本發(fā)明屬于工業(yè)機器人技術領域，尤其涉及一種曲面自適應磁吸附爬壁噴漆機器人。

背景技術：

在工業(yè)生產生活中隨處可見由鋼鐵等導磁性材料構建的各類大型設備(如大型船舶、石化儲罐等)，為保障設備的安全運轉，需定期進行噴漆防腐作業(yè)。目前，世界范圍內廣泛采用傳統(tǒng)的人工方式開展噴漆作業(yè)，噴漆作業(yè)需事先搭建腳手架，不僅勞動強度大、作業(yè)效率低、經濟投入大，而且鑒于噴漆毒害環(huán)境常伴有安全事故發(fā)生。隨著機器人技術的快速發(fā)展，將機器人應用于噴漆作業(yè)已成為現(xiàn)代化噴漆防腐作業(yè)研究的熱點與發(fā)展趨勢。專利文獻“一種曲面自適應磁吸附爬壁機器人(cn103303387a)”涉及一種磁吸附爬壁機器人，該機器人采用履帶式移動機構，靠安裝在履帶式移動機構上的吸附單元吸附在壁面上，采用在車體與履帶連接架下設置導柱和彈簧的形式，使機器人具有曲面自適應的能力，但是其機構復雜、運動靈活性欠佳，尤其在轉向過程中，由于履帶和導磁壁面之間接觸面積大，轉向阻力和轉向半徑較大，以致轉向靈活性較差。專利文獻“一種爬壁機器人(cn104925158a)”涉及一種爬壁機器人，該機器人采用四個履帶輪驅動，因而具有運動靈活，負載能力強等優(yōu)點，但該機器人履帶輪與車體間剛性固定連接，二者間缺乏相對運動柔性，在一定程度上限制了曲面自適應能力，因此難以在圓弧曲面上作業(yè)，大大減小了其應用范圍。

綜上所述，現(xiàn)有的爬壁噴漆機器人雖能初步實現(xiàn)在導磁性壁面的作業(yè)任務，但存在結構復雜，運動靈活性差，不能實現(xiàn)曲面作業(yè)，在非連續(xù)作業(yè)區(qū)域內工作時不易拆裝等缺點。因此，亟需研發(fā)一款結構簡單，運動靈活，具有曲面自適應能力，并且在非連續(xù)作業(yè)區(qū)域內工作時能夠實現(xiàn)快速拆裝的模塊化爬壁噴漆機器人。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明擬解決的技術問題是，提供一種曲面自適應磁吸附爬壁噴漆機器人。該機器人結構簡單，運動靈活，具有曲面自適應能力，并且采用模塊化設計，拆裝方便。

本發(fā)明解決所述技術問題采用的技術方案是：提供一種曲面自適應磁吸附爬壁噴漆機器人，其特征在于該機器人包括四個結構相同的永磁吸附式履帶輪模塊、基于平行四邊形機構的車體模塊和直角坐標系式噴漆機械臂模塊；所述四個結構相同的永磁吸附式履帶輪模塊對稱布置于車體模塊的兩側，在車體模塊的上部安裝直角坐標系式噴漆機械臂模塊；

每個履帶輪模塊均包括導磁板、隔磁板、釹鐵硼永磁體、履帶輪驅動電機、兩個主動輪、同步帶、兩個同步帶輪、兩個從動輪、履帶輪軸承外端蓋、履帶輪軸承、履帶輪軸承內端蓋、履帶、主動輪軸、套筒和從動輪軸；

所述導磁板圍繞在履帶的外表面，剛性連接，在導磁板的中部沿導磁板長度方向均勻布置若干數(shù)量的隔磁板，在每個隔磁板的左右兩側對稱嵌入兩塊充磁方向相反的釹鐵硼永磁體，且沿導磁板長度方向上相鄰的兩塊釹鐵硼永磁體的極性相反；所述履帶的內表面通過齒嚙合的形式與主動輪和從動輪相連接；

