CN111661192A - 一种永磁吸附轮腿复合爬壁机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种永磁吸附轮腿复合爬壁机器人，包括车架、六个驱动轮、两个转动机构、一个移动机构、六个旋转机构和永磁吸附装置；转动机构用于带动驱动轮相对车架前后摆动；一个转动机构对应位于车架前端的两个驱动轮，另一个转动机构对应位于车架后端的两个驱动轮；移动机构用于带动位于车架中部的两个驱动轮相对车架上下移动；旋转机构用于带动驱动轮旋转运动；六个旋转机构与六个驱动轮一一对应；永磁吸附装置包括三个非接触式永磁吸附单元，两个分别与位于车架前端或后端的两个驱动轮同步摆动，一个与位于车架中部的两个驱动轮同步升降。本发明的爬壁机器人具有高效移动能力，且兼具壁面形貌适应能力、越障能力和交叉壁面过渡能力。

Description

一种永磁吸附轮腿复合爬壁机器人

技术领域

本发明属于特种机器人技术领域，涉及一种永磁吸附轮腿复合爬壁机器人。

背景技术

磁吸附爬壁机器人是一种将磁吸附技术与移动机器人技术相结合的特种机器人，其能够携带作业工具在导磁壁面上完成焊接、检测、喷涂、打磨等移动作业任务，在造船业、核工业、石化工业等大型铁磁构件的制造维护中具有广阔的应用前景。

在船舶、核容器、石化储罐等大型构件的制造维护中，存在着大量的非结构环境，不仅作业面形式多样，如存在平面、斜面、立面、空间曲面等，而且作业面上还伴有焊缝、板筋、沟槽等结构特征。爬壁机器人要在此类环境中完成移动作业，除了需要具有高效的移动能力，还需要具备较强的环境适应能力，包括对壁面形貌的适应能力、越障能力以及交叉壁面过渡能力。

爬壁机器人需要具备吸附和移动两大基本功能。经文献检索发现，现有的磁吸附爬壁机器人主要有电磁腿足式爬壁机器人、永磁轮式爬壁机器人和永磁履带式爬壁机器人。

申请号为201810281400.2的专利涉及的“一种双足磁吸附爬壁机器人”，两腿的足端安装有电磁铁，依靠两腿的交替运动以及足端永磁铁的交替吸附实现在壁面上的行走，其特点是对壁面形貌的适应性好，可以实现越障和交叉壁面过渡，但特殊的行走方式导致了其移动速度慢、运动不连续，因而难以实现大范围高效移动作业。

申请号为200510086382.5的专利涉及的“一种具有曲面自适应能力的磁吸附爬壁机器人”，包括轮式移动机构和多个永磁吸附装置，永磁吸附装置的一端通过辅助支撑轮支撑在壁面上，另一端通过具有转动自由度的曲面自适应机构与底盘相连，其特点是移动速度快、运动灵活，具有良好的曲面适应能力，但不具备越障能力。

申请号为201010289327.7的专利涉及的“轮式越障爬壁机器人”，含有三组可以升降的移动吸附机构，其特点是移动速度快，依靠三组移动吸附机构的依次升降，可以实现障碍物的跨越，但由于永磁吸附装置相对车体的姿态不可调节，因而难以实现在小曲率半径的圆柱壁面上安全吸附，且不具备交叉壁面过渡能力。

申请号为201710582547.0的专利涉及的“一种适应复杂壁面作业的非接触式磁吸附爬壁机器人”，采用履带式移动机构和非接触式磁吸附装置，其特点是移动速度快，利用履带的柔性可以实现小曲率半径圆柱壁面的自动适应，但履带与壁面的摩擦阻力大，运动灵活性受限，且不具备交叉壁面过渡能力。

综上所述，现有的磁吸附爬壁机器人在高效移动和环境适应方面的综合性能存在不足，电磁腿足式爬壁机器人的环境适应能力强而移动速度慢、运动不连续，永磁轮式和履带式爬壁机器人的移动速度快但环境适应能力较弱，无法兼具壁面形貌适应能力、越障能力和交叉壁面过渡能力，因而难以实现在非结构环境中的高效移动作业。

