CN115320301B - 一种自适应曲面的爬壁机器人悬挂机构及爬壁机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种自适应曲面的爬壁机器人悬挂机构及爬壁机器人，该悬挂机构包括：轮组模块；机架底板，其固定设置且位于轮组模块内侧；以及至少一个悬架组件，每一悬架组件包括伸缩弹簧安装座、伸缩弹簧、悬挂架安装座和悬挂架，其中伸缩弹簧安装座设置于机架底板上，伸缩弹簧下端贯穿机架底板、中部与伸缩弹簧安装座铰接，悬挂架安装座上端连接机架底板，悬挂架为三角架，其一顶点与伸缩弹簧下端铰接、一顶点连接轮组模块、另一顶点与悬挂架安装座下端铰接。本发明的有益效果：实现了爬壁机器人在曲面运动中对曲面壁面的自适应调整，解决了运动打滑、偏载磨损的问题，增强了爬壁机器人的曲面运动能力，扩大了爬壁机器人的应用范围。
Description
技术领域
本发明涉及爬壁机器人技术领域，尤其涉及一种自适应曲面的爬壁机器人悬挂机构及爬壁机器人。
背景技术
爬壁机器人具有运动灵活性高、环境适应性强、可协同运作等优势，在竖直空间内可应用于工件加工、环境重构、环境勘探等领域，具有广阔的应用前景。目前的爬壁机器人多是针对平面工作环境而设计，如吸附式爬壁机器人通过吸附模块配合轮轴模块可以在平面工作环境上行走作业。但是在曲面工作环境下，传统的爬壁机器人在曲面上运动时，刚性结构轮组无法与曲面充分接触，难以满足爬壁机器人的运动抓地力要求，进而导致爬壁机器人存在运动打滑、偏载磨损的情况，极大地制约了爬壁机器人在曲面作业环境下的运动能力。
发明内容
有鉴于此，为了解决爬壁机器人难以适应曲面作业环境行走的问题，本发明的实施例提供了一种自适应曲面的爬壁机器人悬挂机构及爬壁机器人。
本发明的实施例提供一种自适应曲面的爬壁机器人悬挂机构，包括：
轮组模块；
机架底板，其固定设置且位于所述轮组模块内侧；
以及至少一个悬架组件，每一所述悬架组件包括伸缩弹簧安装座、伸缩弹簧、悬挂架安装座和悬挂架，其中所述伸缩弹簧安装座设置于所述机架底板上，所述伸缩弹簧下端贯穿所述机架底板、中部与所述伸缩弹簧安装座铰接，所述悬挂架安装座上端连接所述机架底板，所述悬挂架为三角架，其一顶点与所述伸缩弹簧下端铰接、一顶点连接所述轮组模块、另一顶点与所述悬挂架安装座下端铰接。
进一步地，所述伸缩弹簧的中部套设有轴座，所述轴座设有铰接轴，所述铰接轴位于所述伸缩弹簧径向方向，所述伸缩弹簧安装座上端设有轴承，所述铰接轴与所述轴承插接。
进一步地，所述铰接轴的端部设有卡簧。
进一步地，所述悬架组件的数量为两个，两所述悬架组件分别位于所述轮组模块的相对两侧。
进一步地，还包括环形的轮架，所述轮组模块安装于所述轮架上，各所述悬架组件的悬挂架分别连接所述轮架。
进一步地，所述伸缩弹簧为恒力气弹簧。
进一步地，所述轮组模块为全向轮，所述全向轮包括电机、电机架、以及两全向轮片，所述电机后端连接所述悬挂架，所述电机前端为输出端且连接所述电机架，两所述两全向轮片沿着所述电机轴向依次安装于所述电机架上。
进一步地，所述全向轮片包括轮毂、以及环绕所述轮毂边缘间隔设置的多个辊子，所述辊子为橡胶材质，两所述全向轮片的辊子一一错开。
另外，本发明的实施例还提供了一种爬壁机器人，包括多个上述的一种自适应曲面的爬壁机器人悬挂机构，还包括机器人本体和多个吸附模块，各所述自适应曲面的爬壁机器人悬挂机构和各所述吸附模块一一间隔设置于所述机器人本体的底部。
