專利名稱：球面移動(dòng)機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種機(jī)器人。特別是涉及一種球面移動(dòng)機(jī)器人。
背景技術(shù)：
隨著科技的發(fā)展，采用爬壁機(jī)器人替代人工進(jìn)行各種危險(xiǎn)作業(yè)已成為一種趨勢。但目前所報(bào)道的爬壁機(jī)器人絕大部分只能適用于平壁面，對球形壁面的適應(yīng)性較差。盡管在科研人員的努力下，相繼開發(fā)出了一些能在球面上作業(yè)的機(jī)器人，但其適用的范圍仍然受到行走方式的制約。如日本東京煤氣公司開發(fā)的球罐檢測機(jī)器人(Inspection robot of spherical gas storage tanks《Journal ofthe Japan Society of Precision》1990，56(2)，287～289，通過與球面曲率相等的弧形軌道實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在球面上的移動(dòng)功能，只能適用于單一半徑的球體，且增加了機(jī)器人的自重。又如哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人研究所開發(fā)的爬壁機(jī)器人，采用雙履帶移動(dòng)機(jī)構(gòu)和永磁吸附。只能在導(dǎo)磁性材質(zhì)的壁面上作業(yè)，且越障能力差。同樣，盡管日本大阪煤氣公司開發(fā)的球形儲(chǔ)氣罐檢修機(jī)器人，雙履帶移動(dòng)機(jī)構(gòu)改變?yōu)檩喪津?qū)動(dòng)，但仍然存在上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型就是要解決球面移動(dòng)機(jī)器人適用范圍受到球體材質(zhì)、球體曲率等制約的問題，提供一種具有良好球面適應(yīng)性的機(jī)器人。這種球面移動(dòng)機(jī)器人可適用于不同的材質(zhì)和曲率半徑，且具有跨越球面上障礙物的能力。
本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為由移動(dòng)裝置和吸附機(jī)構(gòu)組成的球面移動(dòng)機(jī)器人，移動(dòng)裝置包括機(jī)體和六個(gè)能進(jìn)行水平、垂直移動(dòng)的自解耦縮放機(jī)構(gòu)。六個(gè)縮放機(jī)構(gòu)構(gòu)成三對組合，對稱地設(shè)置在機(jī)體上，真空吸附機(jī)構(gòu)位于每個(gè)縮放機(jī)構(gòu)的下方。工作時(shí)，只需將縮放機(jī)構(gòu)呈對稱分布地放置在作業(yè)的球體上，設(shè)置在縮放機(jī)構(gòu)下方的真空吸附機(jī)構(gòu)就會(huì)穩(wěn)穩(wěn)地吸附在球體上，不受材質(zhì)的影響。由于六個(gè)縮放機(jī)構(gòu)都能獨(dú)立地進(jìn)行水平、垂直方向的移動(dòng)，具有12個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度。只要適當(dāng)組合六個(gè)縮放機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，即可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在球形壁面上的靈活移動(dòng)，且跨越障礙的能力明顯提高。如果在機(jī)體上再設(shè)置回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，就可將運(yùn)動(dòng)自由度提高到18個(gè)，可進(jìn)一步提高球面移動(dòng)機(jī)器人的作業(yè)靈活性。為了提高機(jī)器人在較小曲率半徑球體上作業(yè)的穩(wěn)定性，可將六個(gè)縮放機(jī)構(gòu)呈相向的雙品字設(shè)置。采用本技術(shù)方案制作的球面移動(dòng)機(jī)器人，可以在2米以上曲率半徑的球體上完成噴涂、焊接和檢測工作。


附圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖2為本實(shí)用新型回轉(zhuǎn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖3為本實(shí)用新型縮放機(jī)構(gòu)的安置示意圖。
具體實(shí)施方式
下面，對照附圖詳細(xì)說明本實(shí)用新型。