发明内容

本发明针对现有磁吸附爬壁机器人在高效移动和环境适应方面的综合性能存在不足的问题，提出一种永磁吸附轮腿复合爬壁机器人，将轮式移动方式与腿足式移动方式相结合，使机器人兼具两种移动方式的优点，既能够实现大范围高效移动，又具有较强的壁面形貌适应、越障及交叉壁面过渡能力，进而能够在非结构环境中实现高效移动作业。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种永磁吸附轮腿复合爬壁机器人，包括车架、六个驱动轮、两个转动机构、一个移动机构、六个旋转机构和永磁吸附装置；本发明的永磁吸附轮腿复合爬壁机器人包含但不限于六个驱动轮，驱动轮的数量可适当增加，此时需增加与其相配合的转动机构、移动机构、旋转机构和永磁吸附装置；

六个驱动轮分布在车架的左右两侧，两个同轴位于车架的前端，两个同轴位于车架的中部，两个同轴位于车架的后端；

所有驱动轮的轴线都平行于车架的左右方向，本发明中以车架作直线运动时的前后方向为车架的前后方向，以与车架的前后方向相互垂直的方向为车架的左右方向；

转动机构用于带动驱动轮相对车架前后摆动；一个转动机构对应位于车架前端的两个驱动轮，另一个转动机构对应位于车架后端的两个驱动轮；转动机构的具体结构不限，只要能发挥相应的功能都在本发明的保护范围内；

移动机构用于带动位于车架中部的两个驱动轮相对车架上下移动；移动机构的具体结构不限，只要能发挥相应的功能都在本发明的保护范围内；

旋转机构用于带动驱动轮旋转运动；六个旋转机构与六个驱动轮一一对应；旋转机构的具体结构不限，只要能发挥相应的功能都在本发明的保护范围内；

永磁吸附装置包括三个非接触式永磁吸附单元，一个与位于车架前端的两个驱动轮同步摆动，一个与位于车架中部的两个驱动轮同步升降，另一个与位于车架后端的两个驱动轮同步摆动，永磁吸附单元可随驱动轮相对车架运动，实现相对车架或壁面的位姿调整，以适应不同的吸附需求；驱动轮与壁面接触时，永磁吸附单元的底面与壁面之间存在一定间隙，磁力线经过间隙和壁面形成闭合磁路，进而产生吸附力。

本发明的爬壁机器人具有轮式和轮腿复合两种运动模式；爬壁机器人在平直壁面上作业时，可采用轮式运动模式，通过旋转机构控制各驱动轮的转速实现快速、灵活地移动；爬壁机器人在复杂环境中作业时，可采用轮腿复合运动模式，通过前后转动机构、移动机构以及各驱动轮之间的协调控制，控制各驱动轮依次相对车架抬起和落下实现越障，或相对壁面的交替动作实现在交叉壁面之间的过渡。本发明的爬壁机器人还可以通过转动机构和移动机构的运动来改变本体的构形，主动地适应不同曲率半径的壁面。此外，本发明还可以将移动机构和车架设计为柔性结构，以产生被动变形，被动地适应壁面曲率变化和焊缝等凹凸不平。

作为优选的技术方案：

如上所述的一种永磁吸附轮腿复合爬壁机器人，车架为柔性车架，包括前部车架、中部车架、后部车架、两个被动旋转关节和四个限位机构；

两个被动旋转关节同轴布置，且轴线平行于车架的前后方向；中部车架与前部车架和后部车架各通过一个被动旋转关节连接，可通过被动旋转关节发生相对偏转，被动旋转关节可允许机器人根据壁面形貌产生较小的被动变形，实现对壁面形貌的被动适应；