进一步地，所述机器人本体为六边形，所述自适应曲面的爬壁机器人悬挂机构的数量为三个且分别设置于所述机器人本体的三边，所述吸附模块均为三个且分别设置于所述机器人本体的三边，每一所述自适应曲面的爬壁机器人悬挂机构的机架底板与所述机器人本体固定连接。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
1、本发明的一种自适应曲面的爬壁机器人悬挂机构及爬壁机器人，在爬壁机器人的轮组模块在曲面壁面上行走时，通过悬挂架的旋转实现对曲面壁面的顺应调整，同时由拉伸弹簧抵消运动过程中由曲面壁面支持力给悬挂架带来的扭矩，使爬壁机器人过程中悬挂架始终处于受力平衡状态，实现了爬壁机器人在曲面运动中对曲面壁面的自适应调整，能在曲面工作环境下为爬壁机器人提供足够的运动抓地力，有效解决了运动打滑、偏载磨损的情况，增强了爬壁机器人的曲面运动能力，扩大了爬壁机器人的应用范围。
2、本发明的一种自适应曲面的爬壁机器人悬挂机构及爬壁机器人，采用被动方式实现曲面自适应，通过调节爬壁机器人吸附力改变壁面支持力大小，使自适应悬挂模块在支持力产生的扭矩作用下被动旋转，当轮组模块与壁面充分接触时形成稳定支撑结构，实现轮组模块与曲面的自适应稳定贴合，仅通过拉伸弹簧拉力、壁面支持力的作用达到自适应平衡状态，无需外加驱动力和传感器，结构稳定可靠、实现成本低。
附图说明
图1是本发明一种自适应曲面的爬壁机器人悬挂机构的立体图；
图2是本发明一种自适应曲面的爬壁机器人悬挂机构的主视图；
图3是本发明一种自适应曲面的爬壁机器人悬挂机构的左视图；
图4是图3中的A-A剖面示意图；
图5是本发明一种自适应曲面的爬壁机器人悬挂机构的爆炸图；
图6是机架底板和悬挂组件的示意图；
图7是本发明一种爬壁机器人的示意图。
图中：100-自适应曲面的爬壁机器人悬挂机构、101-机器人本体、102-吸附模块、1-轮组模块、2-机架底板、3-悬挂组件、4-伸缩弹簧、5-轴座、6-伸缩弹簧安装座、7-铰接轴、8-悬挂架、9-悬挂架安装座、10-轮架、11-电机、12-全向轮片、13-电机架、14-轴承、15-轴套、16-连接座、17-辊子、18-电机法兰。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。下面介绍的是本发明的多个可能实施例中的较优的一个，旨在提供对本发明的基本了解，但并不旨在确认本发明的关键或决定性的要素或限定所要保护的范围。
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；可以是机械连接,也可以是电连接；可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。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。
请参考图1和2，本发明的实施例提供了一种自适应曲面的爬壁机器人悬挂机构100，包括轮组模块1、机架底板2和至少一个悬挂组件3。
如图2和3所示，所述机架底板2为固定设置，一般的所述机架底板2保持水平设置，位于所述轮组模块1内侧。
所述悬挂组件3设置为一个或多个，各所述悬挂组件3用来连接所述机架底板2和所述轮组模块1。如本实施例中，所述悬架组件3的数量为两个，两所述悬架组件3分别位于所述轮组模块1的相对两侧。
