CN113086045A - 一种六轮腿壁面越障机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种六轮腿壁面越障机器人，其技术特点是：两个驱动车体模块分别安装在车架模块的前后两端底部，支撑车体模块安装在车架模块的中间底部，在驱动车体模块上安装轮式驱动模块用于驱动车体模块前后移动和上下移动，在三个车体模块上安装直线电机用于控制车体模块上下移动，在车架模块的前端和后端分别安装转向模块用于控制驱动车体模块转向移动，在车架模块上安装控制模块用于控制轮式驱动模块、转向模块、直线电机模块，在三个车体模块底部安装磁力吸附模块。本发明具有移动快、灵活、适应力强、平稳力优良的优点，不仅具有优秀的越障能力，而且能够根据不同曲率的壁面进行调整，满足了机器人在不同环境下作业的运动需求。

Description

一种六轮腿壁面越障机器人

技术领域

本发明属于机器人技术领域，尤其是一种适用于导磁性材质立面的六轮腿壁面越障机器人。

背景技术

随着我国经济建设的飞速发展，石化行业作为核心支柱产业，近年发展迅猛。石化储罐作为该行业最基础的核心装备，其安全可靠性对石化企业的安全运营起着至关重要的作用，因此需要定期对储罐开展维护作业。目前，针对传统人工作业存在着成本高、效率低、周期长、作业人员安全缺乏保障等问题，已有部分企业开始采用爬壁机器人的新式作业方式来替代人工进行这种高危作业。但是，一般爬壁机器人仅能在较为光滑无障碍的立面进行运动作业，针对含有加强筋等其他凸起障碍物的立面，则无法实现有效的越障运动功能，极大地限制了爬壁机器人的运动范围及立面维护作业能力。

现有的爬壁机器人大多采用轮式或履带式移动构型，但是其越障能力欠佳。虽然腿式移动构型的越障能力较高，但运动速度缓慢，不适合立面维护作业。因此，迫切需要一种既能满足快速移动的高效作业需求，又能满足越障需求并能够实现立面越障的爬壁机器人。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、移动速度快并且能够满足越障要求的六轮腿壁面越障机器人。

本发明解决现有的技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种六轮腿壁面越障机器人，包括车架模块、驱动车体模块、支撑车体模块、轮式驱动模块、直线电机模块、转向模块、控制模块以及磁力吸附模块；所述驱动车体模块为两个并分别安装在车架模块的前后两端底部，所述支撑车体模块安装在车架模块的中间底部，所述轮式驱动模块安装在驱动车体模块上用于驱动车体模块前后移动，所述直线电机模块为三个并分别安装在驱动车体模块和支撑车体模块上用于控制车体模块上下移动，所述转向模块为两个并分别安装在车架模块的前端和后端上用于控制驱动车体模块转向移动，所述控制模块安装在车架模块上并与轮式驱动模块、转向模块、直线电机模块相连接实现相应的控制功能，所述磁力吸附模块为三个并分别安装在驱动车体模块及支撑车体模块底部。

进一步，所述所述车架模块包括纵向车身铝型材、横向连接铝型材、车体连接件和车架支撑板，所述纵向车身铝型材为两个并且平行设置，所述车架支撑板为两个并安装在两个纵向车身铝型材两端下面，所述横向铝型材安装在两个纵向车身铝型材中间并通过车体连接件与支撑车体模块相连接。

进一步，所述驱动车体模块分为上车体与下车体，所述上车体由驱动车体顶板和两个驱动车体光轴支撑构成，所述下车体包括驱动车体底板、驱动车体直线轴承，所述驱动车体直线轴承包括光轴和轴承滑块，两个驱动车体光轴支撑垂直安装在驱动车体顶板两端下方，所述驱动车体直线轴承的光轴安装在驱动车体底板上，所述驱动车体直线轴承的轴承滑块安装在驱动车体光轴支撑上，在上车体和下车体之间安装有直线电机模块，在下车体上安装有两组轮式驱动模块。

进一步，所述电机模块包括直线电机、电机连接件，电机连接件为两个并分别安装在上车体和下车体对应的竖直位置上，所述直线电机两端分别连接电极连接件，通过直线电机控制上车体和下车体之间的距离。