實(shí)施例一一種適用于在球形壁面上作業(yè)的球面移動(dòng)機(jī)器人，由機(jī)體14、真空吸附機(jī)構(gòu)和六個(gè)能進(jìn)行水平、垂直移動(dòng)的自解耦縮放機(jī)構(gòu)15組成。六個(gè)縮放機(jī)構(gòu)15構(gòu)成三對組合，對稱地設(shè)置在機(jī)體上，真空吸附機(jī)構(gòu)位于每個(gè)縮放機(jī)構(gòu)15的下方，以便在作業(yè)時(shí)穩(wěn)穩(wěn)地吸附在球體上。由于縮放機(jī)構(gòu)15采用了自解耦設(shè)計(jì)，因此能夠獨(dú)立地進(jìn)行水平、垂直方向的移動(dòng)，具有12個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度。只要適當(dāng)組合六個(gè)縮放機(jī)構(gòu)15的運(yùn)動(dòng)，即可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在2米以上曲率半徑的球形壁面上的靈活移動(dòng)，且具有較好的越障能力。
實(shí)施例二一種適用于2～5米曲率半徑球形壁面上作業(yè)的球面移動(dòng)機(jī)器人，由移動(dòng)裝置和真空吸附機(jī)構(gòu)組成。機(jī)體14上設(shè)置六個(gè)能自解耦縮放機(jī)構(gòu)15，構(gòu)成三對組合，對稱地設(shè)置在機(jī)體上。適當(dāng)組合六個(gè)縮放機(jī)構(gòu)15的運(yùn)動(dòng)，即可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在球形壁面上的前進(jìn)、后退、左移和右移。自解耦縮放機(jī)構(gòu)15包括行走機(jī)構(gòu)3、水平伸縮氣缸1和垂直伸縮氣缸2。行走機(jī)構(gòu)3呈平行四邊形結(jié)構(gòu)，由行走足7、連接板5、上連桿4和下連桿6構(gòu)成。連接板5和下連桿6與氣缸1相鉸接。當(dāng)氣缸1作伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)下連桿6、行走足7相應(yīng)移動(dòng)，使足端8實(shí)現(xiàn)水平移動(dòng)。上連桿4的兩端分別與垂直伸縮氣缸2和行走足7鉸接，隨著氣缸2的上下運(yùn)動(dòng)，行走機(jī)構(gòu)3的平行四邊形產(chǎn)生變形，從而實(shí)現(xiàn)足端8的垂直運(yùn)動(dòng)，從而具有較好的越障能力。在一般作業(yè)情況下，至少有三個(gè)行走足7通過球鉸9設(shè)置在足端8下端的真空吸盤10，穩(wěn)穩(wěn)地吸附在球體上，而另外三個(gè)行走足則可根據(jù)需求移動(dòng)，對球形壁面進(jìn)行檢測、噴涂等作業(yè)。
實(shí)施例三一種對球罐表面進(jìn)行焊接的球面移動(dòng)機(jī)器人，采用長方形框架結(jié)構(gòu)的機(jī)體14上設(shè)置了控制系統(tǒng)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。為減輕自重，可采用鋁型材制作各連接桿件，機(jī)器人攜帶的焊接設(shè)備不擬超過27Kg。回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由回轉(zhuǎn)氣缸11、四連桿機(jī)構(gòu)12和回轉(zhuǎn)軸13組成，回轉(zhuǎn)軸13的兩端分別與機(jī)體14的上下框架轉(zhuǎn)動(dòng)連接，縮放機(jī)構(gòu)15固定在回轉(zhuǎn)軸13上，四連桿機(jī)構(gòu)12分別與回轉(zhuǎn)氣缸11和回轉(zhuǎn)軸13相連接。自解耦縮放機(jī)構(gòu)15構(gòu)成三對組合，呈相向的雙品字設(shè)置，中間組合的安置間距大于兩端組合的安置間距，三對組合之間的安置距離相等。行走機(jī)構(gòu)3呈平行四邊形結(jié)構(gòu)，由行走足7、連接板5、上連桿4和下連桿6構(gòu)成。上連桿4的兩端分別與垂直伸縮氣缸2和行走足7鉸接，下連桿6的兩端分別與氣缸1和行走足7鉸接。為保證水平、垂直方向運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立性，上連桿4與行走足7等長，從上連桿4與垂直伸縮氣缸2鉸接處至連接板5鉸接處的距離，與連接板5等長。真空吸盤10設(shè)置在足端8的下端，采用球鉸9連接，以便確保真空吸盤10的軸線始終處于作業(yè)面的法線方向，真空吸盤10的中間還可配備接觸傳感器。當(dāng)真空吸盤10與作業(yè)面處于良好的貼合狀態(tài)，且達(dá)到規(guī)定的真空度時(shí)，傳感器向控制系統(tǒng)發(fā)出信號。通過遙控方式操縱球面移動(dòng)機(jī)器人，使六個(gè)縮放機(jī)構(gòu)15按照所需的焊接軌跡，各自展開、吸附、前進(jìn)、后退、平移、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，遇到障礙時(shí)還可進(jìn)行垂直移動(dòng)，實(shí)施焊接。當(dāng)垂直氣缸2的伸縮行程為100mm時(shí)，足端8可跨越340mm高度的條形障礙物。
