專利名稱：一種變胞爬壁并聯(lián)機(jī)器人的制作方法
一種變胞爬壁并聯(lián)機(jī)器人
技術(shù)領(lǐng)域 本發(fā)明涉及一種機(jī)器人，特別是涉及一種能夠?qū)崿F(xiàn)爬壁功能的并聯(lián)機(jī)器人。
技術(shù)背景 爬壁機(jī)器人是一種可以在垂直墻壁上攀爬完成超出人極限的自動(dòng)化作業(yè)的機(jī)器人，近20年成為國內(nèi)外機(jī)器人領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和前沿。目前爬壁機(jī)器人已用于儲油罐探傷檢查、艦船噴漆、軍事偵查、高樓消防、清潔和噴涂、核設(shè)備檢查測厚等。中國專利(專利號CN101746429A)公開了一種六足仿生濕吸爬壁機(jī)器人，由軀干骨架、仿生肢節(jié)、電機(jī)、驅(qū)動(dòng)電路、預(yù)壓結(jié)構(gòu)、凸輪結(jié)構(gòu)和拉繩結(jié)構(gòu)組成，所有部件安裝在軀干骨架上。軀干骨架包括支架、橫梁，橫梁安裝在軀干支架凹槽中；仿生肢節(jié)包括底座、股節(jié)、脛節(jié)、彈簧鋼片、柔性結(jié)構(gòu)，股節(jié)、柔性結(jié)構(gòu)的一端與底座相連，一端與脛節(jié)相連，彈簧鋼片安裝在脛節(jié)上；驅(qū)動(dòng)電路對電機(jī)聯(lián)合控制，電機(jī)豎直安裝在電機(jī)槽中和橫臥安裝在橫梁上；預(yù)壓結(jié)構(gòu)包括肢節(jié)支架、股節(jié)延伸T型支架，通過彈簧連接；凸輪結(jié)構(gòu)包括凸輪、凸輪固定支架，凸輪的一端固定在電機(jī)軸上，一端與凸輪固定支架相連；拉繩結(jié)構(gòu)包括拉繩支架、拉繩、閘線，拉繩通過拉繩支架與仿生肢節(jié)相連。雖然上述爬壁類機(jī)器人有其優(yōu)點(diǎn)特色，但用于極端條件下大型設(shè)備、裝備及大工件表面缺陷現(xiàn)場修復(fù)和再制造一直是爬壁類機(jī)器人設(shè)計(jì)、研制和應(yīng)用中面臨的精度差、重量大以及操作麻煩等難題
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種用于極端條件下大型設(shè)備、裝備及大工件表面缺陷現(xiàn)場修復(fù)和再制造并且具有吸附能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)動(dòng)靈活度高、控制簡單、自重輕的具有爬壁與定位高精度、大載荷操作雙重功能的變胞爬壁并聯(lián)機(jī)器人。
一種變胞爬壁并聯(lián)機(jī)器人，其主要包括一個(gè)動(dòng)平臺、三個(gè)驅(qū)動(dòng)腿、三個(gè)牽引腿和激光修復(fù)槍，其中三個(gè)驅(qū)動(dòng)腿和三個(gè)牽引腿在動(dòng)平臺與磁性工件面之間相間呈圓周均布，動(dòng)平臺上均布三個(gè)支座，每個(gè)支座上設(shè)有一根軸，三個(gè)驅(qū)動(dòng)腿的套的上端分別通過與三個(gè)支座上的軸連接，從而實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)腿與動(dòng)平臺的轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，三個(gè)牽引腿的套B的上端分別與動(dòng)平臺通過球副連接，激光修復(fù)槍置于動(dòng)平臺和磁性工作面之間且激光修復(fù)槍始端與動(dòng)平臺中心固連。