进一步，所述两组轮式驱动模块采用前后错位方式安装在驱动车体底板上，所述驱动车体模块包括驱动电机、编码器、减速器、减速器轴座、驱动轴承组件、联轴器、齿轮、齿轮组和充气轮胎组件，所述编码器连接驱动电机尾端，用于检测驱动电机的转角并反馈给控制模块，所述驱动电机输出轴连接减速器，所述减速器固定在减速器轴座上，所述减速器轴座固定在驱动车体底板，所述减速器输出轴连接联轴器，所述联轴器通过轴连接轴承，该轴承固定在驱动轴承组件上并连接齿轮，通过齿轮及齿轮组啮合将输出轴连接充气轮胎的连轮轴，两个充气轮胎的轴线位置重合，并由驱动电机驱动充气轮胎转动。

进一步，所述驱动轴承组件包括驱动轴承座和前轴承、后轴承，所述前轴承、后轴承的轴线相对平行，所述驱动轴承座成W形并固定在驱动车体底板的外侧，用于固定两对不同尺寸轴承。

进一步，所述支撑车体模块分为上车体与下车体，所述上车体由支撑车体顶板、两个支撑车体光轴支撑及顶部连接件构成，所述下车体包括支撑车体底板、支撑车体直线轴承，所述支撑车体直线轴承包括光轴和轴承滑块，支撑车体顶板通过顶部连接件与车架模块相连接，两个支撑车体光轴支撑垂直安装在支撑车体顶板两端下方，所述支撑车体直线轴承的光轴安装在支撑车体底板上，所述支撑车体直线轴承的轴承滑块安装在支撑车体光轴支撑上，在支撑车体底板底部的两侧分别安装有两个万向轮；在上车体和下车体之间安装有直线电机模块，所述电机模块包括直线电机、电机连接件，电机连接件为两个并分别安装在上车体和下车体对应的竖直位置上，所述直线电机两端分别连接电极连接件，通过直线电机控制上车体和下车体之间的距离。

进一步，所述转向模块包括盘式电机、行星齿轮减速器、转接板、直角转向器和转向轴承组件；盘式电机的输出轴与行星齿轮减速器键连接，行星齿轮减速器通过转接板连接直角转向器，直角转向器输出轴与转向轴承组件安装在车架模块上，通过盘式电机的转动来控制驱动车体模块的转向；所述转向轴承组件包括转向轴承座和转向轴承，转向轴承座是方形半开式结构，在转向轴承座的开放式一侧的边上都有用于安装螺栓的固定耳，在转向轴承座的封闭一侧上开有轴孔，转向轴承安装在转向轴承座内；转向轴承座的固定耳与车架模块安装在一起。

进一步，所述控制模块包括控制器、继电器、开关电源和控制盒，所述控制器、继电器、开关电源安装在控制盒内，控制盒安装在车架模块上，所述控制器有六个，分别用来控制驱动电机、直线电机和盘式电机，所述继电器用于控制驱动车体模块和支撑车体模块上的直线电机，控制机器人的越障抬腿运动。

进一步，所述磁力吸附模块采用扁方体结构，所述磁力吸附模块的磁铁采用汝铁硼磁铁。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明采用前后主动车体、中间被动车体结构，具有移动快、灵活、适应力强、平稳力优良的优点，不仅能够越过较高的障碍物，即优秀的越障能力，而且能够根据不同曲率的壁面进行调整，满足了机器人在不同环境下作业的运动需求。

2、本发明可调整前后两个车架支撑板的相对位置，进而调整三个车体之间的距离，可以根据不同的壁面工作环境，以及壁面上的障碍物的大小，进行机器人长度方向的调整，适应各种不良环境下的越障，越过不同大小的障碍物。

3、本发明的前后车体均是主动车体，每个主动车体上均安装两个轮式驱动模块，由于轮式驱动模块长度较长，采用轮胎对称，驱动电机前后错位分布的布局方式，这样大幅减小了机器人的左右距离，使得机器人更加灵活，可以在窄小的环境下工作，电机安装在下车体支撑板上，降低了机器人的重心，增加了机器人运动的平稳性。

4、本发明的中间车体是被动车体，被动车体不提供驱动，有四个万向轮组成，这样在前或后主动车体抬起的时候，增加机器人与壁面的接触，增加了机器人的稳定性和安全性能。

5、本发明在车架模块的前端和后端分别安装转向模块，通过电机驱动前后主动车体左右转动的方式，与通过差速实现转向的机器人相比，减少了轮胎与壁面的摩擦，使轮胎的磨损大幅减小。