權(quán)利要求1.一種由移動(dòng)裝置、吸附機(jī)構(gòu)組成的球面移動(dòng)機(jī)器人，其特征在于所述的移動(dòng)裝置包括機(jī)體(14)和六個(gè)能進(jìn)行水平、垂直移動(dòng)的自解耦縮放機(jī)構(gòu)(15)，六個(gè)縮放機(jī)構(gòu)(15)構(gòu)成三對組合，對稱地設(shè)置在機(jī)體(14)上，真空吸附機(jī)構(gòu)位于每個(gè)縮放機(jī)構(gòu)(15)的下方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球面移動(dòng)機(jī)器人，其特征在于所述的縮放機(jī)構(gòu)(15)包括行走機(jī)構(gòu)(3)和一對分別控制水平、垂直移動(dòng)的自解耦驅(qū)動(dòng)裝置組成，行走機(jī)構(gòu)(3)呈平行四邊形結(jié)構(gòu)，由行走足(7)、連接板(5)、上連桿(4)和下連桿(6)構(gòu)成，上連桿(4)和下連桿(6)的一端分別與一對自解耦驅(qū)動(dòng)裝置相連接，另一端固定在行走足(7)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的球面移動(dòng)機(jī)器人，其特征在于所述自解耦驅(qū)動(dòng)裝置的動(dòng)力源為氣源。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的球面移動(dòng)機(jī)器人，其特征在于所述的機(jī)體(14)采用長方形的框架結(jié)構(gòu)，機(jī)體(14)上設(shè)有由驅(qū)動(dòng)裝置、四連桿機(jī)構(gòu)(12)和回轉(zhuǎn)軸(13)組成的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，回轉(zhuǎn)軸(13)的兩端分別與機(jī)體(14)的上下框架轉(zhuǎn)動(dòng)連接，縮放機(jī)構(gòu)(15)固定在回轉(zhuǎn)軸(13)上，四連桿機(jī)構(gòu)(12)分別與驅(qū)動(dòng)裝置和回轉(zhuǎn)軸(13)相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的球面移動(dòng)機(jī)器人，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)裝置(11)的動(dòng)力源為氣源。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的球面移動(dòng)機(jī)器人，其特征在于所述的吸附機(jī)構(gòu)為真空吸盤(10)，通過球鉸(9)與行走足(7)相連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的球面移動(dòng)機(jī)器人，其特征在于所述的六個(gè)縮放機(jī)構(gòu)(15)呈相向的雙品字設(shè)置，中間組合的安置間距大于兩端組合的安置間距，三對組合之間的安置距離相等。
專利摘要本實(shí)用新型的揭示了一種球面移動(dòng)機(jī)器人,由真空吸附機(jī)構(gòu)、機(jī)體和六個(gè)能進(jìn)行水平、垂直移動(dòng)的自解耦縮放機(jī)構(gòu)組成。六個(gè)縮放機(jī)構(gòu)構(gòu)成三對組合,對稱地設(shè)置在機(jī)體上,真空吸附機(jī)構(gòu)位于每個(gè)縮放機(jī)構(gòu)的下方。當(dāng)縮放機(jī)構(gòu)呈對稱分布地放置在作業(yè)的球體上時(shí),設(shè)置在縮放機(jī)構(gòu)下方的真空吸附機(jī)構(gòu)就會(huì)穩(wěn)穩(wěn)地吸附在球體上,不受材質(zhì)的任何影響。機(jī)體上還設(shè)有回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu),從而六個(gè)縮放機(jī)構(gòu)就具有18個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度。因此,只要適當(dāng)組合六個(gè)縮放機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng),即可在2米以上曲率半徑的球形壁面上的靈活移動(dòng),且跨越障礙的能力明顯提高。本實(shí)用新型的球面移動(dòng)機(jī)器人適宜完成噴涂、焊接和檢測工作。
文檔編號B25J11/00GK2493372SQ0125351
公開日2002年5月29日 申請日期2001年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月6日
發(fā)明者談士力, 張海洪, 蘇建良, 王永貞, 王建成 申請人:上海大學(xué)