具体的，如图4、5和6所示，每一所述悬架组件3包括伸缩弹簧安装座6、伸缩弹簧4、悬挂架安装座9和悬挂架8。其中所述伸缩弹簧4为恒力气弹簧，所述伸缩弹簧4相对所述机架底板2倾斜设置，且下端贯穿所述机架底板2。所述伸缩弹簧安装座6底部坐于所述机架底板2上并通过螺栓紧固连接，使所述伸缩弹簧安装座6设置于所述机架底板2上。所述伸缩弹簧安装座6为弧形块，其上端延伸至所述伸缩弹簧4的中部，并与所述伸缩弹簧4的中部铰接连接。
如图6所示，所述伸缩弹簧4的中部套设有轴座5，所述轴座5设有铰接轴7，所述铰接轴7位于所述伸缩弹簧4径向方向，所述伸缩弹簧安装座6上端设有轴承，所述铰接轴7与所述轴承插接，这样所述伸缩弹簧4可以绕所述铰接轴7转动。此外，还可以在所述铰接轴7的端部设有卡簧，通过卡簧所述铰接轴7进行轴向限位。
所述悬挂架8和所述悬挂架安装座9均位于所述机架底板2的下方、且位于所述轮组模块1的后侧。具体的，所述悬挂架安装座9上端与所述机架底板2的底面紧固连接。所述悬挂架8为三角架，所述悬挂架8与所述悬挂架安装座9交叉设置。所述悬挂架8靠后方的一顶点与所述伸缩弹簧4下端铰接、靠前方的一顶点连接所述轮组模块1、另一靠近中间的顶点与所述悬挂架安装座9下端铰接。类似的，本实施例中所述悬挂架8的两个顶点与所述伸缩弹簧4、以及所述悬挂架安装座9之间均是通过轴承实现铰接。
另外该自适应曲面的爬壁机器人悬挂机构100还包括环形的轮架10，各所述悬架组件3前端分别连接所述轮架10，所述轮组模块1安装于所述轮架10上。
如图5所示，所述轮组模块为全向轮，所述全向轮包括电机11、电机架13、两轴承14、连接座16以及两全向轮片12，所述电机11为减速电机，并安装于所述轮架10内，所述悬挂架8与所述轮架10通过螺钉紧固连接，这样使所述电机11后端与连接所述悬挂架8固定连接。所述电机11前端为输出端且连接所述电机架13，所述电机架13沿着所述电机11轴向依次安装的两轴承14，两所述轴承14之间还设有一轴套15。所述连接座16套设于两所述轴承14上，两所述全向轮片12分别安装于所述连接座16的两端。
更具体的，每一所述全向轮片12包括轮毂、以及环绕所述轮毂边缘间隔设置的多个辊子17，所述辊子17为橡胶材质，两所述全向轮片12的辊子17一一错开。所述电机11的前端还安装有电机法兰18，位于前方的所述全向轮片12的轮毂与所述电机法兰18紧固连接。
在爬壁机器人的轮组模块1在曲面壁面上行走时，曲面壁面对轮组模块1支持力传递至悬挂架8，使悬挂架8的旋转实现对曲面壁面的顺应调整，同时由拉伸弹簧4抵消运动过程中由曲面壁面支持力给悬挂架8带来的扭矩，使爬壁机器人过程中悬挂架8始终处于受力平衡状态，实现了爬壁机器人在曲面运动中对曲面壁面的自适应调整，能在曲面工作环境下为爬壁机器人提供足够的运动抓地力，有效解决了运动打滑、偏载磨损的情况，增强了爬壁机器人的曲面运动能力，扩大了爬壁机器人的应用范围。
另外，如图7所示，本发明的实施例还将上述自适应曲面的爬壁机器人悬挂机构100应用于吸附式爬壁机器人，提供了一种爬壁机器人。该爬壁机器人主要包括机器人本体101、多个上述的一种自适应曲面的爬壁机器人悬挂机构100和多个吸附模块102，各所述自适应曲面的爬壁机器人悬挂机构100和各所述吸附模块102一一间隔设置于所述机器人本体101的底部。
继续如图7所示，所述机器人本体101为六边形，所述自适应曲面的爬壁机器人悬挂机构100的数量为三个且分别设置于所述机器人本体101的三边，所述吸附模块102均为三个且分别设置于所述机器人本体101的三边。各所述自适应曲面的爬壁机器人悬挂机构100均匀安装于所述机器人本体101的底部，形成三全向轮移动底盘，为爬壁机器人提供曲面全向自适应运动能力。