6、本发明通过依次抬起一个车体进行越障，通过控制直线电机的运动，实现抬腿动作，一次只抬起一个车体，两个车体与壁面接触，这种方式大幅增加了机器人的稳定性。在工作之前直线电机处于伸出状态，当遇到障碍时，直线电机收缩，挑起前驱动车体的下车体，等越过障碍后前车体落下，支撑车体再抬起，越障后，支撑车体落下，后车体再抬起，越障后后车体落下。机器人的最高越障高度达到130mm，现有机器人的越障高度约为60mm，本发明使得越障能力大幅增加。在越障的过程中，机器人的高度不发生变化。

7、本发明采用充气轮胎作为驱动轮胎，通过改变充气轮胎的充气量，便可以改变机器人下车体到壁面的间隙，这就改变了机器人磁力吸附模块到壁面的距离，从而改变的磁吸附力的大小。

8、本发明的三个车体轮子的相对位置可以进行调整，改变直线电机的伸缩量，改变轮子之间的相对高度，可以实现管道外壁、内壁的爬行，根据不同的内外壁曲率改变车体相对高度，从而适应不同曲率的壁面。

9、本发明的驱动模块采用一体式固定轴承座，使两齿轮之间距离固定，减少了机器人在移动过程中的振动导致齿轮的脱齿，增加了机器人运动的稳定性。

10、本发明采用永磁吸附的磁吸附模块，安装在驱动、支撑车体模块的底座支撑板下，通过改变轮胎的充气量，可以改变磁贴的吸附力，同时，选用汝铁硼磁铁作为吸附模块的磁铁，其吸力更大，节省了机器人的空间，使机器人更加紧凑，能够在更窄小的环境下工作，在不增加体积和重量的情况下搭载更多的元件，在曲面运动时的所适应曲率范围。

附图说明

图1为本发明的整体结构三维示意图；

图2为本发明的主要模块的三维爆炸图；

图3为本发明的支撑车体模块的三维示意图；

图4为本发明的驱动车体模块和转向模块的装配主视二维图；

图5为本发明的充气轮胎剖视结构示意图；

图6为本发明的俯视示意图；

图7位本发明去除控制模块的车体俯视二维图；

图8为本发明的驱动车体模块和转向模块的装配后视二维图；

图9为本发明的转向模块的三维视图

图10为本发明的直线电机连接件剖视图；

图11为本发明的驱动车体俯视图(左侧)和仰视图(右侧)；

图12为本发明的底部三维仰视图；

图13为本发明的越障运动示意图；

图14为本发明在管壁外侧运动示意图；

图15为本发明在管壁内侧运动示意图；

图中，

1-驱动车体模块，11-驱动车体顶板，12-驱动车体光轴支撑，13-驱动车体直线轴承，14-驱动车体底板，1301-光轴，1302-轴承滑块；

2-轮式驱动模块，21-驱动电机，22-编码器，23-减速器，24-减速器轴座，25-驱动轴承组件，2501-轴承座，2502-前轴承，2503后轴承，26-联轴器，27-齿轮，28-齿轮组，2801-第一齿轮，2802-第二齿轮，29-充气轮胎组件，2901-连轮轴，2902-轮毂，2903-内胎，2904-外胎；

3-车架模块，31-纵向车身铝型材，32-横向连接铝型材，33-车体连接件，34-车架支撑板；

4-支撑车体模块，41-支撑车体顶板，42-光轴支撑，43-顶部连接件，44-支撑车体底板，45-支撑车体直线轴承，4501-轴承套，4502-轴承滑块，46-万向轮，47-轮架；

5-直线电机模块，51-直线电机，52-电机连接件，5201-直线电机支撑板，5202-螺栓，5203-螺母；

6-转向模块，61-盘式电机，62-行星齿轮减速器，63-转接板，64-直角转向器，65-转向轴承组件，6501-转向轴承座，6502-转向轴承；

7-控制模块，71-控制器，72-继电器，73-开关电源，74-控制盒；

8-吸附模块。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例做进一步详述。

一种六轮腿壁面越障机器人，如图1至图11所示，包括驱动车体模块1、轮式驱动模块2、支撑车体模块4、车架模块3、直线电机模块5、转向模块6、控制模块7以及磁力吸附模块8。所述驱动车体模块1为两个，分别安装在车架模块3的前后两端底部，所述支撑车体模块4安装在车架模块3的中间底部，所述轮式驱动模块2安装在驱动车体模块1上用于驱动车体模块1前后移动，所述直线电机模块5安装在驱动车体模块1上用于驱动车体模块1上下移动，所述转向模块6安装在车架模块3上用于控制驱动车体模块1转向移动，所述控制模块7安装在车架模块3上并与轮式驱动模块2、转向模块6、直线电机模块5相连接实现相应的控制功能，所述磁力吸附模块8为三个，分别安装在两个驱动车体模块1及支撑车体模块4底部，实现壁面吸附功能。

