一種類輪式爬壁越障機(jī)器人的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種類輪式爬壁越障機(jī)器人，包括機(jī)體，在機(jī)體的尾端設(shè)有平衡裝置，機(jī)體包括前后依次串接的至少2個機(jī)體分部，相鄰的兩個機(jī)體分部之間通過轉(zhuǎn)動副連接，轉(zhuǎn)動副的軸線與機(jī)體的上表面平行；在每個機(jī)體分部的左右兩側(cè)設(shè)有對稱布置的類輪結(jié)構(gòu)，每個類輪結(jié)構(gòu)均安裝在一驅(qū)動軸上，驅(qū)動軸安裝在對應(yīng)的機(jī)體分部上；類輪結(jié)構(gòu)設(shè)有套裝在對應(yīng)驅(qū)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(jié)構(gòu)，且在弧形曲面結(jié)構(gòu)的外側(cè)設(shè)有吸附結(jié)構(gòu)，吸附結(jié)構(gòu)與墻面的接觸面積大于輪輻與吸附結(jié)構(gòu)的接觸面積，相鄰的兩個輪輻之間設(shè)有跨距。本實用新型運(yùn)動速度快、越障能力強(qiáng)、接觸面積大、吸附性能強(qiáng)。
【專利說明】一種類輪式爬壁越障機(jī)器人
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及機(jī)器人領(lǐng)域，具體是一種類輪式爬壁越障機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]爬壁機(jī)器人作為極限作業(yè)機(jī)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(jìn)行核工程、消防工程等大型設(shè)備維護(hù)，高層建筑清潔，懸崖峭壁攀越等危險極限環(huán)境作業(yè)，應(yīng)用前景廣泛。目前，爬壁式機(jī)器人移動結(jié)構(gòu)主要有足式、履帶式、輪式三類，采用的吸附結(jié)構(gòu)主要有真空吸附式和磁吸附式。
[0003]足式爬壁機(jī)器人是爬壁機(jī)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(yùn)動平穩(wěn)、吸附能力強(qiáng)、越障性能好等優(yōu)點，但此類爬壁機(jī)器人功耗大、爬行速度較慢且控制系統(tǒng)較復(fù)雜。如申請?zhí)枮?00710075780.6名稱為“一種爬墻多功能機(jī)器人”的發(fā)明專利，含有12條機(jī)械腿，該機(jī)器人可平穩(wěn)運(yùn)動于具有拼接縫隙的墻面，通過實時監(jiān)測機(jī)械腿末端真空吸盤的負(fù)壓狀態(tài)，保證其吸附可靠性，然而該實時監(jiān)測結(jié)構(gòu)能耗較大，影響爬行效率。
[0004]履帶式爬壁機(jī)器人一般在履帶上安裝真空吸盤或磁吸附結(jié)構(gòu)。與足式爬壁機(jī)器人相比，履帶式爬壁機(jī)器人運(yùn)動速度較快，控制系統(tǒng)較簡單但機(jī)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(jī)器人”的發(fā)明專利，采用單條履帶式結(jié)構(gòu)，履帶上安裝多個獨立常閉式真空吸盤，可增強(qiáng)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(yùn)動于較平坦的墻面且轉(zhuǎn)彎性能較差。
[0005]輪式爬壁機(jī)器人機(jī)動性能好，運(yùn)動速度快，越障能力較強(qiáng)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(jié)合形成復(fù)合式結(jié)構(gòu)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(jī)器人機(jī)構(gòu)”的發(fā)明專利，結(jié)合了輪式移動機(jī)構(gòu)與足式移動機(jī)構(gòu)的優(yōu)點，移動速度快，越障性能好，足部結(jié)構(gòu)安裝真空吸盤，吸附能力強(qiáng)，但此類復(fù)合結(jié)構(gòu)組成復(fù)雜，控制難度較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有爬壁機(jī)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(jié)合輪式爬壁機(jī)器人的優(yōu)勢，提出一種運(yùn)動速度快、越障能力強(qiáng)、接觸面積大以及吸附性能好的類輪式爬壁越障機(jī)器人。