所述驅(qū)動(dòng)腿主要包括電機(jī)、軸承A、絲杠A、套A、絲母A、球副和永磁吸盤，其中套A是一端封閉的套筒，閉口端通過軸與支座相連，電機(jī)置于套A的閉口端內(nèi)部且電機(jī)的轉(zhuǎn)軸朝向套A的開口端，電機(jī)轉(zhuǎn)軸與絲杠A —端同軸相連,在絲杠A靠近電機(jī)轉(zhuǎn)軸的一端套有軸承A，軸承A外壁固定在套A的內(nèi)壁上。絲母A為兩端開口的、內(nèi)壁帶有螺紋的圓柱筒，絲母A —端與絲杠A通過螺紋連接，絲母A另外一端與永磁吸盤通過球副連接。絲母A外壁軸向設(shè)有凹槽，套A的開口端設(shè)有鍵，所述鍵置于套A的凹槽內(nèi)。上述三條驅(qū)動(dòng)腿的套A分別與一根復(fù)位彈簧A的一端相連，該三根復(fù)位彈簧的另一端又分別與三個(gè)支架的自由端相連，所述三個(gè)支架上端固定在動(dòng)平臺下表面上且三個(gè)支架的位置與三條驅(qū)動(dòng)腿相互對應(yīng)，所述復(fù)位彈簧A在自然長度的狀態(tài)下，復(fù)位彈簧A所連的驅(qū)動(dòng)腿垂直于動(dòng)平臺。所述牽引腿主要包括復(fù)位彈簧B、電機(jī)、位姿盤、軸承B、油缸、套B、絲母B、推筒、絲桿B、套筒、彈簧、球副和永磁吸盤，其中套B是一端封閉的套筒，套B的閉口端通過球副與動(dòng)平臺相連，在套B外套有油缸，所述油缸為兩個(gè)套筒接在一起的內(nèi)外兩個(gè)套筒，內(nèi)套筒在和外套同重疊的位置垂直于內(nèi)套筒的外表面設(shè)有阻尼擋板，所述內(nèi)套筒和阻尼擋板組成活塞筒，所述油缸套接在套B的外部，油缸朝向動(dòng)平臺一端設(shè)有固定在套B外的位姿盤，所述油缸的活塞筒朝向磁性工作面的一端封閉，所述活塞筒封閉端通過球副與永磁吸盤相連。復(fù)位彈簧B套接在套B的外部，一端與動(dòng)平臺相連，另外一端與位姿盤相連。電機(jī)置于套B內(nèi)部的閉口端且電機(jī)的轉(zhuǎn)軸朝向套B的開口端，電機(jī)轉(zhuǎn)軸與絲杠B—端同軸相連,在絲杠B靠近電機(jī)轉(zhuǎn)軸的一端套有軸承B，軸承B外壁固定在套B的內(nèi)壁上。絲母B為一端封閉的套筒，開口一端與絲杠B通過螺紋連接。絲母B外壁軸向設(shè)有凹槽，套B的開口端設(shè)有鍵，所述鍵置于套B的凹槽內(nèi)，彈簧一端與與絲母B封閉端相連，彈簧另外一端與油缸的活塞筒下端相連，導(dǎo)向套筒套在彈簧外且導(dǎo)向套筒一端固定在活塞筒下表面上，所述導(dǎo)向套筒的外徑不大于絲母B底面的直徑。
使用時(shí)，所有腿吸附工件后，電機(jī)使驅(qū)動(dòng)腿伸長，電機(jī)使?fàn)恳瓤s回和脫離工件；并聯(lián)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)腿伸長不同，使動(dòng)平臺及牽引腿相對工件向預(yù)定方向運(yùn)動(dòng)，并使復(fù)位彈簧蓄能，牽引腿電機(jī)反轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)絲母B通過套B上的鍵的作用沿其軸線向上移，絲母B通過彈簧牽引活塞筒，油缸內(nèi)部的油液通過活塞筒上的阻尼擋板對活塞筒產(chǎn)生阻尼，實(shí)現(xiàn)該腿柔性縮回；所有牽引腿伸長并吸附工件后，驅(qū)動(dòng)腿逐個(gè)縮回并脫離工件；復(fù)位彈簧A迫使每個(gè)再伸長的驅(qū)動(dòng)腿吸附工件新點(diǎn)位，以防動(dòng)平臺回動(dòng)；復(fù)位彈簧迫使所有相同伸長的牽引腿和驅(qū)動(dòng)腿相對動(dòng)臺復(fù)位，實(shí)現(xiàn)邁步；重復(fù)上述過程，可以實(shí)現(xiàn)該機(jī)器人沿工件壁面任意方向爬行。