缓冲弹簧、第二缓冲弹簧都不发生变形，整个机构垂直稳定运行。
在复杂表面工作模式中，由于表面的具有不可控制的曲率，末端执行器中的两条履带不能平稳接触到表面上，整个机构受力不均匀，产生倾覆力矩，爬行机构发生偏转，根据所受力矩的方向，第一缓冲装置与第二缓冲装置中的第一转轴，第二转轴发生旋转，直到两条履带再次以最合适的姿态接触到复杂表面上，机器人得以在末段执行器中的电机驱动下继续平稳运行。当通过当前复杂表面工作区域后，由于第一缓冲弹簧、第二缓冲弹簧回复力的作用，整个机构恢复到平面工作模式的状态，直到再次遇到复杂表面，在倾覆力矩的影响下发生适应性变形。
本发明的整体工作过程：本机构一般安装在用于复杂表面(球面、圆柱面或自由表面)爬行工作的机器人或自动化设备多个末端，在爬行机器人遇到复杂表面时，多个末段执行器都根据自身所处位置受到的倾覆力矩，发生适应性变形，从而调整自身姿态，使整个设备达到最适合爬行的姿态，并时刻根据受力的变化调整姿态，从而实现在复杂便面的稳定爬行。
本发明的有益效果在于：本发明针对当前在大型复杂表面爬行设备运行过程极不稳定、易发生驱动装置空转的问题，设计了一种可以适用于复杂表面爬行的自动化装备柔性末段执行器，该装置通过母体连接板适配到各种自动化设备末端，通过第一缓冲装置和第二缓冲装置进行姿态调整、使末段执行器可以时刻与曲面保持最好的吸合姿态，再通过末段执行器实现爬行动作；多个该装置的配合，可以通过各自调整姿态，使整个设备达到在任何复杂表面实现稳定爬行。本发明可以用于复杂表面、曲面进行爬行作业的自动化设备领域。
附图说明
图1是本发明一种用于复杂表面爬行的自动化装备柔性末端执行器的主视图。
图2是本发明一种用于复杂表面爬行的自动化装备柔性末端执行器的后视图。
图3是本发明一种用于复杂表面爬行的自动化装备柔性末端执行器的右视图。
图4是本发明一种用于复杂表面爬行的自动化装备柔性末端执行器的三维视图。
图5是本发明母体连接板的结构示意图。
图6是本发明第一缓冲装置的第一支撑板、第一竖板与第二轴承座的结构示意图。
图7是本发明第二缓冲装置的第二竖板、第二支撑板和第三轴承座的结构示意图。
图中，1-母体连接板、2-第一缓冲装置、3-第二缓冲装置、4-爬行模块、5-抛光模块、11-第一轴承座、12-第一盲孔、21-第一轴承、22-第一支撑板、23-第一转轴、24-第一卡簧、25-第一缓冲弹簧、26-第一竖板、27-第二轴承座、28-第二盲孔、29-第三盲孔、31-第二轴承、32-第二支撑板、33-第二转轴、34-第二卡簧、35-第二缓冲弹簧、36-第二竖板、37-第三轴承座、38-第四盲孔、41-第三轴承、42-驱动电机、43-传动轴、44-主动轮、45-从动轮、46-履带。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1～7所示，一种用于复杂表面爬行的自动化装备柔性末端执行器，包括母体连接板1、第一缓冲装置2、第二缓冲装置3和末端执行器，所述母体连接板1上设置有用于与自动化装备母体连接的通孔、用于连接第一缓冲装置2的第一缓冲弹簧25的两个第一盲孔12和垂直于母体连接板1设置的两个第一轴承座11。
