[发明专利]一种具有变曲率自适应能力的爬壁机器人

说明书

本发明涉及一种具有变曲率自适应能力的爬壁机器人，其技术特点是：包括机架、一对履带行走模块和电机模块，机架包括主体梁和一对连接关节，一对连接关节安装在主体梁两端，一对履带行走模块与一对连接关节的外侧，每个履带行走模块相对于主体梁有两个互为垂直的转动自由度，两个电机模块分别安装在履带行走模块上并为履带行走模块提供行走动力。本发明采用将履带行走模块对称安装在主体梁两侧，并具有三个转动自由度，使得爬壁机器人的永磁吸附板可以根据所行走的导磁壁面状况自动调节其自身的姿态，且具有良好的负载能力，可广泛用于变曲率导磁壁面作业领域。

技术领域

本发明属于移动机器人技术领域，涉及磁吸附爬壁机器人，尤其是一种具有变曲率自适应能力的爬壁机器人。

背景技术

磁吸附爬壁机器人是一种用来在恶劣、危险、极限情况下，在导磁壁面上进行特定作业如检查、监测、焊接、打磨等的一种自动化机械装置。目前磁吸附爬壁机器人已在核工业、石化工业、建筑工业、消防部门、造船业等铁磁性结构的生产施工中得到了广泛的应用。

在实际应用中，有些导磁壁面是空间曲面，其表面形貌凹凸不平，曲率半经较小，且曲率变化范围较大。对于在这类表面运行的磁吸附爬壁机器人，其吸附装置和导磁壁面之间的气隙会发生变化，磁吸附力的大小与气隙距离的平方成反比，微小的气隙距离变化会造成吸附力的较大的变化，将严重地影响爬壁机器人的负载能力。另外，由于导磁壁面的凹凸不平，也会对爬壁机器人的运动性能产生影响，如壁面的凹凸不平可能会使行走支撑轮悬空，导致驱动失效。因此，对于在复杂的变曲率导磁壁面上运行的爬壁机器人，在要求其具有强负载能力、良好的运动灵活性的同时，还要对变曲率导磁壁面具有较好的自适应能力。对于爬壁机器人来说，保证爬壁机器人在工作负载下，能稳定地在变曲率导磁壁面上吸附爬行，不会发生诸如下滑、坠落等吸附失效，是爬壁机器人的首要要求、也是最基本的要求。

对于在复杂的变曲率导磁壁面上工作的爬壁机器人，其核心是要始终保证磁吸附力的恒定，这是前提，其次要保证行走支撑轮始终与导磁壁面接触。只有恒定的磁吸附力才能使爬壁履带行走模块与导磁壁面接触，只有履带通过行走支撑轮始终与导磁壁面接触并产生足够的压力，才能实现爬壁履带行走模块的行走。现有的爬壁机器人很难同时满足上述要求，不能很好地适应变曲率导磁壁面作业。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有变曲率自适应能力的爬壁机器人，其对变曲率导磁壁面具有强负载能力和良好的运动灵活性。

本发明解决现有的技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种具有变曲率自适应能力的爬壁机器人，包括机架、一对履带行走模块和电机模块，所述机架包括主体梁和一对连接关节，所述一对连接关节安装在主体梁两端，所述一对履带行走模块与一对连接关节的外侧，每个履带行走模块相对于主体梁有两个互为垂直的转动自由度，两个电机模块分别分别安装在履带行走模块上并为履带行走模块提供行走动力。

进一步，所述机架为轴状主体梁，所述轴状主体梁通过两端法兰与连接关节相连接，所述连接关节包括互为垂直的第一转轴和第二转轴，第二转轴绕第一转轴转动，所述履带行走模块连接在第二转轴的法兰上，且绕第二转轴转动。

进一步，所述主体梁与连接关节之间还安装有U型槽结构的万向轮主板，在U型槽两侧设有槽向长槽孔，在长槽孔上安装有万向轮。

进一步，所述履带行走模块包括主动轮、从动轮以及设置于主动轮、从动轮之间的一对摇摆支撑轮组件，所述主动轮、从动轮通过履带连接传动；在摇摆支撑轮组件上设置有与主动轮、从动轮轴线平行的摇摆轴，在摇摆轴上连接有永磁吸附板，在永磁吸附板的两端安装有一对与摇摆轴平行的行走支撑轮；所述永磁吸附板与一对行走支撑轮绕摇摆轴的轴线方向有一转动自由度。

进一步，所述履带行走模块还包括平行设置的内侧履带板和外侧履带板，所述主动轮、从动轮与一对摇摆支撑轮组件连接在内侧履带板与外侧履带板之间，所述内侧履带板连接在连接关节的第二转轴的法兰上。