一種類輪式爬壁越障機器人的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種類輪式爬壁越障機器人，包括機體，在機體的尾端設有平衡裝置，機體包括前后依次串接的至少2個機體分部，相鄰的兩個機體分部之間通過轉動副連接，轉動副的軸線與機體的上表面平行；在每個機體分部的左右兩側設有對稱布置的類輪結構，每個類輪結構均安裝在一驅動軸上，驅動軸安裝在對應的機體分部上；類輪結構設有套裝在對應驅動軸上的輪軸座和周向均布固定在輪軸座上的3～5個輪輻，輪輻采用弧形曲面結構，且在弧形曲面結構的外側設有吸附結構，吸附結構與墻面的接觸面積大于輪輻與吸附結構的接觸面積，相鄰的兩個輪輻之間設有跨距。本發(fā)明運動速度快、越障能力強、接觸面積大、吸附性能強。
【專利說明】一種類輪式爬壁越障機器人
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及機器人領域，具體是一種類輪式爬壁越障機器人。
【背景技術】
[0002]爬壁機器人作為極限作業(yè)機器人的一類，具有垂直壁面上移動與吸附兩大功能，可代替人工進行核工程、消防工程等大型設備維護，高層建筑清潔，懸崖峭壁攀越等危險極限環(huán)境作業(yè)，應用前景廣泛。目前，爬壁式機器人移動結構主要有足式、履帶式、輪式三類，采用的吸附結構主要有真空吸附式和磁吸附式。
[0003]足式爬壁機器人是爬壁機器人中最為常見的一種形式，通常在其足部安裝真空吸盤，具有運動平穩(wěn)、吸附能力強、越障性能好等優(yōu)點，但此類爬壁機器人功耗大、爬行速度較慢且控制系統(tǒng)較復雜。如申請?zhí)枮?00710075780.6名稱為“一種爬墻多功能機器人”的發(fā)明專利，含有12條機械腿，該機器人可平穩(wěn)運動于具有拼接縫隙的墻面，通過實時監(jiān)測機械腿末端真空吸盤的負壓狀態(tài)，保證其吸附可靠性，然而該實時監(jiān)測結構能耗較大，影響爬行效率。
[0004]履帶式爬壁機器人一般在履帶上安裝真空吸盤或磁吸附結構。與足式爬壁機器人相比，履帶式爬壁機器人運動速度較快，控制系統(tǒng)較簡單但機動性能較差，越障能力較弱。如申請?zhí)枮?01210299725.6名稱為“一種履帶式多吸盤的爬壁機器人”的發(fā)明專利，采用單條履帶式結構，履帶上安裝多個獨立常閉式真空吸盤，可增強履帶吸附能力、降低能耗、提高爬墻速度，然而該發(fā)明只能運動于較平坦的墻面且轉彎性能較差。輪式爬壁機器人機動性能好，運動速度快，越障能力較強但車輪與壁面接觸面積小，墻面吸附能力較差，可與其他類型結合形成復合式結構實現(xiàn)爬壁越障功能。如申請?zhí)枮?01010553115.5名稱為“輪足式爬壁爬壁機器人機構”的發(fā)明專利，結合了輪式移動機構與足式移動機構的優(yōu)點，移動速度快，越障性能好，足部結構安裝真空吸盤，吸附能力強，但此類復合結構組成復雜，控制難度較大。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有爬壁機器人在垂直壁面作業(yè)時移動速度與吸附能力存在的問題，結合輪式爬壁機器人的優(yōu)勢，提出一種運動速度快、越障能力強、接觸面積大以及吸附性能好的類輪式爬壁越障機器人。
[0006]本發(fā)明為解決公知技術中存在的技術問題所采取的技術方案是:一種類輪式爬壁越障機器人，包括機體，在所述機體的尾端設有平衡裝置，所述機體包括前后依次串接的至少2個機體分部，相鄰的兩個所述機體分部之間通過轉動副連接，所述轉動副的軸線與所述機體的上表面平行；
[0007]在每個所述機體分部的左右兩側設有對稱布置的類輪結構，每個所述類輪結構均安裝在一驅動軸上，所述驅動軸安裝在對應的所述機體分部上；所述類輪結構設有套裝在對應所述驅動軸上的輪軸座和周向均布固定在所述輪軸座上的3?5個輪輻，所述輪輻采用弧形曲面結構，且在所述弧形曲面結構的外側設有吸附結構，所述吸附結構與墻面的接觸面積大于所述輪輻與所述吸附結構的接觸面積，相鄰的兩個所述輪輻之間設有跨距。