限位机构由薄板弹簧和限位螺钉组成；四个薄板弹簧的一端固定在中部车架上，其中两个薄板弹簧的另一端与前部车架接触，另两个薄板弹簧的另一端与后部车架接触；由于薄板弹簧与前部车架或后部车架接触，因而当相邻两车架发生相对偏转时，前部车架或后部车架会向薄板弹簧施加作用力，使其发生形变，薄板弹簧变形所产生的弹力反作用于前部车架或后部车架上，可实现车架的复位；限位螺钉固定在中部车架上，其中两个位于前部车架的下方，另两个位于后部车架的下方；调节限位螺钉的伸出长度，可以限制前部车架、后部车架相对中部车架的最大偏转角度，因为前部车架、后部车架相对中部车架发生偏转时，会与限位螺钉接触，接触后停止发生偏转，因而可通过调节限位螺钉的伸出长度调控前部车架、后部车架与限位螺钉的端部间隙，进而调整最大偏转角度。

如上所述的一种永磁吸附轮腿复合爬壁机器人，位于车架前端或后端的各个驱动轮对应的旋转机构由蜗轮蜗杆减速器和第二驱动电机组成；各个驱动轮与其对应的蜗轮蜗杆减速器和第二驱动电机构成轮式驱动模块I；蜗轮蜗杆减速器中的蜗杆与第二驱动电机连接，蜗轮输出轴与驱动轮连接，该连接方式使得第二驱动电机能够驱动蜗轮蜗杆减速器带动驱动轮旋转；蜗轮蜗杆减速器的蜗杆头数为1，且导程角小于3°30′，由于蜗轮蜗杆减速器选用了特定的参数，具有自锁功能，可确保爬壁机器人的结构稳定性和作业安全性。

如上所述的一种永磁吸附轮腿复合爬壁机器人，轮式驱动模块I中，第二驱动电机位于蜗轮蜗杆减速器的上方，驱动轮位于蜗轮蜗杆减速器的侧方，三者之间呈L型连接，可缩短轮式驱动模块I沿驱动轮的轴线方向的尺寸，使机器人的结构更加紧凑。

如上所述的一种永磁吸附轮腿复合爬壁机器人，非接触式永磁吸附单元与蜗轮蜗杆减速器的壳体固定连接，以与位于车架前端或后端的两个驱动轮同步摆动。

如上所述的一种永磁吸附轮腿复合爬壁机器人，转动机构包括蜗轮蜗杆机构、两个摆臂和第一驱动电机；蜗轮蜗杆机构与前部车架或后部车架固定连接；蜗轮蜗杆机构中的蜗杆与第一驱动电机连接，输出轴的两端各与一个摆臂的上端连接，各摆臂的下端各与一个轮式驱动模块I中的蜗轮蜗杆减速器中的壳体连接，该连接方式使得第一驱动电机能够驱动蜗轮蜗杆机构，进而带动摆臂相对车架前后摆动，摆臂相对车架前后摆动时，蜗轮蜗杆减速器能够带动驱动轮相对车架前后摆动；蜗轮蜗杆机构的蜗杆头数为1，且导程角小于3°30′，由于蜗轮蜗杆机构选用了特定的参数，具有自锁功能，可确保爬壁机器人的结构稳定性和作业安全性。

如上所述的一种永磁吸附轮腿复合爬壁机器人，位于车架中部的各个驱动轮对应的旋转机构由齿轮减速器和第四驱动电机组成；各个驱动轮与其对应的齿轮减速器和第四驱动电机构成轮式驱动模块II；齿轮减速器中的小齿轮与第四驱动电机连接，大齿轮输出轴与驱动轮连接，该连接方式使得第四驱动电机能够驱动齿轮减速器带动驱动轮旋转。