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明變胞爬壁并聯(lián)機(jī)器人具有爬壁機(jī)器人和并聯(lián)機(jī)器人雙重功能，可用于極端條件下大型設(shè)備、裝備及大工件表面缺陷現(xiàn)場修復(fù)和再制造，在保證爬壁功能和不影響并聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)前提下，增大吸附力，提高并聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)精度，此外，在套與推桿之間增加液力阻尼限位油缸，減少?zèng)_擊，確保極限伸長時(shí)，動(dòng)平臺能迫使吸盤脫離工件，由于各腿末端都與微型永磁吸盤聯(lián)接，因此所得機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)緊湊、吸力強(qiáng)、輕質(zhì)，控制過程簡單，斷電后仍能安全吸附在垂直壁面的優(yōu)點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明的使用狀態(tài)示意簡圖。
圖2是本發(fā)明的主視剖面示意簡圖。
圖中:1動(dòng)平臺，2-1支座，2-2軸，2-3電機(jī)，2-4軸承A，2-5絲杠A，2-6套A，2-7絲母A，2-8球副，2-9永磁吸盤，2-10復(fù)位彈簧A，2-11支架，3-1球副，3_2復(fù)位彈簧B，3-3電機(jī)，3-4位姿盤，3-5軸承B，3-6油缸，3_7套B，3_8絲杠B，3_9絲母B，3_10活塞筒，3-11彈簧，3-12球副，3-13永磁吸盤，3-14導(dǎo)向套筒，4激光槍，5磁性工件。
具體實(shí)施方式
在圖1所示的本發(fā)明的使用狀態(tài)示意簡圖和圖2所示的本發(fā)明的主視示意簡圖中，其中三個(gè)驅(qū)動(dòng)腿和三個(gè)牽引腿在動(dòng)平臺與磁性工件面之間相間呈圓周均布，動(dòng)平臺上均布三個(gè)支座，每個(gè)支座上設(shè)有一根軸，三個(gè)驅(qū)動(dòng)腿的套的上端分別通過與三個(gè)支座上的軸連接，從而實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)腿與動(dòng)平臺的轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，三個(gè)牽引腿的套的上端分別與動(dòng)平臺通過球副連接，激光修復(fù)槍置于動(dòng)平臺和磁性工作面之間且激光修復(fù)槍始端與動(dòng)平臺中心固連。所述驅(qū)動(dòng)腿主要包括電機(jī)、軸承A、絲杠A、套A、絲母A、球副和永磁吸盤，其中套A是一端封閉的套筒，閉口端通過軸與支座相連，電機(jī)置于套A的閉口端內(nèi)部且電機(jī)的轉(zhuǎn)軸朝向套A的開口端，電機(jī)轉(zhuǎn)軸與絲杠A —端同軸相連，在絲杠A靠近電機(jī)轉(zhuǎn)軸的一端套有軸承A，軸承A外壁固定在套A的內(nèi)壁上。