[0008]在所述弧形曲面結構的內部設有加強筋板。
[0009]本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是:
[0010]I)移動速度快；類輪結構的輪輻可如正常車輪一般靈活快速實現(xiàn)垂直壁面內的直線移動與轉彎功能。
[0011]2)越障能力強；輪輻間存在跨距，可爬越正常車輪無法跨越的障礙物，復雜墻面適應性好。
[0012]3)吸附面積大；輪輻呈弧形曲面結構且吸附結構面積較大，與墻面接觸面積大，吸附性能好。
[0013]4)結構簡單，機動性好；機體結構通過轉動副轉動相連，可實現(xiàn)垂直墻面向水平墻面跨越。
[0014]綜上，本發(fā)明運動速度快、越障能力強、接觸面積大、吸附性能強。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的一種類輪式爬壁越障機器人的整體結構圖；
[0016]圖2是本發(fā)明的第一種類輪結構示意圖；
[0017]圖3是本發(fā)明的第二種類輪結構示意圖；
[0018]圖4是本發(fā)明的第三種類輪結構示意圖。
[0019]圖中:101-第一機體分部、102-第二機體分部、103-第三機體分部、104-平衡裝置、105-第一轉動副、106-第二轉動副、201-第一類輪結構、202-第二類輪結構、203-第三類輪結構、204-第四類輪結構、205-第五類輪結構、206-第六類輪結構、207-輪軸座、208-輪輻、209-吸附結構。
【具體實施方式】
[0020]為能進一步了解本發(fā)明的
【發(fā)明內容】
、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下:
[0021]請參閱圖1?圖2，本發(fā)明的一種類輪式爬壁越障機器人，具有對稱結構，包括機體，在機體的尾端設有平衡裝置104，機體包括前后依次串接的至少2個機體分部，相鄰的兩個機體分部之間通過轉動副連接，轉動副的軸線與機體的上表面平行；在每個機體分部的左右兩側設有對稱布置的類輪結構，每個類輪結構均安裝在一驅動軸上，驅動軸安裝在對應的機體分部上；類輪結構設有套裝在對應驅動軸上的輪軸座207和周向均布固定在輪軸座207上的3?5個輪輻208，輪輻208采用弧形曲面結構，且在弧形曲面結構的外側設有吸附結構209，吸附結構209與墻面的接觸面積大于輪輻208與吸附結構209的接觸面積，相鄰的兩個輪輻208之間設有跨距。
[0022]下面結合每一幅圖對本發(fā)明的實施例做進一步說明:
[0023]請參閱圖1?圖4，一種類輪式爬壁越障機器人，采用左右對稱結構，包括機體和類輪結構，在機體的尾端設有平衡裝置104。機體I包括第一機體分部101、第二機體分部102和第三機體分部103、第一轉動副105和第二轉動副106。第一機體分部101頭部安裝有空間三轉動攝像頭，用于地形探測與環(huán)境安全偵測。第一機體分部101與第二機體分部102通過第一轉動副105轉動連接，第二機體分部102與第三機體分部103通過第二轉動副106轉動連接，第三機體分部103的尾部與平衡裝置104的一端連接，平衡裝置104的另一端與垂直墻面接觸，平衡裝置是用于平衡機體的結構，使機器人在墻面上的爬行運動平穩(wěn)。平衡裝置104為可拆卸結構。第一轉動副105和第二轉動副106的軸線均與機體I的上表面垂直。
[0024]如圖1所示，類輪結構有6個，分別為:第一類輪結構201、第二類輪結構202、第三類輪結構203、第四類輪結構204、第五類輪結構205和第六類輪結構206。第一類輪結構201和第四類輪結構204對稱安裝于第一機體分部101兩側,第二類輪結構202和第五類輪結構205對稱安裝于第二機體分部102兩側，第三類輪結構203和第六類輪結構206對稱安裝于第三機體分部103兩側。