如上所述的一种永磁吸附轮腿复合爬壁机器人，非接触式永磁吸附单元与齿轮减速器的壳体固定连接，以与位于车架中部的两个驱动轮同步升降。

如上所述的一种永磁吸附轮腿复合爬壁机器人，移动机构为柔性移动机构，包括安装支架、丝杆机构、连接板、直线轴承、光轴、同步带轮机构、第三驱动电机和组合蝶形弹簧；

安装支架与中部车架固定连接；

丝杆机构与安装支架滑动连接，滑动方向平行于车架的上下方向；

连接板水平放置，通过直线轴承和光轴与安装支架连接，光轴的轴线平行于车架的上下方向，使得连接板可相对于安装支架上下滑动；

同步带轮机构中的主动带轮与第三驱动电机连接；丝杆机构中的丝杆垂直放置，且上端与同步带轮机构中的被动带轮连接；丝杆机构中的螺母固定在水平的连接板上；丝杆机构的底部同时与位于车架中部的两个驱动轮对应的齿轮减速器连接；

组合蝶形弹簧套装于光轴上，位于连接板的上方和下方，且远离连接板的一端与安装支架接触，上、下方组合蝶形弹簧一端与连接板接触，一端与安装支架接触，所以形变后会受到安装支架的反作用力，移动机构可通过连接板压缩组合蝶形弹簧，带动轮式驱动模块II相对车架小范围上下移动，从而实现对壁面形貌的自动适应；

使用过程中，第三驱动电机带动同步带轮机构中的主动带轮旋转，主动带轮带动被动带轮旋转，被动带轮带动丝杆旋转，由于丝杆与螺母螺纹连接，螺母受上下组合蝶形弹簧预紧力的作用相对安装支架静止，且丝杆机构与安装支架滑动连接，因而丝杆的旋转运动能够转化为上下直线运动，又由于丝杆机构的底部与位于车架中部的两个驱动轮对应的齿轮减速器连接，因而丝杆上下运动过程中能够带动位于车架中部的两个驱动轮上下运动。

如上所述的一种永磁吸附轮腿复合爬壁机器人，移动机构还包括导轨和滑块；丝杆机构通过导轨和滑块与安装支架滑动连接。

有益效果：

本发明的爬壁机器人通过将轮式移动方式与腿足式移动方式相结合，继承了两种移动方式的运动特点，机器人具有轮式和轮腿复合两种运动模式，可采用轮式运动模式依靠旋转机构控制驱动轮的转速控制实现大范围高效移动，可采用轮腿复合运动模式依靠转动机构、移动机构、驱动轮的协调控制实现越障和交叉壁面过渡运动。

本发明的爬壁机器人将非接触式永磁吸附单元与轮式驱动模块固定连接，可随轮式驱动模块相对车架或壁面运动以满足不同的吸附需求，实现对壁面形貌的主动适应。同时，在柔性移动机构中设置的组合蝶形弹簧和柔性车架中设置的被动旋转关节，可允许机器人根据壁面形貌产生较小的被动变形，实现对壁面形貌的被动适应。

附图说明

图1为本发明的永磁吸附轮腿复合爬壁机器人的总体结构示意图；

图2为本发明的柔性车架的结构示意图；

图3为本发明的转动机构和轮式驱动模块I的结构示意图；

图4为本发明的柔性移动机构和轮式驱动模块II的结构示意图；

图5为本发明的永磁吸附轮腿复合爬壁机器人越障示意图；

图6为本发明的永磁吸附轮腿复合爬壁机器人交叉壁面过渡示意图；

图7为本发明的永磁吸附轮腿复合爬壁机器人壁面形貌适应示意图；

其中，1-柔性车架，2-转动机构，3-柔性移动机构，4-轮式驱动模块I，5-轮式驱动模块II，6-永磁吸附装置，7-前部车架，8-中部车架，9-后部车架，10-被动旋转关节，11-限位机构，12-薄板弹簧，13-限位螺钉，14-蜗轮蜗杆机构，15-摆臂，16-第一驱动电机，17-蜗轮蜗杆机构的输出轴，18-驱动轮，19-蜗轮蜗杆减速器，20-第二驱动电机，21-安装支架，22-丝杆机构，23-导轨，24-滑块，25-连接板，26-直线轴承，27-光轴，28-组合蝶形弹簧，29-同步带轮机构，30-第三驱动电机，31-螺母，32-丝杆，33-齿轮减速器，34-第四驱动电机，35-非接触式永磁吸附单元。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