所述第一缓冲装置2包括第一支撑板22、两个第一轴承21、第一转轴23、第一竖板26、两个第二轴承座27、第一卡簧24和两个第一缓冲弹簧25，第一竖板26垂直安装在第一支撑板22上方，两个第二轴承座27垂直安装在第一支撑板22下方，所述第一竖板26的中部设置有通孔，第一转轴23以过盈配合的方式安装在第一竖板26的通孔内，且第一转轴23通过安装在第一竖板26的通孔内的第一卡簧24进行限位，两个第一轴承21分别以过盈配合的方式安装在母体连接板1上的两个第一轴承座11上，第一转轴23的两端分别通过两个第一轴承21支撑在两个第一轴承座11上；所述第一支撑板22的上表面设置有两个第二盲孔28，两个第一缓冲弹簧25竖直安装在第一支撑板22和母体连接板1之间，两个第一缓冲弹簧25的上端分别安装在母体连接板1的两个第一盲孔12内，两个第一缓冲弹簧25的下端分别安装在第一支撑板22上表面的上的两个第二盲孔28内；所述第一支撑板22的下表面还设置有用于连接第二缓冲装置3的第二缓冲弹簧35的两个第三盲孔29，两个第三盲孔29的连心线与两个第二盲孔28的连心线互相垂直。
所述第二缓冲装置3包括第二支撑板32、两个第二轴承31、第二转轴33、第二竖板36、第二卡簧34和两个第二缓冲弹簧35，第二竖板36垂直安装在第二支撑板32上方，所述第二竖板36的中部设置有通孔，第二转轴33一过盈配合的方式安装在第二竖板36的通孔内，第二转轴33通过安装在第一竖板26的通孔内的第二卡簧34进行限位，两个第二轴承31分别以过盈配合的方式安装在第一缓冲装置2的两个第二轴承座27上，第二转轴33的两端分别通过两个第二轴承31支撑在两个第二轴承座27上；所述第二支撑板32的上表面设置有两个第四盲孔38，两个第二缓冲弹簧35竖直安装在第一支撑板22和第二支撑板32之间，两个第二缓冲弹簧35的上端分别安装在第一支持板的两个第三盲孔29内，两个第二缓冲弹簧35的下端分别安装在第二支撑板32的两个第四盲孔38内。
所述末端执行器4包括两个驱动电机42、两根传动轴43、两条履带和两对履带轮，所述第二支撑板32两侧分别安装有一对履带轮，两条履带46分别套装在两对履带轮上；两个驱动电机42均固定在第二支撑板32底部，两个驱动电机42的输出轴通过安装在第二支撑板32底部的第三轴承座37进行支撑，两个驱动电机42的输出轴的端部分别连接到两对履带轮的主动轮44上，两根传动轴43通过安装在第二支撑板32底部的第四轴承座46进行支撑，两根传动轴43的一端分别穿过一个第四轴承座46，两对履带轮的从动轮45安装在两根传动轴43伸出第四轴承座46的部分上。
本发明的工作原理在于：该装置的工作模式主要是包括平面抛光模式和复杂表面抛光模式。
在平面工作模式中，末端执行器的两条履带可以平稳接触在平面上，不会产生倾覆力矩，第一缓冲装置和第二缓冲装置中的第一缓冲弹簧、第二缓冲弹簧都不发生变形，整个机构垂直稳定运行。
在复杂表面工作模式中，由于表面的具有不可控制的曲率，末端执行器中的两条履带不能平稳接触到表面上，整个机构受力不均匀，产生倾覆力矩，爬行机构发生偏转，根据所受力矩的方向，第一缓冲装置与第二缓冲装置中的第一转轴，第二转轴发生旋转，直到两条履带再次以最合适的姿态接触到复杂表面上，机器人得以在末段执行器中的电机驱动下继续平稳运行。当通过当前复杂表面工作区域后，由于第一缓冲弹簧、第二缓冲弹簧回复力的作用，整个机构恢复到平面工作模式的状态，直到再次遇到复杂表面，在倾覆力矩的影响下发生适应性变形。
本发明的整体工作过程：本机构一般安装在用于复杂表面(球面、圆柱面或自由表面)爬行工作的机器人或自动化设备多个末端，在爬行机器人遇到复杂表面时，多个末段执行器都根据自身所处位置受到的倾覆力矩，发生适应性变形，从而调整自身姿态，使整个设备达到最适合爬行的姿态，并时刻根据受力的变化调整姿态，从而实现在复杂便面的稳定爬行。
上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (1)