所述主動輪和從動輪按照前后位置布置在履帶內部，兩個主動輪固定在主動輪軸的兩端，在主動輪軸的中部固定連接一個同步帶輪，主動輪軸內側端面穿過一個主動輪與固定于履帶輪軸承外端蓋的履帶輪軸承配合，實現(xiàn)履帶輪軸承外端蓋對主動輪軸的支撐，并且該端通過鍵連接與履帶輪驅動電機輸出軸剛性連接；所述履帶輪驅動電機固定安裝在車體模塊上；所述履帶輪軸承的內圈通過履帶輪軸承內端蓋與主動輪軸固定連接；履帶輪軸承的外圈與履帶輪軸承外端蓋一端連接，實現(xiàn)履帶輪軸承外端蓋與主動輪的配合，履帶輪軸承外端蓋的另一端通過螺紋連接與車體模塊相固定；

兩個從動輪固定安裝在從動輪軸的兩端，在從動輪軸中部固定另一個同步帶輪，兩個同步帶輪之間安裝同步帶，每個同步帶輪的兩端均通過相應軸的軸肩和套裝在軸上的套筒進行定位；且從動輪軸靠近車體模塊的一端與車體模塊連接；

所述車體模塊的上表面固定安裝云臺攝像機；車體模塊的左右側面分別對稱安裝有兩個第一連接板和兩個第二連接板；兩個第二連接板位于兩個第一連接板之間，每個第二連接板和相鄰的第一連接板之間的距離相等，且與主動輪軸和從動輪軸的中心距相匹配；所述第一連接板和第二連接板的一端均通過相應的銷軸與車體模塊的左右側面連接，第一連接板和第二連接板與車體模塊的左右側面構成轉動副；第一連接板的另一端布置有與履帶輪軸承外端蓋上的安裝法蘭相配合的法蘭，通過螺紋連接與履帶輪模塊上的履帶輪軸承外端蓋固定；所述第二連接板的另一端設有軸承孔，通過該軸承孔安裝連接板軸承，連接板軸承的內側通過連接板軸承端蓋進行定位；第一連接板的銷軸孔軸心與法蘭中心距離和第二連接板的銷軸孔軸心與軸承孔中心距離相等；在與第一連接板固定的銷軸上同軸安裝扭簧，所述扭簧一端固定在車體模塊的左右側面上，另一端固定在第一連接板的內側上。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的創(chuàng)新之處是：

1、本發(fā)明采用模塊化設計：包括4個對稱布置的履帶輪模塊，基于平行四邊形機構的車體模塊，以及直角坐標系式噴漆機械臂模塊。模塊化設計使得該爬壁噴漆機器人在非連續(xù)作業(yè)區(qū)域內工作時能夠實現(xiàn)快速拆裝，提高機器人的工作效率。

2、本發(fā)明履帶輪模塊采用履帶內加同步帶傳動的形式：當噴漆機器人在圓弧壁面工作時，由于履帶轉動需要克服強大的吸附力，以及圓弧壁面曲率的影響使得履帶在轉動過程中產生小范圍的滑移，本發(fā)明采用履帶內加同步帶傳動的形式，電機的驅動力由主動輪軸通過同步帶傳遞給從動輪軸，進而經主動輪和從動輪同步驅動履帶運動，減小了履帶轉動過程中的部分阻力矩，從而在一定程度上防止了履帶旋轉過程中滑移現(xiàn)象產生，提高履帶運動的平穩(wěn)性與可靠性。

3、本發(fā)明車體模塊基于平行四邊形機構，具有曲面自適應能力：第一連接板銷軸孔軸心與法蘭中心距離和第二連接板銷軸孔軸心與軸承孔中心距離相等，履帶輪模塊上主動輪軸與從動輪軸的中心距與第一連接板和第二連接板的銷軸孔中心距相等，因此，第一連接板、第二連接板、履帶輪模塊、車體模塊的左右側面構成一平四邊形機構，可使第一連接板與第二連接板繞著車體模塊的左右側面同步轉動，進而帶動履帶輪模塊保持與車體模塊主體框架平行姿態(tài)上下浮動，實現(xiàn)曲面自適應功能，同時扭簧與銷軸同軸配合，扭簧一端固定在車體模塊的左右側面上，另一端固定在第一連接板上，使得第一連接板相對于車體模塊的左右側面的轉動需克服較大外力，以大幅提高了平行四邊形機構的剛性，進而保證噴漆機器人運動的平穩(wěn)性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種曲面自適應磁吸附爬壁噴漆機器人的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明一種曲面自適應磁吸附爬壁噴漆機器人履帶輪模塊1的俯視圖；