所述车架模块3包括纵向车身铝型材31、横向连接铝型材32、车体连接件33和车架支撑板34，所述纵向车身铝型材31为两个并且平行设置，所述车架支撑板34为两个并通过螺栓方式安装在两个纵向车身铝型材31两端下面，在纵向车身铝型材31上安装与其相配合的螺栓螺母，螺栓头部从纵向车身铝型材31的一端的槽头处穿入并可以在其制有的槽内滑动，螺栓刚好卡在槽内，不连接螺母也不会发生倾倒，通过调节与纵向车身铝型材31配合的螺栓螺母的位置，可以调整前后两个车架支撑板34的相对位置，进而调节机器人前后长度。所述横向铝型材32安装在两个纵向车身铝型材31中间，为保证连接的稳定性并使铝型材重复使用，在横向铝型材32的中间安装有用于与车体支撑模块4相连接的车体连接件33，同样是采用与铝型材相互配合的螺栓螺母进行连接，在连接横向铝型材32的之前，将所需螺栓提前从一端槽内放入，在连接两个铝型材后无法在添加螺栓螺母，避免工作量的增加。所述车体连接件33是四角有开孔的板子，板上有圆柱型凸台，凸台上两个螺纹孔用于和支撑车体模块4的支撑车体顶板41连接。

所述驱动车体模块1为两个，分别位于车架模块的前后端。每个驱动车体模块1均包括上车体部分和下车体部分，上车体部分由驱动车体顶板11和两个驱动车体光轴支撑12构成，驱动车体顶板11是两端六边形的哑铃状板材，在驱动车体顶板11两端有开孔，用来安装驱动车体光轴支撑12。驱动车体光轴支撑12是L形板材，在板材两侧有加强筋，减小驱动车体光轴支撑12的变形，保证驱动车体光轴支撑12与驱动车体顶板11的垂直度，同时还要保证两个驱动车体光轴支撑12的平行度，在驱动车体光轴支撑12的长端端头处制有用来安装驱动车体直线轴承13的轴承滑块1302的开孔，两个轴承滑块1302分别安装在两个驱动车体光轴支撑12的长端处，驱动车体光轴支撑12之间的平行度直接影响轴承滑块上孔的平行度。在驱动车体顶板11上方有两层圆柱凸台，底层凸台高度小，凸台上有光孔，用于固定连接，第二层凸台在第一层凸台上，直径小于底层凸台，凸台上开有带槽轴孔，第二层凸台直接与转向模块相连接。

下车体部分包括驱动车体底板14、驱动车体直线轴承13，所述驱动车体直线轴承13包括光轴1301和轴承滑块1302，在光轴1301一端处有比轴径大的固定圆盘，圆盘上有光孔，用来安装连接驱动车体底板14的螺钉螺母，光轴1301穿过轴承滑块1302，轴承滑块1302固定在上车体的L形光轴支撑12长端的端头处，用于连接上下车体，驱动车体直线轴承13的轴承套安装在驱动车体底板14上，将上下两个车体连接。

在每个驱动车体模块1上还安装有轮式驱动模块。

所述轮式驱动模块2共有四组，在每个驱动车体模块1上均安装两组轮式驱动模块2，每个驱动车体模块1上的两组轮式驱动轮模块采用前后错位方式设置。每个驱动车体模块1均包括驱动电机21、编码器22、减速器23、减速器轴座24、驱动轴承组件25、联轴器26、齿轮27、齿轮组28和充气轮胎组件29。所述编码器22连接驱动电机21尾端，用于检测驱动电机21的转角并反馈给控制模块，所述驱动电机21输出轴连接减速器23，所述减速器23固定在L形减速器轴座24上，该轴座上有加强筋，减小轴座的变形，L形减速器轴座24固定在驱动车体底板14，减速器23轴连接联轴器26，所述联轴器26通过轴连接轴承，轴承固定在轴承座上，轴连接齿轮27，齿轮2801、2802啮合，通过输出轴连接充气轮胎29的连轮轴，电机转动轮胎转动，连接轮胎的齿轮是大齿轮，再次降低转速，提高驱动力，提高机器人的攀爬力。