每一所述自适应曲面的爬壁机器人悬挂机构100的机架底板2与所述机器人本体101固定连接。可以通过调节爬壁机器人的吸附模块102的吸附力改变壁面对轮组模块1的支持力大小，使悬挂架在支持力产生的扭矩作用下被动旋转，当轮组模块1与壁面充分接触时形成稳定支撑结构，实现轮组模块1与曲面的自适应稳定贴合，仅通过拉伸弹簧4拉力、壁面支持力的作用达到自适应平衡状态，无需外加驱动力和传感器，结构稳定可靠、实现成本低。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解的是，它们是相对的概念，可以根据使用、放置的不同方式而相应地变化，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种自适应曲面的爬壁机器人悬挂机构，其特征在于，包括：
轮组模块；
机架底板，其固定设置且位于所述轮组模块内侧；
以及至少一个悬架组件，每一所述悬架组件包括伸缩弹簧安装座、伸缩弹簧、悬挂架安装座和悬挂架，其中所述伸缩弹簧安装座设置于所述机架底板上，所述伸缩弹簧下端贯穿所述机架底板、中部与所述伸缩弹簧安装座铰接，所述悬挂架安装座上端连接所述机架底板，所述悬挂架为三角架，其一顶点与所述伸缩弹簧下端铰接、一顶点连接所述轮组模块、另一顶点与所述悬挂架安装座下端铰接。
2.如权利要求1所述的一种自适应曲面的爬壁机器人悬挂机构，其特征在于：所述伸缩弹簧的中部套设有轴座，所述轴座设有铰接轴，所述铰接轴位于所述伸缩弹簧径向方向，所述伸缩弹簧安装座上端设有轴承，所述铰接轴与所述轴承插接。
3.如权利要求2所述的一种自适应曲面的爬壁机器人悬挂机构，其特征在于：所述铰接轴的端部设有卡簧。
4.如权利要求1所述的一种自适应曲面的爬壁机器人悬挂机构，其特征在于：所述悬架组件的数量为两个，两所述悬架组件分别位于所述轮组模块的相对两侧。
5.如权利要求1所述的一种自适应曲面的爬壁机器人悬挂机构，其特征在于：还包括环形的轮架，所述轮组模块安装于所述轮架上，各所述悬架组件的悬挂架分别连接所述轮架。
6.如权利要求1所述的一种自适应曲面的爬壁机器人悬挂机构，其特征在于：所述伸缩弹簧为恒力气弹簧。
7.如权利要求1所述的一种自适应曲面的爬壁机器人悬挂机构，其特征在于：所述轮组模块为全向轮，所述全向轮包括电机、电机架、以及两全向轮片，所述电机后端连接所述悬挂架，所述电机前端为输出端且连接所述电机架，两所述两全向轮片沿着所述电机轴向依次安装于所述电机架上。
8.如权利要求7所述的一种自适应曲面的爬壁机器人悬挂机构，其特征在于：所述全向轮片包括轮毂、以及环绕所述轮毂边缘间隔设置的多个辊子，所述辊子为橡胶材质，两所述全向轮片的辊子一一错开。
9.一种爬壁机器人，其特征在于：包括多个如权利要求1～8任意一项所述的一种自适应曲面的爬壁机器人悬挂机构，还包括机器人本体和多个吸附模块，各所述自适应曲面的爬壁机器人悬挂机构和各所述吸附模块一一间隔设置于所述机器人本体的底部。
10.如权利要求9所述的一种爬壁机器人，其特征在于：所述机器人本体为六边形，所述自适应曲面的爬壁机器人悬挂机构的数量为三个且分别设置于所述机器人本体的三边，所述吸附模块均为三个且分别设置于所述机器人本体的三边，每一所述自适应曲面的爬壁机器人悬挂机构的机架底板与所述机器人本体固定连接。
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