本實用新型涉及一種曲面自適應履帶及安裝該履帶的爬壁機器人，屬于特種機器人技術領域。

背景技術：

在大型的工程實施過程中，往往需要進行高空作業(yè)。傳統(tǒng)的高空作業(yè)方法主要有以下幾種：一種為對作業(yè)人員采用吊索的方式，從建筑物最上面開始下放繩索，使作業(yè)人員到達指定的高度，進行作業(yè)，該方法需要事先確定作業(yè)范圍，一次只能作業(yè)豎直方向的作業(yè)范圍，作業(yè)范圍有限；一種是采用大型工程車輛，通過工程車輛上的起重吊籃將作業(yè)人員送至作業(yè)區(qū)域進行作業(yè)，該方法的靈活性好，但是成本過高；一種方法是采用搭建腳手架的方式進行作業(yè)，該方法穩(wěn)定且安全系數(shù)高，但是搭建腳手架需要的周期和成本都大，不適宜小面積范圍的作業(yè)要求，再加上高空作業(yè)所面對的多為曲面，現(xiàn)有的技術難以在曲面上尋找支撐進行作業(yè)。

爬壁機器人技術的出現(xiàn)在一定程度上克服了上述傳統(tǒng)高空作業(yè)方法的不足，但是現(xiàn)有的爬壁機器人大多只能較好地應用于平面上的作業(yè)。而在實際工程當中，爬壁機器人作業(yè)時的支撐面常常難以保證為一個良好運作環(huán)境的平面，常常需要面對曲面作業(yè)的問題，現(xiàn)有技術在面臨曲面作業(yè)時多采用手動調(diào)節(jié)各支撐點的高度從而保證作業(yè)平穩(wěn)，但是會致使作業(yè)效率降低，并且可靠性差。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本實用新型的目的是提供一種能夠較好地應用于平面作業(yè)及曲面作業(yè)的曲面自適應履帶及安裝該履帶的爬壁機器人。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用以下技術方案：一種曲面自適應履帶，其特征在于：包括鏈條和沿鏈條均勻布置的履帶片單元；所述履帶片單元包括磁鐵、鐵板、連接板、彈簧和滑動桿；所述鐵板為兩塊且呈平行間隔設置，所述磁鐵位于兩塊鐵板之間，所述磁鐵的兩極分別與兩塊所述鐵板接觸，所述滑動桿的一端連接在兩塊所述鐵板之間，所述滑動桿的另一端可滑動地穿過所述連接板，在位于所述鐵板與所述連接板之間的所述滑動桿上套設有彈簧；所述連接板與所述鏈條連接。

所述鏈條為兩根，所述連接板的兩端分別與一根所述鏈條鉸接。

所述滑動桿為兩根，每一所述滑動桿的頂端與所述鐵板鉸接。

在兩塊所述鐵板之間轉(zhuǎn)動連接兩個以上滾輪，各所述滾輪的輪軸平行且輪軸與所述履帶的運動方向形成的夾角為0°～45°。

所述滾輪的輪軸與所述履帶的運動方向形成的夾角為0°

所述滾輪為橡膠輪。

所述滾輪的最高點超出所述鐵板邊緣0.2～2mm。

一種爬壁機器人，其安裝有曲面自適應履帶。

本實用新型由于采取以上技術方案，其具有以下優(yōu)點：1、本實用新型通過控制兩側(cè)履帶的速度差實現(xiàn)爬壁機器人的前進、后退、左旋轉(zhuǎn)、右旋轉(zhuǎn)；當爬壁機器人兩側(cè)的履帶以相同速度向前運動時或向后運動時，履帶的受力為向前或向后的摩擦力，此時滾輪所受力的方向為輪軸方向，滾輪不產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，而是跟接觸表面產(chǎn)生摩擦力推動機器人向前或向后運動；當爬壁機器人一側(cè)的履帶速度小于另一側(cè)的速度時，履帶幾何中心前后部分的受力狀態(tài)將相反，滾輪將受到輪子切向方向的力，發(fā)生滾動；由于同一對接觸面間滾動摩擦力遠小于滑動摩擦，所以轉(zhuǎn)向所需的轉(zhuǎn)矩相較于不使用滾輪的履帶將較小。2、本實用新型履帶片單元中有可以壓縮的彈簧，滾輪受到滑動桿軸向方向的力時會迫使彈簧壓縮而連接板的空間位置不發(fā)生改變，當爬壁機器人在平面上時，所有的連接板受到同等的支持力，導致彈簧會有部分壓縮，壓縮所產(chǎn)生的合力與爬壁機器人自重相等；當爬壁機器人在遇到障礙時，障礙上方的履帶片單元彈簧會得到最大程度的壓縮，從而確保其他履帶片單元可以與壁面保持接觸，產(chǎn)生足夠的吸力；履帶可以跨越的障礙物高度取決于彈簧的最大壓縮行程，當障礙物的高度超過彈簧的壓縮行程時，履帶變得沒有彈性，從而退化成一個剛體，障礙物會把整個爬壁機器人底盤抬起，使吸引力失效。