圖3為本發(fā)明一種曲面自適應磁吸附爬壁噴漆機器人履帶輪模塊1的內部結構示意圖；

圖4為本發(fā)明一種曲面自適應磁吸附爬壁噴漆機器人履帶輪模塊1的主動輪部分的剖面結構示意圖；

圖5為本發(fā)明一種曲面自適應磁吸附爬壁噴漆機器人履帶輪模塊的從動輪部分的剖面結構示意圖；

圖6為本發(fā)明一種曲面自適應磁吸附爬壁噴漆機器人車體模塊2的主視結構示意圖；

圖7為本發(fā)明一種曲面自適應磁吸附爬壁噴漆機器人直角坐標系式噴漆機械臂模塊3的立體結構示意圖；

圖中，1-履帶輪模塊，101-導磁板，102-隔磁板，103-釹鐵硼永磁體，104-履帶輪驅動電機，105-主動輪，106-同步帶，107-同步帶輪，108-從動輪，109-履帶輪軸承外端蓋，110-履帶輪軸承，111-履帶輪軸承內端蓋，112-履帶，113-主動輪軸，114-套筒，115-從動輪軸；2-車體模塊，201-第一連接板，202-扭簧，203-連接板軸承，204-長支撐板，205-第二連接板，206-連接板軸承端蓋，207-銷軸，208-云臺攝像機，209-上蓋板，210-短支撐板；3-直角坐標系式噴漆機械臂模塊，301-噴槍、302噴槍支架、303-前后伸縮導軌、304-固定導軌、305-豎直伸縮導軌、306-左右滑動導軌、307-導軌支架。

具體實施方式

下面結合實施例及其附圖對本發(fā)明做進一步描述。實施例是以本發(fā)明所述技術方案為前提進行的具體實施，給出了詳細的實施方式和過程，但并不以此作為對本申請權利要求保護范圍的限定。

本發(fā)明一種曲面自適應磁吸附爬壁噴漆機器人(參見圖1-7)包括四個結構相同的永磁吸附式履帶輪模塊1、基于平行四邊形機構的車體模塊2和直角坐標系式噴漆機械臂模塊3；所述四個結構相同的永磁吸附式履帶輪模塊1對稱布置于車體模塊2的兩側，在車體模塊2的上部安裝直角坐標系式噴漆機械臂模塊3；

每個履帶輪模塊1(參見圖2，圖3，圖4，圖5)均包括導磁板101、隔磁板102、釹鐵硼永磁體103、履帶輪驅動電機104、兩個主動輪105、同步帶106、兩個同步帶輪107、兩個從動輪108、履帶輪軸承外端蓋109、履帶輪軸承110、履帶輪軸承內端蓋111、履帶112、主動輪軸113、套筒114和從動輪軸115；

所述導磁板101圍繞在履帶112的外表面，剛性連接，在導磁板101的中部沿導磁板長度方向均勻布置若干數(shù)量的隔磁板102，在每個隔磁板102的左右兩側對稱嵌入兩塊充磁方向相反的釹鐵硼永磁體103，且沿導磁板長度方向上相鄰的兩塊釹鐵硼永磁體的極性相反；所述履帶的內表面通過齒嚙合的形式與主動輪105和從動輪108相連接；上述特殊設計的永磁吸附式履帶可大幅提高磁吸附效率，增大吸附力，尤其適用于大型導磁性壁面，能夠大幅提高爬壁噴漆機器人的負載能力和可靠性；