一种永磁吸附轮腿复合爬壁机器人，如图1～4所示，包括柔性车架1、六个驱动轮18、两个转动机构2、一个柔性移动机构3、六个旋转机构和永磁吸附装置6；

如图2所示，柔性车架1包括前部车架7、中部车架8、后部车架9、两个被动旋转关节10和四个限位机构11；两个被动旋转关节10同轴布置，且轴线平行于柔性车架1的前后方向；中部车架8与前部车架7和后部车架9各通过一个被动旋转关节10连接；限位机构11由薄板弹簧12和限位螺钉13组成；四个薄板弹簧12的一端固定在中部车架8上，其中两个薄板弹簧12的另一端与前部车架7接触，另两个薄板弹簧12的另一端与后部车架9接触；限位螺钉13固定在中部车架8上，其中两个位于前部车架7的下方，另两个位于后部车架9的下方；

六个驱动轮18分布在柔性车架1的左右两侧，两个同轴位于柔性车架1的前端，两个同轴位于柔性车架1的中部，两个同轴位于柔性车架1的后端；

所有驱动轮18的轴线都平行于柔性车架1的左右方向；

旋转机构用于带动驱动轮18旋转运动；六个旋转机构与六个驱动轮18一一对应；

位于柔性车架1前端或后端的各个驱动轮18对应的旋转机构由蜗轮蜗杆减速器19和第二驱动电机20组成；各个驱动轮18与其对应的蜗轮蜗杆减速器19和第二驱动电机20构成轮式驱动模块I 4(如图3所示)，第二驱动电机20位于蜗轮蜗杆减速器19的上方，驱动轮18位于蜗轮蜗杆减速器19的侧方，三者之间呈L型连接；蜗轮蜗杆减速器19中的蜗杆与第二驱动电机20连接，蜗轮输出轴与驱动轮18连接；蜗轮蜗杆减速器19的蜗杆头数为1，且导程角小于3°30′；

转动机构2用于带动驱动轮18相对柔性车架1前后摆动；一个转动机构2对应位于柔性车架1前端的两个驱动轮18，另一个转动机构2对应位于柔性车架1后端的两个驱动轮18；

如图3所示，转动机构2包括蜗轮蜗杆机构14、两个摆臂15和第一驱动电机16；蜗轮蜗杆机构14与前部车架7或后部车架9固定连接；蜗轮蜗杆机构14中的蜗杆与第一驱动电机16连接，输出轴17的两端各与一个摆臂15的上端连接，各摆臂15的下端各与一个轮式驱动模块I 4中的蜗轮蜗杆减速器19中的壳体连接；蜗轮蜗杆机构14的蜗杆头数为1，且导程角小于3°30′；

位于柔性车架1中部的各个驱动轮18对应的旋转机构由齿轮减速器33和第四驱动电机34组成；各个驱动轮18与其对应的齿轮减速器33和第四驱动电机34构成轮式驱动模块II 5(如图4所示)；齿轮减速器33中的小齿轮与第四驱动电机34连接，大齿轮输出轴与驱动轮18连接；

柔性移动机构3用于带动位于柔性车架1中部的两个驱动轮18相对柔性车架1上下移动；

如图4所示，柔性移动机构3包括安装支架21、导轨23、滑块24、丝杆机构22、连接板25、直线轴承26、光轴27、同步带轮机构29、第三驱动电机30和组合蝶形弹簧28；安装支架21与中部车架8固定连接；丝杆机构22通过导轨23和滑块24与安装支架21滑动连接，滑动方向平行于柔性车架1的上下方向；连接板25水平放置，通过直线轴承26和光轴27与安装支架21连接，光轴27的轴线平行于柔性车架1的上下方向；同步带轮机构29中的主动带轮与第三驱动电机30连接；丝杆机构22中的丝杆32垂直放置，且上端与同步带轮机构29中的被动带轮连接；丝杆机构22中的螺母31固定在水平的连接板25上；丝杆机构22的底部同时与位于柔性车架1中部的两个驱动轮18对应的齿轮减速器33连接；组合蝶形弹簧28套装于光轴27上，位于连接板25的上方和下方，且远离连接板25的一端与安装支架21接触；

