本發(fā)明涉及機(jī)器人，特別地，涉及一種曲面自適應(yīng)磁輪組件。此外，本發(fā)明還涉及一種包括上述曲面自適應(yīng)磁輪組件的爬壁機(jī)器人。

背景技術(shù)：

1、目前，大型船舶、石油儲(chǔ)罐和海上風(fēng)電塔等設(shè)備的表面清理維護(hù)工作，在采用人工作業(yè)方式完成時(shí)，存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、作業(yè)效率低和安全風(fēng)險(xiǎn)高的問(wèn)題，因而，通常會(huì)使用爬壁機(jī)器人來(lái)代替人工在作業(yè)面完成表面吸附、行走和特種作業(yè)等功能，從而大大提高作業(yè)效率和降低安全風(fēng)險(xiǎn)。

2、爬壁機(jī)器人的吸附方式有負(fù)壓吸附和磁吸附兩種，其中，負(fù)壓吸附通過(guò)風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)將負(fù)壓吸盤(pán)內(nèi)空氣抽出產(chǎn)生負(fù)壓而吸附于壁面，不受壁面材料的限制，但存在風(fēng)機(jī)噪音大、體積大的缺點(diǎn)；磁吸附雖然會(huì)受到壁面材料的限制，但對(duì)于大型船舶、石油儲(chǔ)罐等導(dǎo)磁壁面而言，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性高、無(wú)需提供氣源、堅(jiān)固耐用，因而得到了廣泛應(yīng)用。

3、磁吸附模塊為爬壁機(jī)器人的核心部件，現(xiàn)有的磁吸附模塊有底盤(pán)磁吸式、履帶式磁吸附和磁輪式三種形式，其中，底盤(pán)磁吸式將磁鐵安裝于爬壁機(jī)器人底盤(pán)下方，與所吸附壁面間存在一定間隙，因磁吸力受間隙影響易導(dǎo)致在曲面吸附時(shí)不穩(wěn)定；履帶式磁吸附底盤(pán)著地面積大、吸附力強(qiáng)，但轉(zhuǎn)彎難度較大；磁輪式的結(jié)構(gòu)小巧靈活并具有較大磁吸力，因而為爬壁機(jī)器人的主要形式的磁吸附模塊。

4、此外，但磁輪式爬壁機(jī)器人因間距較寬或底盤(pán)剛性約束，在曲面行走時(shí)無(wú)法保證磁輪與壁面切面完全貼合吸附，無(wú)法保證吸附可靠，為了提高爬壁機(jī)器人在曲面作業(yè)能力。

5、如中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)cn115743349a公開(kāi)了一種具有曲面自適應(yīng)能力的爬壁機(jī)器人，通過(guò)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)一和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)二分別通過(guò)鉸接組件與機(jī)器人主體鉸接，使驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)一和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)二分別繞其軸向方向發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)爬壁機(jī)器人本體的曲面自適應(yīng)功能，同時(shí)，鉸鏈側(cè)板一具有轉(zhuǎn)動(dòng)角度限制組件，用于限制驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)一和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)二的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，以避免轉(zhuǎn)動(dòng)角度過(guò)大驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)一和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)二脫離壁面，極大程度提高了爬壁機(jī)器人本體作業(yè)的穩(wěn)定性和安全性。而且，通過(guò)主動(dòng)錐齒輪和從動(dòng)錐齒輪的配合將電機(jī)輸出的豎直方向的動(dòng)力向水平方向傳遞至驅(qū)動(dòng)磁輪一和驅(qū)動(dòng)磁輪二，使爬壁機(jī)器人本體的結(jié)構(gòu)緊湊，設(shè)計(jì)合理，具有強(qiáng)負(fù)載能力和良好的運(yùn)動(dòng)靈活性，對(duì)在曲率較大的油氣輸送管道、圓錐形變曲率風(fēng)電塔筒、不規(guī)則變曲率的船舶前端等壁面以及變曲率導(dǎo)磁壁面具有良好的自適應(yīng)能力。