所述主動輪105和從動輪108按照前后位置布置在履帶內部，兩個主動輪固定在主動輪軸113的兩端，在主動輪軸113的中部固定連接一個同步帶輪107，主動輪軸113內側端面穿過一個主動輪與固定于履帶輪軸承外端蓋109的履帶輪軸承110配合，實現(xiàn)履帶輪軸承外端蓋109對主動輪軸113的支撐，并且該端通過鍵連接與履帶輪驅動電機104輸出軸剛性連接；所述履帶輪驅動電機104固定安裝在車體模塊2上；所述履帶輪軸承110的內圈通過履帶輪軸承內端蓋111與主動輪軸113固定連接，實現(xiàn)履帶輪軸承110的定位；履帶輪軸承110的外圈與履帶輪軸承外端蓋109一端連接，實現(xiàn)履帶輪軸承外端蓋109與主動輪105的配合，履帶輪軸承外端蓋109的另一端通過螺紋連接與車體模塊2相固定，從而實現(xiàn)履帶輪模塊1與車體模塊2的連接；

兩個從動輪108固定安裝在從動輪軸115的兩端，在從動輪軸115中部固定另一個同步帶輪107，兩個同步帶輪107之間安裝同步帶106，每個同步帶輪的兩端均通過相應軸的軸肩和套裝在軸上的套筒114進行定位；且從動輪軸115靠近車體模塊的一端與車體模塊2連接；

履帶輪驅動電機104的輸出軸與主動輪軸113剛性連接，用于將驅動力傳遞到主動輪軸113上，經與主動輪軸113和從動輪軸115上的同步帶輪107相配合的同步帶106，同步驅動從動輪軸115轉動，進而在主動輪105和從動輪108的同步驅動下驅動包裹在主動輪105和從動輪108外表面的履帶112運動，實現(xiàn)履帶輪模塊1的運動；

所述車體模塊2(參見圖6)的上表面固定安裝云臺攝像機208，所述云臺攝像機208用于觀測機器人工作環(huán)境以及噴漆作業(yè)效果；車體模塊2的左右側面分別對稱安裝有兩個第一連接板201和兩個第二連接板205；兩個第二連接板205位于兩個第一連接板201之間，每個第二連接板205和相鄰的第一連接板201之間的距離相等，且與主動輪軸114和從動輪軸116的中心距相匹配；所述第一連接板201和第二連接板205的一端均通過相應的銷軸207與車體模塊的左右側面連接，第一連接板201和第二連接板205與車體模塊的左右側面構成轉動副；第一連接板的另一端布置有與履帶輪軸承外端蓋109上的安裝法蘭相配合的法蘭，通過螺紋連接與履帶輪模塊1上的履帶輪軸承外端蓋109固定；所述第二連接板205的另一端設有軸承孔，通過該軸承孔安裝連接板軸承203，連接板軸承203的內側通過連接板軸承端蓋206進行定位；第一連接板201的銷軸孔軸心與法蘭中心距離和第二連接板205的銷軸孔軸心與軸承孔中心距離相等；在與第一連接板固定的銷軸207上同軸安裝扭簧202，所述扭簧202一端固定在車體模塊的左右側面上，另一端固定在第一連接板201的內側上，使得第一連接板201相對于車體模塊的左右側面的轉動需克服較大外力，大幅提高了平行四邊形機構剛性，進而保證機器人運動的平穩(wěn)性；

第一連接板201、第二連接板205、履帶輪模塊1、車體模塊左(右)側面構成平四邊形機構，可使第一連接板201與第二連接板205繞著車體模塊左(右)側面同步轉動，進而帶動履帶輪模塊1保持與車體模塊2主體平行姿態(tài)上下浮動，實現(xiàn)曲面自適應功能。

所述直角坐標系式噴漆機械臂模塊3(參見圖7)包括噴槍301、噴槍支架302、前后伸縮導軌303、固定導軌304、豎直伸縮導軌305、左右滑動導軌306和導軌支架307；

