CN109774809A - 导磁壁面移动机构和导磁壁面移动机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种导磁壁面移动机构和导磁壁面移动机器人，属于壁面机器人领域，该导磁壁面移动机构包括主体支撑，所述主体支撑上设置有导向轮、驱动轮和多组履带轮机构，其中：所述导向轮和驱动轮具有磁性，所述导向轮连接有导向电机，所述驱动轮连接有驱动电机；所述履带轮机构通过伸缩腿机构与所述主体支撑连接，所述伸缩腿机构包括伸缩腿电机、传动机构和伸缩腿；所述履带轮机构上设置有永磁铁和履带轮电机。本发明能适应不同直径柱面，曲面，和平面的导磁壁面，既能提供足够的吸附力，又有足够的灵活性。

Description

导磁壁面移动机构和导磁壁面移动机器人

技术领域

本发明涉及壁面机器人领域，特别是指一种导磁壁面移动机构和导磁壁面移动机器人。

背景技术

壁面移动机器人是移动机器人的一个重要分支，移动和吸附是其两个基本功能，为了适应复杂的工况需求，在保证可靠性的基础上还要求机器人能够灵活地运动。导磁壁面移动机器人是移动机器人领域的一个分支，它把地面移动机器人技术与磁吸附技术结合起来，可在钢质导磁壁面上附着爬行，并能携带工具完成一定的作业任务，大大扩展了机器人的应用范围。

我国哈工大机器人研究所成功研制出我国第一台壁面移动机器人，用于检测核废液储存罐壁面焊缝缺陷，标志我国壁面移动机器人发展的开端。随着壁面移动机器人技术的发展，其应用范围也在不断扩大，目前的主要应用有：清洗高层建筑物的玻璃墙面或瓷砖壁面；石化企业中球罐或柱形容器的探伤检测、涂绣、喷漆等；造船业用于喷涂船体表面、喷砂除锈以及对船体的日常维修；核工业中用于对大罐的检查、测量和焊缝探伤等。

现有的壁面移动机器人不能很好的适应不同曲率的柱面，吸附力与灵活性的矛盾无法很好的解决。履带多吸盘式壁面移动机器人使用真空发生器令每个小吸盘内产生真空，提供需要的吸附力，此种方案可在任何材料的壁面上可靠吸附，但是控制系统往往比较复杂，给其应用带来一定困难。轮式壁面移动机器人移动灵活，但是往往承载能力较弱。因此目前的壁面移动机器普遍存在吸附力与灵活性的矛盾。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种导磁壁面移动机构和导磁壁面移动机器人，本发明能适应不同直径柱面，曲面，和平面的导磁壁面，既能提供足够的吸附力，又有足够的灵活性。

本发明提供技术方案如下：

一种导磁壁面移动机构，包括主体支撑，所述主体支撑上设置有导向轮、驱动轮和多组履带轮机构，其中：

所述导向轮和驱动轮具有磁性，所述导向轮连接有导向电机，所述驱动轮连接有驱动电机；

所述履带轮机构通过伸缩腿机构与所述主体支撑连接，所述伸缩腿机构包括伸缩腿电机、传动机构和伸缩腿；

所述履带轮机构上设置有永磁铁和履带轮电机。

进一步的，所述履带轮机构包括连杆、导杆和横杆，其中：

所述连杆与所述伸缩腿连接；

所述横杆的两端设置有两组履带轮，所述履带轮包括多个转动轮和履带，所述转动轮与所述履带轮电机连接；

所述导杆与所述永磁铁连接，所述永磁铁可沿着所述导杆移动从而调节所述永磁铁与导磁壁面的距离。

进一步的，所述传动机构包括电机齿轮、第一传动齿轮和第二传动齿轮，其中：

所述电机齿轮与所述伸缩腿电机的输出轴连接，所述电机齿轮与所述第一传动齿轮或第二传动齿轮啮合，所述第一传动齿轮和第二传动齿轮啮合；

所述第一传动齿轮和第二传动齿轮均连接有摆杆，每个摆杆与一个伸缩腿连接，所述摆杆上设置有销轴，所述销轴插在固定滑槽内。

进一步的，所述第一传动齿轮和第二传动齿轮上开有齿轮滑槽，所述摆杆上设置有导柱，所述导柱插在所述齿轮滑槽内；所述摆杆上设置有摆杆滑槽，所述销轴插在所述摆杆滑槽内。

进一步的，所述摆杆铰接有定杆，所述定杆固定设置在所述主体支撑上。

进一步的，所述固定滑槽开设在固定杆上，所述固定杆为弧形且所述固定杆横跨所述主体支撑的宽度方向，所述固定杆上开设有2个固定滑槽。

进一步的，所述第一传动齿轮和第二传动齿轮完全相同且对称设置，所述第一传动齿轮的中心轴处设置有第一同轴齿轮，所述第二传动齿轮的中心轴处设置有第二同轴齿轮，所述第一同轴齿轮与所述第二同轴齿轮啮合使得所述第一传动齿轮和第二传动齿轮啮合。