附圖說明

圖1是本實用新型曲面自適應履帶的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實用新型履帶片單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實用新型爬壁機器人的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進行詳細的描述。

如圖1所示，本實用新型提出了一種曲面自適應履帶1，它包括鏈條10和沿鏈條10均勻布置的履帶片單元20。

如圖2所示，履帶片單元20包括磁鐵21、鐵板22、連接板23、彈簧24和滑動桿25。其中，鐵板22為兩塊且呈平行間隔設置，磁鐵21位于兩塊鐵板22之間，磁鐵21的兩極分別與兩塊鐵板22接觸；滑動桿25的一端連接在兩塊鐵板22之間，另一端可滑動地穿過連接板23；在位于鐵板22與連接板23之間的滑動桿25上套設彈簧24；連接板23與鏈條10連接。

進一步地，鏈條10為兩根，連接板23的兩端分別與一根鏈條10鉸接。

進一步地，滑動桿25為一根或多根。當滑動桿25為一根時，其頂端與鐵板22固定連接；當滑動桿25為多根時，每一滑動桿25的頂端與鐵板22鉸接。

進一步地，在兩塊鐵板22之間轉(zhuǎn)動連接兩個以上滾輪26，滾輪26的最高點超出鐵板邊緣0.2～2mm，各滾輪26的輪軸平行且輪軸與履帶1的運動方向形成的夾角為0°～45°，其中，優(yōu)選為0°

進一步地，滾輪26為橡膠輪。

如圖3所示，本實用新型還提出了一種爬壁機器人，其安裝有前述的曲面自適應履帶1。

本實用新型爬壁機器人的工作過程如下：爬壁機器人由左右兩側(cè)履帶1驅(qū)動，控制器通過控制兩側(cè)履帶1的速度差實現(xiàn)爬壁機器人的前進、后退、左旋轉(zhuǎn)、右旋轉(zhuǎn)。圖3中箭頭所指作為爬壁機器人前進方向，相反方向為后退方向。當爬壁機器人兩側(cè)的履帶1以相同速度向前運動時，履帶1的受力為向前的摩擦力。此時履帶片單元20上的滾輪26所受力的方向為輪軸方向，因此滾輪26不產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，而是跟接觸表面產(chǎn)生摩擦力推動機器人向前運動。當兩側(cè)履帶1以相同速度向后運動時，原理與向前運動相同，履帶片單元20上的滾輪26產(chǎn)生摩擦力。當兩側(cè)履帶1同時向前運動，且左側(cè)履帶1速度小于右側(cè)履帶1速度時，爬壁機器人將向左轉(zhuǎn)動。此時左側(cè)履帶1幾何中心前后部分的受力狀態(tài)將相反，左側(cè)履帶1幾何中心前半部分受到轉(zhuǎn)彎力矩作用受到的是向左的力，后半部分受到的是向右的力。該力反應到履帶片單元20上，即滾輪26受到了輪子切向方向的力，因此滾輪26將發(fā)生滾動。因為同一對接觸面間滾動摩擦力遠小于滑動摩擦，所以轉(zhuǎn)向所需的轉(zhuǎn)矩相較于不使用滾輪的履帶將較小。這是本實用新型所具有的一個優(yōu)勢，在前進和后退的時候提供摩擦力，在轉(zhuǎn)向中減小摩擦力，便于履帶式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向。

爬壁機器人的另一個優(yōu)勢是可以實現(xiàn)曲面適應和一定高度的障礙跨越。如前所述，履帶片單元20中有可以壓縮的彈簧24，滾輪26受到滑動桿25軸向方向的力時會迫使彈簧24壓縮而連接板23的空間位置不發(fā)生改變。當爬壁機器人在平面上時，所有的連接板23受到同等的支持力，導致彈簧24會有部分壓縮。壓縮所產(chǎn)生的合力與爬壁機器人自重相等。當爬壁機器人在遇到障礙時，障礙上方的履帶片單元20彈簧24會得到最大程度的壓縮，從而確保其他履帶片單元20可以與壁面保持接觸，產(chǎn)生足夠的吸力。履帶1可以跨越的障礙物高度取決于彈簧24的最大壓縮行程，當障礙物的高度超過彈簧24的壓縮行程時，履帶1變得沒有彈性，從而退化成一個剛體，障礙物會把整個爬壁機器人底盤抬起，使吸引力失效。

本實用新型僅以上述實施例進行說明，各部件的結(jié)構(gòu)、設置位置及其連接都是可以有所變化的，在本實用新型技術方案的基礎上，凡根據(jù)本實用新型原理對個別部件進行的改進和等同變換，均不應排除在本實用新型的保護范圍之外。