所述固定導軌304通過導軌支架307固定在車體模塊2的上表面，所述左右滑動導軌306的底部與固定導軌304上的滑塊固定連接；所述左右滑動導軌306的頂部固定連接前后伸縮導軌303上的滑塊，前后伸縮導軌303的前部與豎直伸縮導軌305上的滑塊固定連接；所述噴槍301通過噴槍支架302固定在豎直伸縮導軌305的底部；所述前后伸縮導軌303、固定導軌304和豎直伸縮導軌305的一端均通過電機安裝板固定有導軌電機，固定導軌304上的滑塊在導軌電機的驅動下在固定導軌上左右移動，前后伸縮導軌303和豎直伸縮導軌305在相應的導軌電機的驅動下自身分別前后移動和上下移動，左右滑動導軌306、前后伸縮導軌303、豎直伸縮導軌305三者相互配合，完成整個噴漆作業(yè)。

在相應的導軌電機的驅動下，經皮帶傳動或者齒輪傳動或者渦輪蝸桿傳動，固定導軌上的滑塊在固定導軌上左右移動，從而帶動左右滑動導軌306發(fā)生左右移動。

所述前后伸縮導軌303在相應的導軌電機的驅動下，使前后伸縮導軌303發(fā)生前后移動，左右滑動導軌306與前后伸縮導軌發(fā)生前后相對移動。

豎直伸縮導軌305在相應的導軌電機的驅動下，使豎直伸縮導軌305發(fā)生上下移動，豎直伸縮導軌305與前后伸縮導軌303發(fā)生上下相對移動，進而帶動噴槍301實現(xiàn)上下、前后、左右位置的變化，左右滑動導軌306、前后伸縮導軌303、豎直伸縮導軌305三者相互配合，完成整個噴漆作業(yè)。

本發(fā)明的進一步特征在于所述車體模塊2為長方體形結構，包括兩個長支撐板204、兩個短支撐板210和上蓋板209，兩個長支撐板204和兩個短支撐板210圍成長方體車體框架，上蓋板209通過螺紋連接固定在該車體框架上，用于安裝固定直角坐標系式噴漆機械臂模塊3和云臺攝像機208；兩個長支撐板204構成車體模塊的左右側面，兩個短支撐板構成車體模塊的前后側面，兩個長支撐板上固定第二連接板205和第一連接板201。

本發(fā)明曲面自適應磁吸附爬壁噴漆機器人的工作原理：履帶輪驅動電機104驅動主動輪軸113旋轉，經與主動輪軸113和從動輪軸115上的同步帶輪107相配合的同步帶106，同步驅動從動輪軸115轉動，在主動輪105和從動輪108的同步驅動下使包裹于主動輪105和從動輪108上的履帶113運動，實現(xiàn)履帶輪模塊1的運動，進而帶動整個機器人移動。該噴漆機器人越過焊縫以及在圓弧形壁面工作時，第一連接板201與第二連接板205繞著車體模塊的左右側面同步轉動，進而帶動履帶輪模塊1保持與車體模塊2的主體框架平行姿態(tài)上下浮動，實現(xiàn)曲面自適應功能。扭簧202的剛性使得第一連接板201相對于車體模塊的左右側面的轉動需克服較大外力，大幅提高了平行四邊形機構剛性，進而保證機器人運動的平穩(wěn)性。該噴漆機器人進行噴漆作業(yè)時，首先機器人在云臺攝像機208的指引下到達指定的工作區(qū)域，根據(jù)噴漆作業(yè)距離要求，以及云臺攝像機208的觀測結果，調節(jié)豎直伸縮導軌305、前后伸縮導軌303，將噴槍301調整到合適高度，通過左右滑動導軌306的左右移動完成大面積的噴漆作業(yè)；在噴漆機器人遇到障礙時，通過云臺攝像機208觀測，根據(jù)障礙物的形狀和大小，實時調節(jié)豎直伸縮導軌305和前后伸縮導軌303的位置，從而完成障礙物區(qū)域的噴漆作業(yè)。在整個噴漆作業(yè)過程中，云臺攝像機208實時觀測機器人工作環(huán)境，以及噴涂作業(yè)效果，防止漏噴和重復噴涂，提高了噴漆作業(yè)的可靠性。

本發(fā)明中所提到的前、后、左、右等方位詞語是一個相對概念，以圖1中噴槍所在方向為前。

本發(fā)明未盡之處適用于現(xiàn)有技術。