6、如中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)cn112744309a公開(kāi)了一種多運(yùn)動(dòng)模式三輪自適應(yīng)磁力爬壁機(jī)器人，依靠前后布置的三個(gè)永磁輪提供吸附力，實(shí)現(xiàn)在鐵導(dǎo)磁壁面上行走運(yùn)動(dòng)；三輪磁性爬壁機(jī)器人除了具備三個(gè)主驅(qū)動(dòng)輪，前驅(qū)轉(zhuǎn)向連接橋?yàn)閳A柱形套，前驅(qū)轉(zhuǎn)向連接橋內(nèi)部固定兩個(gè)間隔設(shè)置的軸承，傾擺鏈接橋同時(shí)穿入這兩個(gè)軸承的內(nèi)圈過(guò)盈連接，兩個(gè)軸承為機(jī)器人的前驅(qū)轉(zhuǎn)向模塊提供了一個(gè)被動(dòng)的傾擺旋轉(zhuǎn)自由度，實(shí)現(xiàn)前磁性輪在磁力的作用下時(shí)刻與行走曲面相切接觸，滑動(dòng)套表面設(shè)有呈90°分布的四條凸滑軌，后輪差速驅(qū)動(dòng)連接橋內(nèi)部設(shè)有四個(gè)凹滑槽，每條凸滑軌對(duì)應(yīng)滑動(dòng)連接于一個(gè)凹滑槽內(nèi)，使得后輪差速驅(qū)動(dòng)模塊根據(jù)鐵導(dǎo)磁壁面曲率變化相對(duì)于后輪差速驅(qū)動(dòng)連接橋有一個(gè)被動(dòng)調(diào)節(jié)自由度，最終實(shí)現(xiàn)后磁性輪在磁力的作用下時(shí)刻與行走曲面相切接觸，可較好地用于管外、管內(nèi)及不同曲率曲面壁面作業(yè)。

7、然而，在上述的爬壁機(jī)器人中，為了實(shí)現(xiàn)曲面自適應(yīng)，往往會(huì)對(duì)其連接磁輪的懸架結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，使得懸架結(jié)構(gòu)存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸大，導(dǎo)致爬壁機(jī)器人的靈活性差且可靠性低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種曲面自適應(yīng)磁輪組件及爬壁機(jī)器人，以解決現(xiàn)有的爬壁機(jī)器人，由于懸架結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸大，因而靈活性差和可靠性低的技術(shù)問(wèn)題。

2、根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種曲面自適應(yīng)磁輪組件，包括驅(qū)轉(zhuǎn)組件、與驅(qū)轉(zhuǎn)組件的輸出端連接的用于沿壁面轉(zhuǎn)動(dòng)行走的第一轉(zhuǎn)動(dòng)組件、第一端與第一轉(zhuǎn)動(dòng)組件連接的萬(wàn)向節(jié)、與萬(wàn)向節(jié)的第二端連接的用于磁吸貼附于壁面上并沿壁面轉(zhuǎn)動(dòng)行走的第二轉(zhuǎn)動(dòng)組件，以及與驅(qū)轉(zhuǎn)組件固定連接并分別布設(shè)于第二轉(zhuǎn)動(dòng)組件的徑向方向的相對(duì)兩端上的限位組件，限位組件用于對(duì)第二轉(zhuǎn)動(dòng)組件相對(duì)于第一轉(zhuǎn)動(dòng)組件的徑向擺動(dòng)方向進(jìn)行限位，以使第二轉(zhuǎn)動(dòng)組件僅相對(duì)于第一轉(zhuǎn)動(dòng)組件朝向壁面徑向擺動(dòng)。

3、作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)：

4、進(jìn)一步地，第一轉(zhuǎn)動(dòng)組件包括與驅(qū)轉(zhuǎn)組件的輸出端連接并與萬(wàn)向節(jié)的第一端連接的法蘭軸以及固定套設(shè)于法蘭軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)輪一。

5、進(jìn)一步地，限位組件包括與驅(qū)轉(zhuǎn)組件的固定端連接并套設(shè)于法蘭軸外的安裝主體、與安裝主體連接并套設(shè)于轉(zhuǎn)動(dòng)輪一外的扇形罩殼，以及兩個(gè)分別布設(shè)于扇形罩殼的相對(duì)兩端并分別與第二轉(zhuǎn)動(dòng)組件的徑向兩側(cè)連接的用于對(duì)第二轉(zhuǎn)動(dòng)組件進(jìn)行徑向抵接限位的限位件。

6、進(jìn)一步地，安裝主體包括套設(shè)于法蘭軸外并分別與驅(qū)轉(zhuǎn)組件的固定端和扇形罩殼連接的環(huán)形安裝板、布設(shè)于環(huán)形安裝板和法蘭軸之間的軸承一、固定套設(shè)于法蘭軸上的固定環(huán)以及固定套設(shè)于法蘭軸上的擋板，軸承一的內(nèi)圈的軸向兩側(cè)分別與法蘭軸的外側(cè)臺(tái)階面和固定環(huán)軸向抵接，軸承一的外圈的軸向兩側(cè)分別與環(huán)形安裝板的內(nèi)側(cè)臺(tái)階面和擋板軸向抵接。

7、進(jìn)一步地，第二轉(zhuǎn)動(dòng)組件包括與萬(wàn)向節(jié)的第二端連接的安裝軸、固定套設(shè)于安裝軸上的套筒環(huán)軸、套設(shè)于套筒環(huán)軸上且徑向兩側(cè)分別與兩個(gè)限位件連接的配合件、固定套設(shè)于套筒環(huán)軸上并靠近第一轉(zhuǎn)動(dòng)組件布設(shè)的磁吸輪以及固定套設(shè)于套筒環(huán)軸上并對(duì)磁吸輪進(jìn)行軸向限位的轉(zhuǎn)動(dòng)輪二。