[0025]第一類輪結構201、第二類輪結構202、第三類輪結構203、第四類輪結構204、第五類輪結構205和第六類輪結構206具有相同的結構尺寸。如圖2所示，類輪結構均包括輪軸座207、輪輻208和吸附結構209。輪軸座207可在驅動裝置的驅動下相對于第一機體分部101、第二機體分部102、第三機體分部103轉動，在輪軸座207的外圓面上周向對稱地安裝三至五個輪輻208，輪輻208呈弧形曲面結構，如圖3和圖4所示，輪輻208可以在其弧形曲面結構的內部設有加強筋板，加強筋板可以是如圖3所示的弧形板，也可以是如圖4所示的直板。在輪輻208的弧形曲面結構的外側面上安裝有吸附結構209，吸附結構209可拆卸，根據(jù)垂直墻面的不同情況可采用真空吸盤結構，也可采用磁吸附結構。吸附結構209與墻面的接觸面積大于輪輻208與吸附結構209的接觸面積，以增強吸附的穩(wěn)定性。
[0026]上述類輪式爬壁越障機器人可快速靈活移動于凹凸不平或有拼接縫隙垂直墻面，對不同摩擦系數(shù)的墻面適應度高，且可攀越帶有水平墻面的直角形墻體結構，具有移動速度快和越障能力強等優(yōu)勢。
[0027]若墻面凹凸不平或有拼接縫隙，由于類輪結構的輪輻208呈弧形曲面結構，在輪軸座207的帶動下，類輪結構可與正常輪式裝置一般滾動前進于崎嶇墻面。輪輻208存在跨距，類輪結構還可跨越正常輪式裝置無法攀越的障礙。調節(jié)六個類輪結構的速度，可實現(xiàn)與正常輪式裝置一致的差動轉彎功能。六個類輪結構均包括三至五個輪輻208，調節(jié)六個類輪結構的輪輻208的相位，保證行進過程中至少有三個不同側的類輪結構的吸附結構209吸附墻面，可保證爬壁越障機器人墻面運動的穩(wěn)定性，這種情況下可卸除平衡裝置104。若采用四個類輪結構的類輪式爬行裝置，平衡裝置104則不可拆卸。
[0028]類輪結構的吸附結構209可拆卸，可對應不同摩擦系數(shù)墻面安裝對應真空吸盤結構或磁吸附結構。且吸附結構209曲面面積大于輪輻208曲面面積，吸附面積大，吸附能力強。
[0029]若墻體為帶有水平墻面的直角形結構，第一轉動副105、第二轉動副106的旋轉帶動第一機體分部101、第二機體分部102和第三機體分部103產生沿墻面的彎折，進而跨越該直角形墻體。
[0030]值得注意的是，本發(fā)明的爬壁越障機器人的描述僅僅是示意性的，不同數(shù)目的的機體分部、每個機體分部上不同數(shù)目的類輪結構、轉動副的不同設置方式和類輪結構弧形輪輻的不同設計形式等均可實現(xiàn)相同的運動功能，所以本發(fā)明的實施方式并不局限于上述的【具體實施方式】。如果本領域的普通技術人員受其啟示，在不脫離本發(fā)明宗旨和權利要求所保護范圍的情況下，做出其他變化或變型，均屬于本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種類輪式爬壁越障機器人，包括機體，其特征在于，在所述機體的尾端設有平衡裝置，所述機體包括前后依次串接的至少2個機體分部，相鄰的兩個所述機體分部之間通過轉動副連接，所述轉動副的軸線與所述機體的上表面平行； 在每個所述機體分部的左右兩側設有對稱布置的類輪結構，每個所述類輪結構均安裝在一驅動軸上，所述驅動軸安裝在對應的所述機體分部上；所述類輪結構設有套裝在對應所述驅動軸上的輪軸座和周向均布固定在所述輪軸座上的3?5個輪輻，所述輪輻采用弧形曲面結構，且在所述弧形曲面結構的外側設有吸附結構，所述吸附結構與墻面的接觸面積大于所述輪輻與所述吸附結構的接觸面積，相鄰的兩個所述輪輻之間設有跨距。
2.根據(jù)權利要求1所述的類輪式爬壁越障機器人，其特征在于，在所述弧形曲面結構的內部設有加強筋板。
【文檔編號】B62D57/024GK103523110SQ201310513177
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月25日 優(yōu)先權日:2013年10月25日
【發(fā)明者】孫濤, 宋軼民, 連賓賓, 高 浩, 梁棟 申請人:天津大學