永磁吸附装置6包括三个非接触式永磁吸附单元35，一个通过与蜗轮蜗杆减速器19的壳体固定连接以与位于柔性车架1前端的两个驱动轮18同步摆动，一个通过与齿轮减速器33的壳体固定连接以与位于柔性车架1中部的两个驱动轮18同步升降，另一个通过与蜗轮蜗杆减速器19的壳体固定连接以与位于柔性车架1后端的两个驱动轮18同步摆动。

本发明的爬壁机器人具有轮式和轮腿复合两种运动模式，机器人在平直壁面上作业时，可采用轮式运动模式，通过差速转向方式移动，控制左右两侧各驱动轮18的转速实现大范围快速、灵活地移动；在复杂环境中作业时，可采用轮腿复合运动模式，通过前后转动机构2、柔性移动机构3以及各驱动轮18之间的协调控制，使前部轮式驱动模块I 4、中部轮式驱动模块II 5、后部轮式驱动模块I 4依次相对柔性车架1抬起和落下实现越障，或相对壁面的交替动作实现在交叉壁面之间的过渡。

图5所示为本发明的爬壁机器人越障示意图，结合图1、图3、图4，机器人越障实现原理如下：当机器人移动至距障碍物前方一定距离的位置时，如图5中(1)所示，前部转动机构2的第一驱动电机16转动，带动摆臂15和轮式驱动模块I 4相对柔性车架1向前方摆起，直至驱动轮18高于障碍物顶端，第一驱动电机16停止转动；如图5中(2)所示，轮式驱动模块I4随着机器人本体的移动通过障碍物；如图5中(3)所示，第一驱动电机16反转，带动摆臂15和轮式驱动模块I 4相对柔性车架1落下，直至恢复越障前的状态，第一驱动电机16停止转动；如图5中(4)所示，柔性移动机构3的第三驱动电机30转动，丝杆机构22带动轮式驱动模块II 5相对柔性车架1上升，直至驱动轮18高于障碍物顶端，第三驱动电机30停止转动；如图5中(5)所示，轮式驱动模块II 5随着机器人本体的移动通过障碍物；如图5中(6)所示，第三驱动电机30反转，丝杆机构22带动轮式驱动模块II 5相对柔性车架1下降，直至恢复越障前的状态，第三驱动电机30停止转动；如图5中(7)所示，后部转动机构2的第一驱动电机16转动，带动摆臂15和轮式驱动模块I 4相对柔性车架1向后方摆起，直至驱动轮18高于障碍物顶端，第一驱动电机16停止转动；如图5中(8)所示，轮式驱动模块I 4随着机器人本体的移动通过障碍物；如图5中(9)所示，第一驱动电机16反转，带动摆臂15和轮式驱动模块I 4相对柔性车架1落下，直至恢复越障前的状态，第一驱动电机16停止转动，整个越障运动过程结束。