8、進(jìn)一步地，配合件包括套設(shè)于套筒環(huán)軸上的軸承二、套設(shè)于套筒環(huán)軸上的卡箍以及分別與軸承二的外圈和限位件連接的軸承套，軸承二的內(nèi)圈的軸向兩側(cè)分別與套筒環(huán)軸的臺(tái)階面和卡箍軸向抵接。

9、進(jìn)一步地，限位件包括布設(shè)于扇形罩殼上的安裝部、開(kāi)設(shè)于安裝部上的安裝孔、穿設(shè)于安裝孔并與軸承套連接的限位螺絲以及套設(shè)于限位螺絲外并位于安裝部和軸承套之間的導(dǎo)向襯套。

10、進(jìn)一步地，磁吸輪包括固定套設(shè)于套筒環(huán)軸上并與套筒環(huán)軸的臺(tái)階面軸向抵接的第一軛鐵、固定套設(shè)于套筒環(huán)軸上并與轉(zhuǎn)動(dòng)輪二軸向抵接的第二軛鐵、固定套設(shè)于套筒環(huán)軸上并布設(shè)于第一軛鐵和第二軛鐵之間的環(huán)形磁鐵以及固定套設(shè)于環(huán)形磁鐵上并布設(shè)于第一軛鐵和第二軛鐵之間的磁鐵罩殼。

11、進(jìn)一步地，轉(zhuǎn)動(dòng)輪一的外徑和轉(zhuǎn)動(dòng)輪二的外徑相同，磁吸輪的外徑小于或者等于轉(zhuǎn)動(dòng)輪二的外徑。

12、根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種爬壁機(jī)器人，其包括上述的曲面自適應(yīng)磁輪組件。

13、本發(fā)明具有以下有益效果：

14、本發(fā)明的曲面自適應(yīng)磁輪組件，作為爬壁機(jī)器人的磁吸附模塊，在平面移動(dòng)時(shí)，驅(qū)轉(zhuǎn)組件、第一轉(zhuǎn)動(dòng)組件、萬(wàn)向節(jié)和第二轉(zhuǎn)動(dòng)組件的軸線重合，第二轉(zhuǎn)動(dòng)組件磁吸貼附于壁面上，通過(guò)驅(qū)轉(zhuǎn)組件工作，以依次帶動(dòng)第一轉(zhuǎn)動(dòng)組件、萬(wàn)向節(jié)和第二轉(zhuǎn)動(dòng)組件同步轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而沿平面轉(zhuǎn)動(dòng)行走，從而進(jìn)行清理維護(hù)工作；在曲面移動(dòng)時(shí)，通過(guò)限位組件對(duì)第二轉(zhuǎn)動(dòng)組件相對(duì)于第一轉(zhuǎn)動(dòng)組件的徑向擺動(dòng)方向進(jìn)行限位，實(shí)現(xiàn)將萬(wàn)向節(jié)的兩自由度約束為單自由度，此時(shí)，驅(qū)轉(zhuǎn)組件、第一轉(zhuǎn)動(dòng)組件、萬(wàn)向節(jié)和第二轉(zhuǎn)動(dòng)組件的軸線不重合，第二轉(zhuǎn)動(dòng)組件在磁吸力作用下，相對(duì)于第一轉(zhuǎn)動(dòng)組件朝向曲面徑向擺動(dòng)，直至與曲面相切以完全貼合并垂直吸附，且在遇到障礙物時(shí)，還可通過(guò)第二轉(zhuǎn)動(dòng)組件抬起避障，以提高復(fù)雜環(huán)境內(nèi)的適應(yīng)能力，通過(guò)驅(qū)轉(zhuǎn)組件工作，以依次帶動(dòng)第一轉(zhuǎn)動(dòng)組件、萬(wàn)向節(jié)和第二轉(zhuǎn)動(dòng)組件同步轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而沿曲面轉(zhuǎn)動(dòng)行走，從而進(jìn)行清理維護(hù)工作；本方案通過(guò)驅(qū)轉(zhuǎn)組件、第一轉(zhuǎn)動(dòng)組件、萬(wàn)向節(jié)和第二轉(zhuǎn)動(dòng)組件和限位組件協(xié)同配合，實(shí)現(xiàn)了自適應(yīng)貼合壁面行走，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，采用該曲面自適應(yīng)磁輪組件的爬壁機(jī)器人無(wú)需再采用復(fù)雜且尺寸大的懸架結(jié)構(gòu)，即可自適應(yīng)完全貼合各類(lèi)復(fù)雜壁面，大大提高了爬壁機(jī)器人的靈活性和可靠性，實(shí)用性強(qiáng)，適于廣泛推廣和應(yīng)用。

15、除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)之外，本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。下面將參照?qǐng)D，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。