进一步的，所述伸缩腿为四杆机构，所述四杆机构包括第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆，其中：

所述第一连杆的第一端与所述主体支撑铰接，第二端与所述第四连杆的中部铰接；

所述第二连杆的第一端与所述销轴铰接，第二端与所述第一连杆的中部铰接；

所述第三连杆的第一端与所述第二连杆的中部铰接，第二端与所述第四连杆的第一端铰接；

所述第四连杆的第一端与第三连杆的第二端铰接，第二端与所述履带轮机构铰接。

进一步的，所述履带轮机构数量为4组且对称分布，所述驱动轮为2个，所述导向轮为1个。

一种导磁壁面移动机器人，包括负载和前述的导磁壁面移动机构，所述负载设置在所述主体支撑上，所述负载包括传感器、检测装置、喷涂装置和/或清污装置。

本发明具有以下有益效果：

本发明为轮式和履带式混合的变吸附力导磁壁面移动机构，优选作为水下移动机构。本发明的履带轮机构通过伸缩腿机构升降伸缩，能够很好地贴合导磁壁面，实现适应不同的导磁柱面、锥面、平面等，可用于海上油井平台导管架的清理、圆柱罐壁面的检测探伤和除锈喷漆等等。在移动时收起履带轮机构，能够保证运动的灵活性，在工作时放下履带轮机构，能提供足够的吸附力。本发明的导磁壁面移动机构能适应不同直径柱面，曲面，和平面的导磁壁面，既能提供足够的吸附力，又有足够的灵活性。

附图说明

图1为本发明的导磁壁面移动机构的整体结构示意图；

图2为主体支撑的示意图；

图3为传动机构的示意图；

图4为伸缩腿机构的示意图；

图5为履带轮机构的示意图。

其中，各部件的编号为：主体支撑1、导向轮2、驱动轮3、履带轮机构4、伸缩腿机构5、伸缩腿电机6、传动机构7、伸缩腿8、永磁铁9、连杆10、导杆11、横杆12、履带轮13、转动轮14、履带15、电机齿轮16、第一传动齿轮17、第二传动齿轮18、摆杆19、销轴20、固定滑槽21、齿轮滑槽22、导柱23、摆杆滑槽24、定杆25、固定杆26、第一同轴齿轮27、第二同轴齿轮28、第一连杆29、第二连杆30、第三连杆31、第四连杆32。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

一方面，本发明实施例提供一种导磁壁面移动机构，如图1-5所示，该机构包括主体支撑1，主体支撑可安装作业需要的传感器，喷涂装置，清污装置以及其他负载等。主体支撑1上设置有导向轮2、驱动轮3和多组履带轮机构4，其中：

导向轮2和驱动轮3具有磁性，吸附在导磁壁面上，导向轮2连接有导向电机，用于调节导向轮的方向，引导移动机构转向，驱动轮3连接有驱动电机，用于使驱动轮转动，驱动移动机构在导磁壁面上行走。

履带轮机构4通过伸缩腿机构5与主体支撑1连接，伸缩腿机构5包括伸缩腿电机6、传动机构7和伸缩腿8；伸缩腿电机通过传动机构调节伸缩腿，使得履带轮机构贴在导磁壁面上或从导磁壁面上抬起。

履带轮机构4上设置有永磁铁9和履带轮电机，永磁铁使得履带轮机构与导磁壁面具有一定的吸附力，履带轮电机用于驱动履带轮机构，使得移动机构在导磁壁面上行走。

本发明在使用时，首先将该导磁壁面移动机构置于目标导磁壁面上，具有磁性的驱动轮和导向轮贴在目标导磁壁面上。当要求较快的移动速度时，可通过伸缩腿电机使伸缩腿缩回，使履带轮机构脱离目标导磁壁面；当需要较大的稳定性，或作业工程中受力过大时，伸缩腿电机驱动伸缩腿机构伸缩，使履带轮机构贴合在目标导磁壁面上，永磁铁提供履带轮机构与目标导磁壁面的吸附力。当转向时，可通过导向电机驱动导向轮。履带轮机构和驱动轮都具有驱动能力。承载主体装置上可安装作业需要的传感器，喷涂装置，清污装置等等以及其他负载等。