驱动轴承组件25包括驱动轴承座2501和两对不同的前轴承2502、后轴承2503，驱动轴承座2501成W形，固定两对不同尺寸轴承，轴座上延伸板上的轴孔与轴承座小端的凹弧的圆心同心。所述驱动轴承座2501安装在驱动车体底板14的两端，驱动轴承座2501可以安装前轴承2502、后轴承2503，两对前轴承2502、后轴承2503的轴线相对平行，将原本两个轴承座整合到一个轴承座上，当分开的两个轴承座固定在支撑板13上时，由于机器人工作时产生振动导致螺钉螺母松动，使驱动轴承座2501松动，两个轴承座的相对位置发生偏移，进而影响齿轮2801、2802的啮合，发生跳齿，现在将两个轴承座1301整合到一起，减少两个轴承之间的相对位置发生偏转，极大减少齿轮啮合跳齿的情况。

每个驱动车体模块1上的两个充气轮胎29的轴线位置重合，每个充气轮胎29包括连轮轴2901、轮毂2902，内胎2903、外胎2904，驱动电机21、减速器23、编码器22、联轴器25的轴线在同一直线上，如果将两组驱动都放在同一直线上会极大增加机器人的横向距离，将电机等原件前后错开分布，极大减少机器人的宽度，增加了机器人的活动空间，使机器人能在更窄小的环境下工作。控制轮胎的充气量可以控制车体底部到轮胎接触面的距离，进而可以改变车底磁铁对壁面的吸力。采用充气轮胎，一定程度上减小机器人在运动过程中的冲击。

在每个驱动车体模块1上还安装有直线电机模块5，所述直线电机模块包括直线电机51、电机连接件52，电机连接件52包括直线电机支撑板5201、螺栓5202、螺母5203，直线电机支撑板5201安装在上车体和下车体对应的竖直位置上，保证直线电机51相对于上下车体竖直，通过直线电机的通电收缩、伸出实现上、下车体的相对距离控制。在壁面工作时，直线电机的收缩运动实现下车体抬起越过障碍物，在越过障碍物之后直线电机51带动车体放下。直线电机51的伸缩方向与两个驱动车体直线轴承13平行，减少在运动过程中的晃动。直线电机支撑板5201是凹形，安装在驱动车体顶板11有凸台的另一侧，直线电机支撑板5201上的孔与车体驱动车体顶板11上的孔相对应，直线电机支撑板5201两侧板上有光孔用来安装直线电机51。

所述支撑车体模块4包括上车体部分和下车体部分，上车体部分包括支撑车体顶板41、支撑车体光轴支撑42、顶部连接件43，所述支撑车体光轴支撑42为两个并固定在顶部支撑车体顶板41的两端，在支撑车体光轴支撑42的长端端头处安装支撑车体直线轴承45的轴承滑块4501，支撑车体顶板41通过顶部连接件43与横向连接铝型材32连接，顶部连接件43是方形板子上有圆柱凸台，在圆柱板子得四个角有螺栓孔，和横向连接铝型材32连接，圆柱凸台上有螺纹孔，连接支撑车体顶板41，使支撑车体模块4不发生转动，支撑车体模块4主要提供支撑作用，增加机器人的稳定性。

下车体部分包括支撑车体底板44、支撑车体直线轴承45、万向轮46、轮架47。所述支撑车体直线轴承45由光轴4501和轴承滑块4502构成。光轴4501安装在支撑车体底板44上，与上车体上支撑车体光轴支撑42的位置相对应，支撑车体直线轴承45的轴承滑块4502安装在上车体的支撑车体光轴支撑42长边上，支撑车体底板44的两侧有竖直延伸上去的板材，在板子的顶部有向外延伸的板台，用来安装万向轮46的轮架，万向轮连接轮架47，轮架47安装在板台下。

在支撑车体模块4上还安装有直线电机模块5。直线电机模块5的直线电机支撑板5201固定在支撑车体底板44上，与固定在支撑车体顶板41上的直线电机支撑板5201对应，使直线电机垂直于上下支撑板，直线电机通过直线电机支撑连接上下车体。支撑车体主要作用是用来保证在一个驱动车体抬起的情况下，保证机器人的稳定性。同时，在机器人前后驱动车体进行转向的同时增加车体的稳定性能。