[0007]本實用新型為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是:一種類輪式爬壁越障機(jī)器人，包括機(jī)體，在所述機(jī)體的尾端設(shè)有平衡裝置，所述機(jī)體包括前后依次串接的至少2個機(jī)體分部，相鄰的兩個所述機(jī)體分部之間通過轉(zhuǎn)動副連接，所述轉(zhuǎn)動副的軸線與所述機(jī)體的上表面平行；
[0008]在每個所述機(jī)體分部的左右兩側(cè)設(shè)有對稱布置的類輪結(jié)構(gòu)，每個所述類輪結(jié)構(gòu)均安裝在一驅(qū)動軸上，所述驅(qū)動軸安裝在對應(yīng)的所述機(jī)體分部上；所述類輪結(jié)構(gòu)設(shè)有套裝在對應(yīng)所述驅(qū)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(jié)構(gòu)，且在所述弧形曲面結(jié)構(gòu)的外側(cè)設(shè)有吸附結(jié)構(gòu)，所述吸附結(jié)構(gòu)與墻面的接觸面積大于所述輪輻與所述吸附結(jié)構(gòu)的接觸面積，相鄰的兩個所述輪輻之間設(shè)有跨距。
[0009]在所述弧形曲面結(jié)構(gòu)的內(nèi)部設(shè)有加強(qiáng)筋板。
[0010]本實用新型具有的優(yōu)點和積極效果是:
[0011]I)移動速度快；類輪結(jié)構(gòu)的輪輻可如正常車輪一般靈活快速實現(xiàn)垂直壁面內(nèi)的直線移動與轉(zhuǎn)彎功能。
[0012]2)越障能力強(qiáng)；輪輻間存在跨距，可爬越正常車輪無法跨越的障礙物，復(fù)雜墻面適應(yīng)性好。
[0013]3)吸附面積大；輪輻呈弧形曲面結(jié)構(gòu)且吸附結(jié)構(gòu)面積較大，與墻面接觸面積大，吸附性能好。
[0014]4)結(jié)構(gòu)簡單，機(jī)動性好；機(jī)體結(jié)構(gòu)通過轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動相連，可實現(xiàn)垂直墻面向水平墻面跨越。
[0015]綜上，本實用新型運(yùn)動速度快、越障能力強(qiáng)、接觸面積大、吸附性能強(qiáng)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型的一種類輪式爬壁越障機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)圖；
[0017]圖2是本實用新型的第一種類輪結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3是本實用新型的第二種類輪結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖4是本實用新型的第三種類輪結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖中:101-第一機(jī)體分部、102-第二機(jī)體分部、103-第三機(jī)體分部、104-平衡裝置、105-第一轉(zhuǎn)動副、106-第二轉(zhuǎn)動副、201-第一類輪結(jié)構(gòu)、202-第二類輪結(jié)構(gòu)、203-第三類輪結(jié)構(gòu)、204-第四類輪結(jié)構(gòu)、205-第五類輪結(jié)構(gòu)、206-第六類輪結(jié)構(gòu)、207-輪軸座、208-輪輻、209-吸附結(jié)構(gòu)。
【具體實施方式】
[0021]為能進(jìn)一步了解本實用新型的
【發(fā)明內(nèi)容】
、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細(xì)說明如下:
[0022]請參閱圖1?圖2，本實用新型的一種類輪式爬壁越障機(jī)器人，具有對稱結(jié)構(gòu)，包括機(jī)體，在機(jī)體的尾端設(shè)有平衡裝置104，機(jī)體包括前后依次串接的至少2個機(jī)體分部，相鄰的兩個機(jī)體分部之間通過轉(zhuǎn)動副連接，轉(zhuǎn)動副的軸線與機(jī)體的上表面平行；在每個機(jī)體分部的左右兩側(cè)設(shè)有對稱布置的類輪結(jié)構(gòu)，每個類輪結(jié)構(gòu)均安裝在一驅(qū)動軸上，驅(qū)動軸安裝在對應(yīng)的機(jī)體分部上；類輪結(jié)構(gòu)設(shè)有套裝在對應(yīng)驅(qū)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(jié)構(gòu)，且在弧形曲面結(jié)構(gòu)的外側(cè)設(shè)有吸附結(jié)構(gòu)209，吸附結(jié)構(gòu)209與墻面的接觸面積大于輪輻208與吸附結(jié)構(gòu)209的接觸面積，相鄰的兩個輪輻208之間設(shè)有跨距。
[0023]下面結(jié)合每一幅圖對本實用新型的實施例做進(jìn)一步說明:
[0024]請參閱圖1?圖4，一種類輪式爬壁越障機(jī)器人，采用左右對稱結(jié)構(gòu)，包括機(jī)體和類輪結(jié)構(gòu)，在機(jī)體的尾端設(shè)有平衡裝置104。機(jī)體I包括第一機(jī)體分部101、第二機(jī)體分部102和第三機(jī)體分部103、第一轉(zhuǎn)動副105和第二轉(zhuǎn)動副106。第一機(jī)體分部101頭部安裝有空間三轉(zhuǎn)動攝像頭，用于地形探測與環(huán)境安全偵測。第一機(jī)體分部101與第二機(jī)體分部102通過第一轉(zhuǎn)動副105轉(zhuǎn)動連接，第二機(jī)體分部102與第三機(jī)體分部103通過第二轉(zhuǎn)動副106轉(zhuǎn)動連接，第三機(jī)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(jī)體的結(jié)構(gòu)，使機(jī)器人在墻面上的爬行運(yùn)動平穩(wěn)。平衡裝置104為可拆卸結(jié)構(gòu)。第一轉(zhuǎn)動副105和第二轉(zhuǎn)動副106的軸線均與機(jī)體I的上表面垂直。
[0025]如圖1所示，類輪結(jié)構(gòu)有6個，分別為:第一類輪結(jié)構(gòu)201、第二類輪結(jié)構(gòu)202、第三類輪結(jié)構(gòu)203、第四類輪結(jié)構(gòu)204、第五類輪結(jié)構(gòu)205和第六類輪結(jié)構(gòu)206。第一類輪結(jié)構(gòu)201和第四類輪結(jié)構(gòu)204對稱安裝于第一機(jī)體分部101兩側(cè),第二類輪結(jié)構(gòu)202和第五類輪結(jié)構(gòu)205對稱安裝于第二機(jī)體分部102兩側(cè)，第三類輪結(jié)構(gòu)203和第六類輪結(jié)構(gòu)206對稱安裝于第三機(jī)體分部103兩側(cè)。
[0026]第一類輪結(jié)構(gòu)201、第二類輪結(jié)構(gòu)202、第三類輪結(jié)構(gòu)203、第四類輪結(jié)構(gòu)204、第五類輪結(jié)構(gòu)205和第六類輪結(jié)構(gòu)206具有相同的結(jié)構(gòu)尺寸。如圖2所示，類輪結(jié)構(gòu)均包括輪軸座207、輪輻208和吸附結(jié)構(gòu)209。輪軸座207可在驅(qū)動裝置的驅(qū)動下相對于第一機(jī)體分部101、第二機(jī)體分部102、第三機(jī)體分部103轉(zhuǎn)動，在輪軸座207的外圓面上周向?qū)ΨQ地安裝三至五個輪輻208，輪輻208呈弧形曲面結(jié)構(gòu)，如圖3和圖4所示，輪輻208可以在其弧形曲面結(jié)構(gòu)的內(nèi)部設(shè)有加強(qiáng)筋板，加強(qiáng)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(jié)構(gòu)的外側(cè)面上安裝有吸附結(jié)構(gòu)209，吸附結(jié)構(gòu)209可拆卸，根據(jù)垂直墻面的不同情況可采用真空吸盤結(jié)構(gòu)，也可采用磁吸附結(jié)構(gòu)。吸附結(jié)構(gòu)209與墻面的接觸面積大于輪輻208與吸附結(jié)構(gòu)209的接觸面積，以增強(qiáng)吸附的穩(wěn)定性。
[0027]上述類輪式爬壁越障機(jī)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(yīng)度高，且可攀越帶有水平墻面的直角形墻體結(jié)構(gòu)，具有移動速度快和越障能力強(qiáng)等優(yōu)勢。