本发明为轮式和履带式混合的变吸附力导磁壁面移动机构，优选作为水下移动机构。本发明的履带轮机构通过伸缩腿机构升降伸缩，能够很好地贴合导磁壁面，实现适应不同的导磁柱面、锥面、平面等，可用于海上油井平台导管架的清理、圆柱罐壁面的检测探伤和除锈喷漆等等。在移动时收起履带轮机构，能够保证运动的灵活性，在工作时放下履带轮机构，能提供足够的吸附力。

综上所述，本发明的导磁壁面移动机构能适应不同直径柱面，曲面，和平面的导磁壁面，既能提供足够的吸附力，又有足够的灵活性。

作为本发明的一种改进，如图5所示，履带轮机构4优选包括连杆10、导杆11和横杆12，其中：

连杆10与伸缩腿8连接；

横杆12的两端设置有两组履带轮13，履带轮13包括多个转动轮14和履带15，转动轮14与履带轮电机连接；

导杆11与永磁铁9连接，永磁铁9可沿着导杆11移动，从而调节永磁铁9与导磁壁面的距离；

优选的，导杆与导磁壁面垂直，横杆与导杆垂直，连杆与导杆铰接。

本发明的履带轮机构具有一定的越障能力，并且根据需要调节永磁铁与导磁壁面的距离可以调节需要的吸附力的大小(变磁力)。本发明采用了具有自适应性的履带机构，伸缩连杆机构，满足对不同壁面的变磁力吸附贴合。通过变磁力、履带和轮子的组合，提供更好灵活性。可提供足够的吸附力，一定的越障能力，一定的移动速度。

当要求较快的移动速度时，可以不使履带轮机构脱离目标导磁壁面，而是调整永磁铁与导磁壁面的距离增大，减少吸附力；当需要较大的稳定性，或作业工程中受力过大时，可以调整永磁铁与导磁壁面的距离减小，增大吸附力。

作为本发明的另一种改进，如图3、4所示，传动机构7包括电机齿轮16、第一传动齿轮17和第二传动齿轮18，其中：

电机齿轮16与伸缩腿电机6的输出轴连接，电机齿轮16与第一传动齿轮17或第二传动齿轮18啮合，第一传动齿轮17和第二传动齿轮18啮合；

第一传动齿轮17和第二传动齿轮18均连接有摆杆19，每个摆杆19与一个伸缩腿8连接，摆杆19上设置有销轴20，销轴20插在固定滑槽21内。

本发明通过一个电机齿轮控制两个伸缩腿(履带轮机构)，一个电机齿轮带动第一传动齿轮或第二传动齿轮，第一传动齿轮和第二传动齿轮啮合，第一传动齿轮和第二传动齿轮带动两个摆杆摆动，两个摆杆带动两个伸缩腿升降，实现两组履带轮机构与导磁壁面的贴合或脱离。

具体结构包括：第一传动齿轮17和第二传动齿轮18上开有齿轮滑槽22，摆杆19上设置有导柱23，导柱23插在齿轮滑槽22内；第一传动齿轮和第二传动齿轮转动时，导柱在齿轮滑槽内移动，使得摆杆摆动。

摆杆19上设置有摆杆滑槽24，销轴20插在摆杆滑槽24内。摆杆摆动时，销轴同时在摆杆滑槽内滑动。

摆杆19铰接有定杆25，定杆25固定设置在主体支撑1上，定杆用于固定摆杆的一端，使得摆杆沿这一端摆动。

固定滑槽21开设在固定杆26上，固定杆26为弧形且固定杆横跨主体支撑1的宽度方向，固定杆26上开设有2个固定滑槽21，摆杆摆动时，销轴在固定滑槽内滑动，带动伸缩腿升降。

第一传动齿轮和第二传动齿轮的啮合结构如下：第一传动齿轮17和第二传动齿轮18完全相同且对称设置，第一传动齿轮17的中心轴处设置有第一同轴齿轮27，第二传动齿轮18的中心轴处设置有第二同轴齿轮28，第一同轴齿轮27与第二同轴齿轮28啮合使得第一传动齿轮17和第二传动齿轮18啮合，使得第一传动齿轮和第二传动齿轮的动作相向转动且转动角度完全相同。