所述转向模块6安装在车架模块3的车架支撑板34上。转向模块6包括盘式电机61、行星齿轮减速器62、转接板63、直角转向器64、转向轴承组件65。盘式电机61的输出轴与行星齿轮减速器62键连接，行星齿轮减速器62通过转接板63连接直角转向器64，直角转向器64输出轴与转向轴承组件65相配合，从盘式电机61、行星齿轮减速器62、直角转向器64，依此传动实现车体的左右转向运动功能。直角转向器64内部通过斜齿轮啮合传动将盘式电机61的水平转动转变为竖直转动，大幅减少了转向机构在竖直方向的空间。

所述转向轴承组件65是半开式的扁盒结构，转向轴承组件65包括转向轴承座6501和转向轴承6502，转向轴承座6501是方形半开式结构，在转向轴承座6501的开放式一侧的边上都有用于安装螺栓的固定耳，在转向轴承座6501的封闭一侧上开有轴孔，转向轴承6502安装在转向轴承座6501内。半开式转向轴承座6501的固定耳与车架模块3上的车架支撑板34通过螺钉螺母连接，转向轴承6502的轴心位置与车架支撑板34上的孔同心，车架支撑板34上的孔径大于轴径(由于直角转向器64的输出轴与转向轴承6502配合时，转向轴承座6501会因为振动发生偏移，导致转向轴承6502发生偏移，使轴心与孔心不重合，发生碰转，因此车架支撑板34上的孔要比轴要大)，这样可以避免在转向运动时轴与驱动车体顶板11发生干涉，驱动车体顶板11与车架支撑板34之间有间隙，驱动车体顶板11上的凸台顶住转向轴承6502的下侧，相当于是套筒的作用，在孔里有开槽，孔通过键连接和直角转向器64的输出轴配合。

所述控制模块7包括控制器71、继电器72、开关电源73和控制盒74，所述控制器71、继电器72、开关电源73安装在控制盒74，控制器71分别安装在控制盒的车体左右两侧，每侧三个，继电器72和开关电源73安装在盒子中间位置。控制盒安装在车架铝型材31上，通过螺栓螺母连接，在控制盒74的前后侧壁上有大小不同的公母孔，对应的输入输出线从公母孔中穿出，连接控制盒74内的元件和盒子外的元件。控制盒74的顶部是开合结构，铰接在盒体的一侧。所述控制器71六个，分别用来控制驱动轮足的驱动电机21和直线电机51。所述开关电源73数量为一个，所述继电器72数量为一个，继电器72控制驱动车体和支撑车体上的直线电机，控制机器人的越障抬腿运动。

所述磁力吸附模块8采用扁方体结构，安装在两个驱动车体模块1及支撑车体模块4的底座支撑板下，通过改变轮胎的充气量，可以改变磁贴的吸附力。磁力吸附模块8的磁铁采用汝铁硼磁铁，汝铁硼磁铁又称为强力磁铁，对比铁氧体磁铁、铝镍钴、钐钴磁铁，汝铁硼的吸力更大，它能够吸附本身重量635倍的重量，选用汝铁硼磁铁作为吸附模块的磁铁，对比其他几种，他的体积更小，在同样重量情况下吸力更大，节省了机器人的空间，使机器人更加紧凑，能够在更窄小的环境下工作，在不增加体积和重量的情况下搭载更多的元件。由于同等质量下汝铁硼的体积更小，吸附模块的尺寸变小，增加了与壁面的距离，一定程度上增加了在曲面运动时的所适应曲率范围。

如图12所示，本发明的六轮腿越障爬壁机器人的越障原理如下：

在正常工作行驶时，机器人的前后驱动车体模块以及中间的支撑车体模块均处于与壁面接触状态，此时，安装在车体的上下车体之间的直线电机处于一定的伸长量状态。在没有曲率的壁面移动时，三个直线电机的伸长量一致，即三个车体模块的下车体都处于同一平面内，车身平面与下车体平面平行。当检测到前方有障碍物时，前驱动车体上的直线电机工作将下车体拉起，在达到可以越过障碍物的高度之后，机器人的后车体驱动电机工作，机器人越过障碍物，在前驱动车体越过障碍物后，直线电机伸出将下车体放下与壁面接触，稳定后，支撑车体上的直线电机工作，将支撑车体的下车体拉起，在达到越障高度后，前后轮式驱动模块工作，等机器人的支撑车体越过障碍后，直线电机工作，将支撑车体放下回到原姿势，平稳后机器人后驱动车体的直线电机工作，将后车体拉起，到达越障高度后直线电机停止，前车体上的轮式驱动模块工作，带动机器人移动越障，等完全越过障碍物之后，直线电机工作放下车体。此过程中车体放下都是放到原姿势，在一开始工作前，都需要调整初始姿势，通过调节三个直线电机的伸缩量可以调节越障高度，如一开始调节直线电机的伸长量为a，则在越障时直线电机工作，可以将下车体抬离壁面的最大高度为a，通过改变a的大小就能改变越障高度的大小，不过在a变大的同时要适当调整轮胎的充气量，适当增加吸附力，避免机器人发生倾覆。

