[发明专利]内外吸附式爬行机器人

说明书

技术领域

本发明涉及一种爬行机器人，属于机械手作业技术领域。

背景技术

随着机器人应用领域的不断拓宽，爬行机器人已经广泛应用于现代工业现场的自动化作业过程。

现有的爬行机器人按其吸附方式主要有吸盘式、磁吸附式，按其行走方式主要有框架式、轮式、履带式和足式，这些机器人的吸附及行走需要外部提供气源和电源。

对于空间可达性较差的作业环境（如远距离输油管道、封闭船舱、大飞机机身等），爬行机器人必须配置的气源和电源输送线缆具有较大的局限性，不仅制约其爬行距离，而且容易在作业过程中容易出现线缆缠绕、运动干涉等问题。例如，在飞机壁板钻铆作业中，壁板内侧需要一种携带钻铆头并可移动的作业设备，现有设备由于爬行机器人的能源输送线缆进入机身内部后可能会线缆缠绕，所以在实际生产作业中应用效果较差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术不足，提出一种没有线源缠绕且适应性强的能在薄板内部自由行走的内外吸附式爬行机器人。

本发明为解决上述技术问题提出的技术方案是：一种内外吸附式爬行机器人，包括分别设于透磁薄板内外两侧面的内机器人和外机器人，所述内机器人包括内框和振荡弹簧以及固设有导轨的外框，所述内框设于导轨上并与导轨形成移动副，所述振荡弹簧的两端分别固定在内框和外框上且可沿导轨方向伸缩；所述外框上设有可伸缩的第一脚，所述内框上设有振荡次级和可伸缩的第二脚，所述第一脚和第二脚上设有永磁铁，所述外机器人设有与第一脚和第二脚匹配的第三脚以及振荡初级，所述第三脚上设有可通电的电磁铁，所述第三脚用于通过电磁铁通电以驱使第一脚和第二脚吸附及松开透磁薄板内侧面；所述振荡初级用于通电时产生行波磁场激发所述振荡次级产生沿所述导轨的切向力，当所述第一脚和第二脚与所述透磁薄板内侧面形成钢球接触且所述切向力施加在所述内框上的激励频率与所述内框的固有振动频率基本一致时，所述切向力驱动所述内框沿导轨共振移动。

上述本发明公开的内外吸附式爬行机器人技术方案的工作机理及有益效果陈述如下：

内机器人上设有第一脚和第二脚，外机器人上设有第三脚，一般第三脚与第一脚和第二脚一一对应，并通过这些脚将内机器人吸附在透磁薄板（透磁）内侧面上，第三脚上安放有电磁铁，通过改变电磁铁电流的大小和方向来改变内机器人的第一脚和第二脚上永磁铁所受电磁力的大小和方向，从而控制内机器人的第一脚和第二脚的吸附、释放和抬起。

外机器人上设有类似于直线电机初级的振荡初级，内机器人上设有有类似于直线电机次级的振荡次级，振荡初级通电流后可以在内机器人振荡次级上产生向前运动的电磁力。

外部机器人的振荡初级通电后会产生一个行波磁场，行波磁场在内机器人的振荡次级上产生一个垂直于薄板的法向力和沿行波磁场行进方向的切向力。根据直线电机磁场理论，切向力为法向力的1/10左右，振荡初级上的电流过大可能使法向力过大而破坏薄板。故外机器人振荡初级对内机器人振荡次级的切向力不足以直接提供内机器人向前运动的动力。

外机器人振荡初级通电后将产生向前移动的行波磁场，行波磁场对内机器人上的振荡次级会产生一个切向力，当振荡初级对振荡次级的施力频率和内框的固有频率一致时，内框便沿外框的导轨做共振运动，每次经过振动原点时都会受到振荡初级对其的切向力，内框的振幅逐渐增大，内框向振荡弹簧转移的能量逐渐增加，当振幅达到需要的值S时，控制第三脚上的电磁铁使第一脚和第二脚的吸附、释放和抬起，从而使得内框处于固定状态而外框处于可动状态，外框在振荡弹簧的作用下向前运动，振荡弹簧势能就转化为外框的动能，外框振荡停止时向前就运动了距离S，然后内机器人恢复初始状态。

当内机器人因工作需要固定时，控制外机器人使内机器人的第一脚和第二脚全部固定。

可见，通过内机器人和外机器人配合，外机器人不受复杂工况的限制，其结构容易实现，外机器人可以方便的直接配备需要的气源或电源以提供动力，内机器人无需提供气源或电源，由内、外机器人之间相互产生的磁力实现动力供给，因此内机器人无需能源输送线缆，无需考虑内机器人的运动距离和线缆缠绕问题，可在长距离、空间可达性差的薄板内部自由行走。

此外，工作时内机器人在薄板内部，外机器人在薄板外部，内机器人通过外机器人的控制来改变其各部件的运动状态，采用随动的方式实现内机器人的越障爬行，与传统的爬行机器人相比，具有不可比拟的优势。