图6所示为本发明的爬壁机器人交叉壁面过渡示意图，结合图1、图3、图4，机器人交叉壁面过渡实现原理如下：如图6中(1)所示，机器人在附着壁面上移动，当移动至距过渡壁面一定距离的位置时，前部转动机构2的第一驱动电机16转动，带动摆臂15和轮式驱动模块I 4相对柔性车架1向前方摆起，直至非接触式永磁吸附单元35的底面与壁面平行，第一驱动电机16停止转动；如图6中(2)所示，机器人继续向前移动，直至驱动轮18与过渡壁面接触；柔性移动机构3的第三驱动电机30转动，丝杆机构22带动轮式驱动模块II 5相对柔性车架1上升，直至行程极限，第三驱动电机30停止转动；如图6中(3)所示，前、后部轮式驱动模块I 4的第二驱动电机20转动，前、后部驱动轮18在交叉壁面上滚动，使机器人由附着壁面向过渡壁面运动，同时前、后部转动机构2的第一驱动电机16转动，使摆臂15和轮式驱动模块I 4相对柔性车架1向后方摆动，为了使机器人能够在交叉壁面之间平稳过渡，须对前、后部转动机构2和驱动轮18协调控制，使与前、后部轮式驱动模块I 4固定连接的非接触式永磁吸附单元35的底面始终与壁面平行，以产生足够大的吸附力；如图6中(4)所示，当柔性车架1的仰俯角与壁面倾角相等时，机器人停止运动；如图6中(5)所示，柔性移动机构3的第三驱动电机30转动，丝杆机构22带动轮式驱动模块II 5相对柔性车架1下降，直至驱动轮18与壁面正常接触；如图6中(6)所示，后部转动机构2的第一驱动电机16转动，带动摆臂15和轮式驱动模块I 4相对柔性车架1向前方摆动，直至驱动轮18与壁面接触，第一驱动电机16停止转动，整个交叉壁面过渡运动结束。

本发明的爬壁机器人具有主动和被动两种壁面形貌适应方式，既可以通过转动机构2和柔性移动机构3的运动来改变本体的构形，主动地适应不同曲率半径的壁面，也可以借助柔性移动机构3和柔性车架1的被动变形，被动地适应壁面曲率变化和焊缝等凹凸不平。

图7所示为本发明的爬壁机器人壁面形貌适应示意图。如图7中(1)所示，当机器人在平直壁面上作业时，与前、后部轮式驱动模块I 4和轮式驱动模块II 5固定连接的三组非接触式永磁吸附单元35的底面与壁面平行，此时非接触式永磁吸附单元处于最佳吸附状态；如图7中(2)所示，当机器人在凹柱面上作业时，前、后部摆臂15和轮式驱动模块I 4相对柔性车架1向外侧摆动，使非接触式永磁吸附单元35的底面与接触点处壁面的切平面平行，以产生足够大的吸附力，轮式驱动模块II 5相对柔性车架1下降；如图7中(3)所示，当机器人在凸柱面上作业时，前、后部摆臂15和轮式驱动模块I 4相对柔性车架1向内侧摆动，使非接触式永磁吸附单元35的底面与接触点处壁面的切平面平行，以产生足够大的吸附力，轮式驱动模块II 5相对柔性车架1上升。

Claims (10)

1.一种永磁吸附轮腿复合爬壁机器人，其特征在于，包括车架、六个驱动轮、两个转动机构、一个移动机构、六个旋转机构和永磁吸附装置；

六个驱动轮分布在车架的左右两侧，两个同轴位于车架的前端，两个同轴位于车架的中部，两个同轴位于车架的后端；

所有驱动轮的轴线都平行于车架的左右方向；

转动机构用于带动驱动轮相对车架前后摆动；一个转动机构对应位于车架前端的两个驱动轮，另一个转动机构对应位于车架后端的两个驱动轮；

移动机构用于带动位于车架中部的两个驱动轮相对车架上下移动；

旋转机构用于带动驱动轮旋转运动；六个旋转机构与六个驱动轮一一对应；

永磁吸附装置包括三个非接触式永磁吸附单元，一个与位于车架前端的两个驱动轮同步摆动，一个与位于车架中部的两个驱动轮同步升降，另一个与位于车架后端的两个驱动轮同步摆动。