图13和图14给出了本发明适应不同曲率壁面的示意图，六轮腿越障爬壁机器人适应不同曲率壁面的原理为：

在正常的无曲率立面工作时，三个车体模块的下车体均处于同一平面，在有曲率的立面外壁工作时，支撑车体的直线电机伸长量小于前、后车体的伸长量，前后车体伸长量相同，三个车体的轮轴线形成一个弧面，弧心方向在车体下侧，这样使得机器人可以在管道外壁等圆柱外壁移动。在有曲率管道立面内壁工作时，调节前后车体伸长量小于支撑车体的伸长量，使弧心在机器人的机体的上方，适应管道的曲率使其能够在管道内壁工作。由于中间支撑车体的移动轮为四个固定的万向轮，轮子始终处于同一平面，使得机器人的前后车体的伸长量不宜过大，控制其在一定的范围内。

图13给出了本发明在有曲率的管道外壁运动时的运动示意图，由于磁吸装置安装在下车体的底板下方，磁吸装置和轮胎的最下点之间的距离，相对于不安装磁吸装置时变小，导致在管道外壁曲面运动时，磁吸装置的内侧边缘会与管道壁面发上干涉，所以机器人能够攀爬的壁面的曲率需要在一定范围内，同时，中间支撑车体在外壁运动时，磁吸模块的中间部分会与管道壁面干涉，要满足支撑车体也不能发干涉，图12为不发生干涉时，在最大的曲面的运动，曲面的曲率直径为4038.16mm，此曲率为最小曲率，只能在曲率大于等于4038.16的壁面上移动不会发生干涉，在曲率为最大曲率时，前后驱动车体模块的伸长量相同，中间支撑车体的伸长量小于前后车体，差值为54.26mm，即支撑车体轮胎最下方水平面距离驱动车体轮胎最下平面54.26mm。在保持这个差值的同时，改变初始伸长量可以改变越障高度，但相对于在平整壁面的越障高度要小，攀爬曲率越大，越障高度越高。

图14给出了本发明在有曲率管道内壁时的运动示意图，主要的干涉是前后车体的磁吸模块的外侧边缘与壁面的干涉碰撞，图中所示最大不发生干涉的曲率直径为5163.8mm，此时中间支撑车体的伸长量大于前后车体的伸长量，差值为46.16mm，差值减小曲率变大，同样的，通过调节初始伸长量可以改变越障高度，但是比较平整壁面的越障高度要小。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种六轮腿壁面越障机器人，其特征在于：包括车架模块、驱动车体模块、支撑车体模块、轮式驱动模块、直线电机模块、转向模块、控制模块以及磁力吸附模块；所述驱动车体模块为两个并分别安装在车架模块的前后两端底部，所述支撑车体模块安装在车架模块的中间底部，所述轮式驱动模块安装在驱动车体模块上用于驱动车体模块前后移动，所述直线电机模块为三个并分别安装在驱动车体模块和支撑车体模块上用于控制车体模块上下移动，所述转向模块为两个并分别安装在车架模块的前端和后端上用于控制驱动车体模块转向移动，所述控制模块安装在车架模块上并与轮式驱动模块、转向模块、直线电机模块相连接实现相应的控制功能，所述磁力吸附模块为三个并分别安装在驱动车体模块及支撑车体模块底部。

2.根据权利要求1所述的一种六轮腿壁面越障机器人，其特征在于：所述所述车架模块包括纵向车身铝型材、横向连接铝型材、车体连接件和车架支撑板，所述纵向车身铝型材为两个并且平行设置，所述车架支撑板为两个并可移动安装在两个纵向车身铝型材两端下面，所述横向铝型材安装在两个纵向车身铝型材中间并通过车体连接件与支撑车体模块相连接。