优选的，本发明的伸缩腿8为四杆机构，四杆机构包括第一连杆29、第二连杆30、第三连杆31和第四连杆32，其中：

第一连杆的第一端与主体支撑铰接，第二端与第四连杆的中部铰接；

第二连杆的第一端与销轴铰接，第二端与第一连杆的中部铰接；

第三连杆的第一端与第二连杆的中部铰接，第二端与第四连杆的第一端铰接；

第四连杆的第一端与第三连杆的第二端铰接，第二端与履带轮机构铰接；

为减轻重量，第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆上设有中孔部分。

本发明中，履带轮机构数量优选为4组且对称分布，驱动轮优选为2个，导向轮优选为1个。

另一方面，本发明提供一种导磁壁面移动机器人，包括负载和前述的导磁壁面移动机构，其中：负载设置在主体支撑上，负载包括传感器、检测装置、喷涂装置和/或清污装置等。

本发明为轮式和履带式混合的变吸附力导磁壁面移动机构，优选作为水下移动机构。本发明的履带轮机构通过伸缩腿机构升降伸缩，能够很好地贴合导磁壁面，实现适应不同的导磁柱面、锥面、平面等，可用于海上油井平台导管架的清理、圆柱罐壁面的检测探伤和除锈喷漆等等。在移动时收起履带轮机构，能够保证运动的灵活性，在工作时放下履带轮机构，能提供足够的吸附力。本发明可携带各类传感器，检测装置，清洗装置，喷涂装置等，完成海上油井平台导管的海生物清除，大型油气罐的检测等等作业要求。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种导磁壁面移动机构，其特征在于，包括主体支撑，所述主体支撑上设置有导向轮、驱动轮和多组履带轮机构，其中：

所述导向轮和驱动轮具有磁性，所述导向轮连接有导向电机，所述驱动轮连接有驱动电机；

所述履带轮机构通过伸缩腿机构与所述主体支撑连接，所述伸缩腿机构包括伸缩腿电机、传动机构和伸缩腿；

所述履带轮机构上设置有永磁铁和履带轮电机。

2.根据权利要求1所述的导磁壁面移动机构，其特征在于，所述履带轮机构包括连杆、导杆和横杆，其中：

所述连杆与所述伸缩腿连接；

所述横杆的两端设置有两组履带轮，所述履带轮包括多个转动轮和履带，所述转动轮与所述履带轮电机连接；

所述导杆与所述永磁铁连接，所述永磁铁可沿着所述导杆移动从而调节所述永磁铁与导磁壁面的距离。

3.根据权利要求1所述的导磁壁面移动机构，其特征在于，所述传动机构包括电机齿轮、第一传动齿轮和第二传动齿轮，其中：

所述电机齿轮与所述伸缩腿电机的输出轴连接，所述电机齿轮与所述第一传动齿轮或第二传动齿轮啮合，所述第一传动齿轮和第二传动齿轮啮合；

所述第一传动齿轮和第二传动齿轮均连接有摆杆，每个摆杆与一个伸缩腿连接，所述摆杆上设置有销轴，所述销轴插在固定滑槽内。

4.根据权利要求3所述的导磁壁面移动机构，其特征在于，所述第一传动齿轮和第二传动齿轮上开有齿轮滑槽，所述摆杆上设置有导柱，所述导柱插在所述齿轮滑槽内；所述摆杆上设置有摆杆滑槽，所述销轴插在所述摆杆滑槽内。

5.根据权利要求4所述的导磁壁面移动机构，其特征在于，所述摆杆铰接有定杆，所述定杆固定设置在所述主体支撑上。

6.根据权利要求3所述的导磁壁面移动机构，其特征在于，所述固定滑槽开设在固定杆上，所述固定杆为弧形且所述固定杆横跨所述主体支撑的宽度方向，所述固定杆上开设有2个固定滑槽。

7.根据权利要求3所述的导磁壁面移动机构，其特征在于，所述第一传动齿轮和第二传动齿轮完全相同且对称设置，所述第一传动齿轮的中心轴处设置有第一同轴齿轮，所述第二传动齿轮的中心轴处设置有第二同轴齿轮，所述第一同轴齿轮与所述第二同轴齿轮啮合使得所述第一传动齿轮和第二传动齿轮啮合。

8.根据权利要求3-7任一所述的导磁壁面移动机构，其特征在于，所述伸缩腿为四杆机构，所述四杆机构包括第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆，其中：

所述第一连杆的第一端与所述主体支撑铰接，第二端与所述第四连杆的中部铰接；

所述第二连杆的第一端与所述销轴铰接，第二端与所述第一连杆的中部铰接；

所述第三连杆的第一端与所述第二连杆的中部铰接，第二端与所述第四连杆的第一端铰接；

所述第四连杆的第一端与第三连杆的第二端铰接，第二端与所述履带轮机构铰接。

9.根据权利要求8所述的导磁壁面移动机构，其特征在于，所述履带轮机构数量为4组且对称分布，所述驱动轮为2个，所述导向轮为1个。

10.一种导磁壁面移动机器人，其特征在于，包括负载和权利要求1-9任一所述的导磁壁面移动机构，所述负载设置在所述主体支撑上，所述负载包括传感器、检测装置、喷涂装置和/或清污装置。