[发明专利]基于壁虎运动肌体结构形态仿生的壁面移动机器人

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于壁虎运动肌体结构形态仿生的壁面移动机器人，特别涉及一种用于高大的圆锥状钢塔或大型球罐等具有导磁性材料表面上快速移动且携带大负重作业的壁面移动机器人，属于仿生机器人技术领域。

背景技术

工业领域往往会用到又高又大的罐体，例如石油化工或天然气企业的储油、储气罐、发电厂等企业的锅炉、风力发电设备的风机塔等。这些罐体的几何呈现圆柱状、球状以及圆锥状的特点。而罐体往往需要进行维护、璧厚检测，目前仍采用传统的人工方式，其设备一般就是软梯、绳索或脚手架之类的，这样就带来了劳动强度大、周期长、效率低下以及安全性差等问题，因此急需一种自动化的检测或进行其他作业的设备，这种设备要具有在这些罐体表面贴敷且灵活移动的特点。对于一般的磁吸附壁面移动机器人来讲，由于要工作在这种变界面的壁面上，而且壁面上的焊接处较高，因此要想进行任意方向的移动，将很难做到能时时达到牢牢吸附的目的。

应用于这些罐体上的壁面移动机器人一般采用磁条作为吸附单元，一般来讲，磁吸附壁面移动机器人对导磁性壁面的吸附，最直接的方法是采用永磁吸附方式和电磁吸附方式，电磁吸附方式机构较多、控制上复杂、耗能较大，但可以实现对磁力的主动控制；永磁吸附方式结构简单、不需耗能，但无法控制磁力。

壁面作业机器人属于特种机器人的范畴，按其与壁面的交互方式分为真空/负压吸附、磁吸附、粘性材料吸附和钩挂吸附等。虽然学术界提出了多种有关机器人机构及吸附的方法，但是携带大负重(如携带20kg以上的作业设备)、在圆锥壁面上可任意方向移动的技术方法和原理样机并未见到。其原因在于，对于圆锥体，在经过高度的任何一点的截面上其对应的圆周半径是不同的，即圆锥体的轴截面是变化的。当机器人在圆锥体的表面全方位移动时，如何保证安全吸附与受力稳定是至关重要的。其次，当机器人遇到焊缝或其他较大障碍时，如何实现柔性吸附，以保证有足够的吸附力也是难点之一。然而，相对于机器人来讲，自然界的壁虎在壁面上完成各种运动则非常灵活，机器人形态学就是研究如何使机器人尽可能的具备适应相应环境的形态结构，这一过程往往是伴随着结构的重构或者机器人机构对环境的实时伺服来完成的。上述的分析表明，机器人的结构形态具有一定的局限性，如果在研究中想完全实现生物的功能则是目前技术所无法做到的。

发明内容

本发明提供一种基于壁虎运动肌体结构形态仿生的壁面移动机器人，可实现在圆柱状、球状以及圆锥状罐体壁面上进行大负重壁面缺陷检测作业。

基于壁虎运动肌体结构形态仿生的壁面移动机器人，包括四个驱动单元、四条链条履带、载荷分散机构、抗倾覆装置、超声波探头伺服移动装置、机器人箱体外壳和控制系统；其特征在于四根链条履带分别是左侧主动链条履带62、左侧被动链条履带、右侧主动链条履带、右侧被动链条履带，链条履带上带有磁条单元；整体连接关系为：超声波探头伺服移动装置55固接在机器人箱体外壳的前端；抗倾覆装置58固接在机器人箱体外壳上，固接的位置是该装置的重心位置；机器人箱体外壳的左右两侧面上各安装两个驱动单元，但同侧只有一个驱动单元安装伺服电机，左侧主动链条履带和左侧被动链条履带前后并列安装在机器人箱体外壳左侧，右侧主动链条履带和右侧被动链条履带前后并列安装在机器人箱体外壳右侧，安装伺服电机的两个驱动单元分别与左侧主动链条履带和右侧主动链条履带连接；每个载荷分散机构安装在每条链条履带的内侧；控制系统分别放置在机器人箱体外壳内，并与驱动单元、抗倾覆装置和超声波探头伺服移动装置相连接，其中，安装伺服电机的驱动单元驱动同侧的两条前后并列安装的链条履带。