[0028]若墻面凹凸不平或有拼接縫隙，由于類輪結(jié)構(gòu)的輪輻208呈弧形曲面結(jié)構(gòu)，在輪軸座207的帶動下，類輪結(jié)構(gòu)可與正常輪式裝置一般滾動前進(jìn)于崎嶇墻面。輪輻208存在跨距，類輪結(jié)構(gòu)還可跨越正常輪式裝置無法攀越的障礙。調(diào)節(jié)六個類輪結(jié)構(gòu)的速度，可實現(xiàn)與正常輪式裝置一致的差動轉(zhuǎn)彎功能。六個類輪結(jié)構(gòu)均包括三至五個輪輻208，調(diào)節(jié)六個類輪結(jié)構(gòu)的輪輻208的相位，保證行進(jìn)過程中至少有三個不同側(cè)的類輪結(jié)構(gòu)的吸附結(jié)構(gòu)209吸附墻面，可保證爬壁越障機(jī)器人墻面運(yùn)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(jié)構(gòu)的類輪式爬行裝置，平衡裝置104則不可拆卸。
[0029]類輪結(jié)構(gòu)的吸附結(jié)構(gòu)209可拆卸，可對應(yīng)不同摩擦系數(shù)墻面安裝對應(yīng)真空吸盤結(jié)構(gòu)或磁吸附結(jié)構(gòu)。且吸附結(jié)構(gòu)209曲面面積大于輪輻208曲面面積，吸附面積大，吸附能力強(qiáng)。
[0030]若墻體為帶有水平墻面的直角形結(jié)構(gòu)，第一轉(zhuǎn)動副105、第二轉(zhuǎn)動副106的旋轉(zhuǎn)帶動第一機(jī)體分部101、第二機(jī)體分部102和第三機(jī)體分部103產(chǎn)生沿墻面的彎折，進(jìn)而跨越該直角形墻體。
[0031]值得注意的是，本實用新型的爬壁越障機(jī)器人的描述僅僅是示意性的，不同數(shù)目的的機(jī)體分部、每個機(jī)體分部上不同數(shù)目的類輪結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)動副的不同設(shè)置方式和類輪結(jié)構(gòu)弧形輪輻的不同設(shè)計形式等均可實現(xiàn)相同的運(yùn)動功能，所以本實用新型的實施方式并不局限于上述的【具體實施方式】。如果本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本實用新型宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)范圍的情況下，做出其他變化或變型，均屬于本實用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種類輪式爬壁越障機(jī)器人，包括機(jī)體，其特征在于，在所述機(jī)體的尾端設(shè)有平衡裝置，所述機(jī)體包括前后依次串接的至少2個機(jī)體分部，相鄰的兩個所述機(jī)體分部之間通過轉(zhuǎn)動副連接，所述轉(zhuǎn)動副的軸線與所述機(jī)體的上表面平行； 在每個所述機(jī)體分部的左右兩側(cè)設(shè)有對稱布置的類輪結(jié)構(gòu)，每個所述類輪結(jié)構(gòu)均安裝在一驅(qū)動軸上，所述驅(qū)動軸安裝在對應(yīng)的所述機(jī)體分部上；所述類輪結(jié)構(gòu)設(shè)有套裝在對應(yīng)所述驅(qū)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(jié)構(gòu)，且在所述弧形曲面結(jié)構(gòu)的外側(cè)設(shè)有吸附結(jié)構(gòu)，所述吸附結(jié)構(gòu)與墻面的接觸面積大于所述輪輻與所述吸附結(jié)構(gòu)的接觸面積，相鄰的兩個所述輪輻之間設(shè)有跨距。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的類輪式爬壁越障機(jī)器人，其特征在于，在所述弧形曲面結(jié)構(gòu)的內(nèi)部設(shè)有加強(qiáng)筋板。
【文檔編號】B62D57/024GK203528629SQ201320666416
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年10月25日 優(yōu)先權(quán)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(xué)