3.根据权利要求1所述的一种六轮腿壁面越障机器人，其特征在于：所述驱动车体模块分为上车体与下车体，所述上车体由驱动车体顶板和两个驱动车体光轴支撑构成，所述下车体包括驱动车体底板、驱动车体直线轴承，所述驱动车体直线轴承包括光轴和轴承滑块，两个驱动车体光轴支撑垂直安装在驱动车体顶板两端下方，所述驱动车体直线轴承的光轴安装在驱动车体底板上，所述驱动车体直线轴承的轴承滑块安装在驱动车体光轴支撑上，在上车体和下车体之间安装有直线电机模块，在下车体上安装有两组轮式驱动模块。

4.根据权利要求3所述的一种六轮腿壁面越障机器人，其特征在于：所述电机模块包括直线电机、电机连接件，电机连接件为两个并分别安装在上车体和下车体对应的竖直位置上，所述直线电机两端分别连接电极连接件，通过直线电机控制上车体和下车体之间的距离。

5.根据权利要求3所述的一种六轮腿壁面越障机器人，其特征在于：所述两组轮式驱动模块采用前后错位方式安装在驱动车体底板上，所述驱动车体模块包括驱动电机、编码器、减速器、减速器轴座、驱动轴承组件、联轴器、齿轮、齿轮组和充气轮胎组件，所述编码器连接驱动电机尾端，用于检测驱动电机的转角并反馈给控制模块，所述驱动电机输出轴连接减速器，所述减速器固定在减速器轴座上，所述减速器轴座固定在驱动车体底板，所述减速器输出轴连接联轴器，所述联轴器通过轴连接轴承，该轴承固定在驱动轴承组件上并连接齿轮，通过齿轮及齿轮组啮合将输出轴连接充气轮胎的连轮轴，两个充气轮胎的轴线位置重合，并由驱动电机驱动充气轮胎转动。

6.根据权利要求5所述的一种六轮腿壁面越障机器人，其特征在于：所述驱动轴承组件包括驱动轴承座和前轴承、后轴承，所述前轴承、后轴承的轴线相对平行，所述驱动轴承座成W形并固定在驱动车体底板的外侧，用于固定两对不同尺寸轴承。

7.根据权利要求1所述的一种六轮腿壁面越障机器人，其特征在于：所述支撑车体模块分为上车体与下车体，所述上车体由支撑车体顶板、两个支撑车体光轴支撑及顶部连接件构成，所述下车体包括支撑车体底板、支撑车体直线轴承，所述支撑车体直线轴承包括光轴和轴承滑块，支撑车体顶板通过顶部连接件与车架模块相连接，两个支撑车体光轴支撑垂直安装在支撑车体顶板两端下方，所述支撑车体直线轴承的光轴安装在支撑车体底板上，所述支撑车体直线轴承的轴承滑块安装在支撑车体光轴支撑上，在支撑车体底板底部的两侧分别安装有两个万向轮；在上车体和下车体之间安装有直线电机模块，所述电机模块包括直线电机、电机连接件，电机连接件为两个并分别安装在上车体和下车体对应的竖直位置上，所述直线电机两端分别连接电极连接件，通过直线电机控制上车体和下车体之间的距离。

8.根据权利要求1所述的一种六轮腿壁面越障机器人，其特征在于：所述转向模块包括盘式电机、行星齿轮减速器、转接板、直角转向器和转向轴承组件；盘式电机的输出轴与行星齿轮减速器键连接，行星齿轮减速器通过转接板连接直角转向器，直角转向器输出轴与转向轴承组件安装在车架模块上，通过盘式电机的转动来控制驱动车体模块的转向；所述转向轴承组件包括转向轴承座和转向轴承，转向轴承座是方形半开式结构，在转向轴承座的开放式一侧的边上都有用于安装螺栓的固定耳，在转向轴承座的封闭一侧上开有轴孔，转向轴承安装在转向轴承座内；转向轴承座的固定耳与车架模块安装在一起。

9.根据权利要求1所述的一种六轮腿壁面越障机器人，其特征在于：所述控制模块包括控制器、继电器、开关电源和控制盒，所述控制器、继电器、开关电源安装在控制盒内，控制盒安装在车架模块上，所述控制器有六个，分别用来控制驱动电机、直线电机和盘式电机，所述继电器用于控制驱动车体模块和支撑车体模块上的直线电机，控制机器人的越障抬腿运动。

10.根据权利要求1所述的一种六轮腿壁面越障机器人，其特征在于：所述磁力吸附模块采用扁方体结构，所述磁力吸附模块的磁铁采用汝铁硼磁铁。

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