1.一种用于复杂表面爬行的自动化装备柔性末端执行器，其特征在于：包括母体连接板(1)、第一缓冲装置(2)、第二缓冲装置(3)和末端执行器，
所述母体连接板(1)上设置有用于与自动化装备母体连接的通孔、用于连接第一缓冲装置(2)的第一缓冲弹簧(25)的两个第一盲孔(12)和垂直于母体连接板(1)设置的两个第一轴承座(11)；
所述第一缓冲装置(2)包括第一支撑板(22)、两个第一轴承(21)、第一转轴(23)、第一竖板(26)、两个第二轴承座(27)、第一卡簧(24)和两个第一缓冲弹簧(25)，第一竖板(26)垂直安装在第一支撑板(22)上方，两个第二轴承座(27)垂直安装在第一支撑板(22)下方，所述第一竖板(26)的中部设置有通孔，第一转轴(23)以过盈配合的方式安装在第一竖板(26)的通孔内，且第一转轴(23)通过安装在第一竖板(26)的通孔内的第一卡簧(24)进行限位，两个第一轴承(21)分别以过盈配合的方式安装在母体连接板(1)上的两个第一轴承座(11)上，第一转轴(23)的两端分别通过两个第一轴承(21)支撑在两个第一轴承座(11)上；所述第一支撑板(22)的上表面设置有两个第二盲孔(28)，两个第一缓冲弹簧(25)竖直安装在第一支撑板(22)和母体连接板(1)之间，两个第一缓冲弹簧(25)的上端分别安装在母体连接板(1)的两个第一盲孔(12)内，两个第一缓冲弹簧(25)的下端分别安装在第一支撑板(22)上表面的上的两个第二盲孔(28)内；所述第一支撑板(22)的下表面还设置有用于连接第二缓冲装置(3)的第二缓冲弹簧(35)的两个第三盲孔(29)，两个第三盲孔(29)的连心线与两个第二盲孔(28)的连心线互相垂直；
所述第二缓冲装置(3)包括第二支撑板(32)、两个第二轴承(31)、第二转轴(33)、第二竖板(36)、第二卡簧(34)和两个第二缓冲弹簧(35)，第二竖板(36)垂直安装在第二支撑板(32)上方，所述第二竖板(36)的中部设置有通孔，第二转轴(33)一过盈配合的方式安装在第二竖板(36)的通孔内，第二转轴(33)通过安装在第一竖板(26)的通孔内的第二卡簧(34)进行限位，两个第二轴承(31)分别以过盈配合的方式安装在第一缓冲装置(2)的两个第二轴承座(27)上，第二转轴(33)的两端分别通过两个第二轴承(31)支撑在两个第二轴承座(27)上；所述第二支撑板(32)的上表面设置有两个第四盲孔(38)，两个第二缓冲弹簧(35)竖直安装在第一支撑板(22)和第二支撑板(32)之间，两个第二缓冲弹簧(35)的上端分别安装在第一支持板的两个第三盲孔(29)内，两个第二缓冲弹簧(35)的下端分别安装在第二支撑板(32)的两个第四盲孔(38)内；
所述末端执行器(4)包括两个驱动电机(42)、两根传动轴(43)、两条履带和两对履带轮，所述第二支撑板(32)两侧分别安装有一对履带轮，两条履带(46)分别套装在两对履带轮上；两个驱动电机(42)均固定在第二支撑板(32)底部，两个驱动电机(42)的输出轴通过安装在第二支撑板(32)底部的第三轴承座(37)进行支撑，两个驱动电机(42)的输出轴的端部分别连接到两对履带轮的主动轮(44)上，两根传动轴(43)通过安装在第二支撑板(32)底部的第四轴承座(46)进行支撑，两根传动轴(43)的一端分别穿过一个第四轴承座(46)，两对履带轮的从动轮(45)安装在两根传动轴(43)伸出第四轴承座(46)的部分上。
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