絲母A為兩端開口的、內(nèi)壁帶有螺紋的圓柱筒，絲母A —端與絲杠A通過螺紋連接，絲母A另外一端與永磁吸盤通過球副連接。絲母A外壁軸向設(shè)有一個(gè)凹槽，套A的開口端設(shè)有一個(gè)鍵，所述鍵置于套A的凹槽內(nèi)。上述三條驅(qū)動(dòng)腿的套A分別與一根復(fù)位彈簧A的一端相連，該三根復(fù)位彈簧的另一端又分別與三個(gè)支架的自由端相連，所述三個(gè)支架上端固定在動(dòng)平臺下表面上且三個(gè)支架的位置與三條驅(qū)動(dòng)腿相互對應(yīng)，所述復(fù)位彈簧A在自然長度的狀態(tài)下，復(fù)位彈簧A所連的驅(qū)動(dòng)腿垂直于動(dòng)平臺。所述牽引腿主要包括復(fù)位彈簧B、電機(jī)、位姿盤、軸承B、油缸、套B、絲母B、推筒、絲桿B、套筒、彈簧、球副和永磁吸盤，其中套B是一端封閉的套筒，套B的閉口端通過球副與動(dòng)平臺相連，在套B外套有油缸，所述油缸為兩個(gè)套筒接在一起的內(nèi)外兩個(gè)套筒，內(nèi)套筒在和外套同重疊的位置垂直于內(nèi)套筒的外表面設(shè)有阻尼擋板，所述內(nèi)套筒和阻尼擋板組成活塞筒，所述油缸套接在套B的外部，油缸朝向動(dòng)平臺一端設(shè)有固定在套B外的位姿盤，所述油缸的活塞筒朝向磁性工作面的一端封閉，所述活塞筒封閉端通過球副與永磁吸盤相連。復(fù)位彈簧B套接在套B的外部，一端與動(dòng)平臺相連，另外一端與位姿盤相連。電機(jī)置于套B內(nèi)部的閉口端且電機(jī)的轉(zhuǎn)軸朝向套B的開口端，電機(jī)轉(zhuǎn)軸與絲杠B —端同軸相連,在絲杠B靠近電機(jī)轉(zhuǎn)軸的一端套有軸承B，軸承B外壁固定在套B的內(nèi)壁上。絲母B為一端封閉的套筒，開口一端與絲杠B通過螺紋連接。絲母B外壁軸向設(shè)有兩個(gè)凹槽，套B的開口端設(shè)有兩個(gè)鍵，所述兩個(gè)鍵分別置于套B的兩個(gè)凹槽內(nèi)，彈簧一端與與絲母B封閉端相連，彈簧另外一端與油缸的活塞筒下端相連，導(dǎo)向套筒套在彈簧外且導(dǎo)向套筒一端固定在活塞筒下表面上，所述導(dǎo)向套筒的外徑不大于絲母B底面的直徑。
權(quán)利要求
1.一種變胞爬壁并聯(lián)機(jī)器人，其特征在于:其中三個(gè)驅(qū)動(dòng)腿和三個(gè)牽引腿在動(dòng)平臺與磁性工件面之間相間呈圓周均布，動(dòng)平臺上均布三個(gè)支座，每個(gè)支座上設(shè)有一根軸，三個(gè)驅(qū)動(dòng)腿的套的上端分別通過與三個(gè)支座上的軸連接，三個(gè)牽引腿的套B的上端分別與動(dòng)平臺通過球副連接，激光修復(fù)槍置于動(dòng)平臺和磁性工作面之間且激光修復(fù)槍始端與動(dòng)平臺中心固連，所述驅(qū)動(dòng)腿的套A是一端封閉的套筒，閉口端通過軸與支座相連，電機(jī)置于套A的閉口端內(nèi)部且電機(jī)的轉(zhuǎn)軸朝向套A的開口端，電機(jī)轉(zhuǎn)軸與絲杠A —端同軸相連,在絲杠A靠近電機(jī)轉(zhuǎn)軸的一端套有軸承A，軸承A外壁固定在套A的內(nèi)壁上，絲母A為兩端開口的、內(nèi)壁帶有螺紋的圓柱筒，絲母A —端與絲杠A通過螺紋連接，絲母A另外一端與永磁吸盤通過球副連接，絲母A外壁軸向設(shè)有凹槽，套A的開口端設(shè)有鍵，所述鍵置于套A的凹槽內(nèi)，上述三條驅(qū)動(dòng)腿的套A分別與一根復(fù)位彈簧A的一端相連，該三根復(fù)位彈簧的另一端又分別與三個(gè)支架的自由端相連，所述三個(gè)支架上端固定在動(dòng)平臺下表面上且三個(gè)支架的位置與三條驅(qū)動(dòng)腿相互對應(yīng)，所述復(fù)位彈簧A在自然長度的狀態(tài)下，復(fù)位彈簧A所連的驅(qū)動(dòng)腿垂直于動(dòng)平臺；所述牽引腿上的套B是一端封閉的套筒，套B的閉口端通過球副與動(dòng)平臺相連，在套B外套有油缸，所述油缸為兩個(gè)套筒接在一起的內(nèi)外兩個(gè)套筒，內(nèi)套筒在和外套同重疊的位置垂直于內(nèi)套筒的外表面設(shè)有阻尼擋板，所述內(nèi)套筒和阻尼擋板組成活塞筒，所述油缸套接在套B的外部，油缸朝向動(dòng)平臺一端設(shè)有固定在套B外的位姿盤，所述油缸的活塞筒朝向磁性工作面的一端封閉，所述活塞筒封閉端通過球副與永磁吸盤相連，復(fù)位彈簧B套接在套B的外部，一端與動(dòng)平臺相連，另外一端與位姿盤相連，電機(jī)置于套B內(nèi)部的閉口端且電機(jī)的轉(zhuǎn)軸朝向套B的開口端，電機(jī)轉(zhuǎn)軸與絲杠B—端同軸相連,在絲杠B靠近電機(jī)轉(zhuǎn)軸的一端套有軸承B，軸承B外壁固定在套B的內(nèi)壁上，絲母B為一端封閉的套筒，開口 一端與絲杠B通過螺紋連接，絲母B外壁軸向設(shè)有凹槽，套B的開口端設(shè)有鍵，所述鍵置于套B的凹槽內(nèi)，彈簧一端與與絲母B封閉端相連，彈簧另外一端與油缸的活塞筒下端相連，導(dǎo)向套筒套在彈簧外且導(dǎo)向套筒一端固定在活塞筒下表面上，所述導(dǎo)向套筒的外徑不大于絲母B底面的直徑。
全文摘要
一種變胞爬壁并聯(lián)機(jī)器人，包括一個(gè)動(dòng)平臺、三個(gè)驅(qū)動(dòng)腿、三個(gè)牽引腿和一個(gè)激光槍，激光槍與動(dòng)平臺固連。驅(qū)動(dòng)腿可以剛性伸縮和擺動(dòng)，上端用轉(zhuǎn)動(dòng)副聯(lián)接動(dòng)平臺，下端用球副聯(lián)接電磁吸盤；牽引腿可以剛性伸出、柔性縮回和擺動(dòng)，上端用球副聯(lián)接動(dòng)平臺，下端用球副聯(lián)接電磁吸盤?？扛魍扰c吸盤的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)及復(fù)位彈簧的復(fù)位作用，實(shí)現(xiàn)在磁性工件壁面爬行。吸附定位后，牽引腿的吸盤吸附力始終作用于動(dòng)平臺，爬壁機(jī)器人變成并聯(lián)機(jī)器人，帶動(dòng)激光槍修復(fù)工件缺陷，實(shí)現(xiàn)大型設(shè)備、裝備和關(guān)鍵工件再制造。本發(fā)明具有爬壁和吸附定位修復(fù)的雙重功能，結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、運(yùn)動(dòng)靈活、吸附力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號B62D57/024GK103192365SQ20131010411
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月28日
發(fā)明者路懿, 陳立偉, 高士友, 路揚(yáng), 葉妮佳 申請人:燕山大學(xué)