2.根据权利要求1所述的一种永磁吸附轮腿复合爬壁机器人，其特征在于，车架为柔性车架，包括前部车架、中部车架、后部车架、两个被动旋转关节和四个限位机构；

两个被动旋转关节同轴布置，且轴线平行于车架的前后方向；中部车架与前部车架和后部车架各通过一个被动旋转关节连接；

限位机构由薄板弹簧和限位螺钉组成；四个薄板弹簧的一端固定在中部车架上，其中两个薄板弹簧的另一端与前部车架接触，另两个薄板弹簧的另一端与后部车架接触；限位螺钉固定在中部车架上，其中两个位于前部车架的下方，另两个位于后部车架的下方。

3.根据权利要求2所述的一种永磁吸附轮腿复合爬壁机器人，其特征在于，位于车架前端或后端的各个驱动轮对应的旋转机构由蜗轮蜗杆减速器和第二驱动电机组成；各个驱动轮与其对应的蜗轮蜗杆减速器和第二驱动电机构成轮式驱动模块I；蜗轮蜗杆减速器中的蜗杆与第二驱动电机连接，蜗轮输出轴与驱动轮连接；蜗轮蜗杆减速器的蜗杆头数为1，且导程角小于3°30′。

4.根据权利要求3所述的一种永磁吸附轮腿复合爬壁机器人，其特征在于，轮式驱动模块I中，第二驱动电机位于蜗轮蜗杆减速器的上方，驱动轮位于蜗轮蜗杆减速器的侧方，三者之间呈L型连接。

5.根据权利要求3所述的一种永磁吸附轮腿复合爬壁机器人，其特征在于，非接触式永磁吸附单元与蜗轮蜗杆减速器的壳体固定连接，以与位于车架前端或后端的两个驱动轮同步摆动。

6.根据权利要求3所述的一种永磁吸附轮腿复合爬壁机器人，其特征在于，转动机构包括蜗轮蜗杆机构、两个摆臂和第一驱动电机；蜗轮蜗杆机构与前部车架或后部车架固定连接；蜗轮蜗杆机构中的蜗杆与第一驱动电机连接，输出轴的两端各与一个摆臂的上端连接，各摆臂的下端各与一个轮式驱动模块I中的蜗轮蜗杆减速器中的壳体连接；蜗轮蜗杆机构的蜗杆头数为1，且导程角小于3°30′。

7.根据权利要求2所述的一种永磁吸附轮腿复合爬壁机器人，其特征在于，位于车架中部的各个驱动轮对应的旋转机构由齿轮减速器和第四驱动电机组成；各个驱动轮与其对应的齿轮减速器和第四驱动电机构成轮式驱动模块II；齿轮减速器中的小齿轮与第四驱动电机连接，大齿轮输出轴与驱动轮连接。

8.根据权利要求7所述的一种永磁吸附轮腿复合爬壁机器人，其特征在于，非接触式永磁吸附单元与齿轮减速器的壳体固定连接，以与位于车架中部的两个驱动轮同步升降。

9.根据权利要求7所述的一种永磁吸附轮腿复合爬壁机器人，其特征在于，移动机构为柔性移动机构，包括安装支架、丝杆机构、连接板、直线轴承、光轴、同步带轮机构、第三驱动电机和组合蝶形弹簧；

安装支架与中部车架固定连接；

丝杆机构与安装支架滑动连接，滑动方向平行于车架的上下方向；

连接板水平放置，通过直线轴承和光轴与安装支架连接，光轴的轴线平行于车架的上下方向；

同步带轮机构中的主动带轮与第三驱动电机连接；丝杆机构中的丝杆垂直放置，且上端与同步带轮机构中的被动带轮连接；丝杆机构中的螺母固定在水平的连接板上；丝杆机构的底部同时与位于车架中部的两个驱动轮对应的齿轮减速器连接；

组合蝶形弹簧套装于光轴上，位于连接板的上方和下方，且远离连接板的一端与安装支架接触。

10.根据权利要求9所述的一种永磁吸附轮腿复合爬壁机器人，其特征在于，移动机构还包括导轨和滑块；丝杆机构通过导轨和滑块与安装支架滑动连接。

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