类轮式爬壁机器人的制作方法

类轮式爬壁机器人的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种类轮式爬壁机器人，包括机体，在所述机体的尾端设有平衡装置，在所述机体的左右两侧设有对称布置的类轮结构，每个所述类轮结构均安装在一驱动轴上，所述驱动轴安装在所述机体上；所述类轮结构设有套装在对应所述驱动轴上的轮轴座和周向均布固定在所述轮轴座上的3～5个轮辐，所述轮辐采用弧形曲面结构，且在所述弧形曲面结构的外侧设有吸附结构，所述吸附结构与墙面的接触面积大于所述轮辐与所述吸附结构的接触面积，相邻的两个所述轮辐之间设有跨距。本发明运动速度快、越障能力强、接触面积大、吸附性强。
【专利说明】类轮式爬壁机器人
【技术领域】
[0001]本发明涉及机器人领域，具体是一种类轮式爬壁机器人。
【背景技术】
[0002]爬壁机器人具有垂直壁面上移动与吸附两大功能，可代替人工进行核工程、消防工程等大型设备维护，高层建筑清洁，悬崖峭壁攀越等危险极限环境作业，应用前景广泛。目前，爬壁式机器人移动结构主要有足式、履带式、轮式三类，采用的吸附结构主要有真空吸附式和磁吸附式。
[0003]足式爬壁机器人是爬壁机器人中最为常见的一种形式，通常在其足部安装真空吸盘，具有运动平稳、吸附能力强、越障性能好等优点，但此类爬壁机器人能耗大、爬行速度较慢且控制系统较复杂。如申请号为200710075780.6名称为“一种爬墙多功能机器人”的发明专利，含有12条机械腿，该机器人可平稳运动于具有拼接缝隙的墙面，通过实时监测机械腿末端真空吸盘的负压状态，保证其吸附可靠性，然而该实时监测结构能耗较大，影响爬行效率。
[0004]履带式爬壁机器人一般在履带上安装真空吸盘或磁吸附装置。与足式爬壁机器人相比，履带式爬壁机器人运动速度较快，控制系统较简单但机动性能较差，越障能力较弱。如申请号为201210299725.6名称为“一种履带式多吸盘的爬壁机器人”的发明专利，采用单条履带式结构，履带上安装多个独立常闭式真空吸盘，可增强履带吸附能力、提高爬墙速度、降低能耗，然而该机器人只能运动于较平坦的墙面且转弯性能较差。
[0005]轮式爬壁机器人机动性能好，运动速度快，越障能力较强但车轮与壁面接触面积小，墙面吸附能力较差，可与其他类型结合形成复合式结构实现爬壁越障功能。如申请号为201010553115.5名称为“轮足式爬壁机器人机构”的发明专利，结合了轮式移动机构与足式移动机构的优点，移动速度快，越障性能好，足部结构安装真空吸盘，吸附能力强，但此类复合结构组成复杂，控制难度较大。
[0006]上述爬壁机器人在移动和吸附能力方面各有优劣，如何实现爬壁机器人移动速度快的同时吸附稳定可靠仍是这类机器人研究的重心。

【发明内容】

[0007]本发明的目的在于克服现有爬壁机器人移动速度与吸附能力相互制约的问题，结合轮式爬壁机器人的优势，提供一种运动速度快、越障能力强、接触面积大、吸附性能好的类轮式爬壁越障机器人。
[0008]本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是:一种类轮式爬壁机器人，包括机体，在所述机体的尾端设有平衡装置，在所述机体的左右两侧设有对称布置的类轮结构，每个所述类轮结构均安装在一驱动轴上，所述驱动轴安装在所述机体上；所述类轮结构设有套装在对应所述驱动轴上的轮轴座和周向均布固定在所述轮轴座上的3?5个轮辐，所述轮辐采用弧形曲面结构，且在所述弧形曲面结构的外侧设有吸附结构，所述吸附结构与墙面的接触面积大于所述轮辐与所述吸附结构的接触面积，相邻的两个所述轮辐之间设有跨距。
[0009]在所述弧形曲面结构的内部设有加强筋板。
[0010]所述平衡装置包括平衡摆杆，所述平衡摆杆的一端与所述机体的尾端连接，所述平衡摆杆的另一端安装有左右对称的滚轮。
[0011]所述平衡摆杆的一端与所述机体的尾端通过转动副连接，所述转动副的轴线与所述机体的上表面垂直。
[0012]本发明具有的优点和积极效果是:
[0013]I)类轮结构可如正常车轮一般灵活快速实现垂直壁面内的直线移动与转弯功能。
[0014]2)轮辐间存在跨距，可爬越正常车轮无法跨越的障碍物，复杂墙面适应性好。
[0015]3)轮辐呈弧形曲面结构且吸附结构覆盖面积较大，与墙面接触面积大，吸附性能强。
[0016]4)采用类轮结构左右对称布置的形式，重量小，结构简单。
[0017]综上，本发明运动速度快、越障能力强、接触面积大、吸附性强。
【专利附图】

【附图说明】
[0018]图1是本发明的类轮式爬壁机器人的整体结构图；
[0019]图2是本发明的第一种类轮结构示意图；
[0020]图3是本发明的第二种类轮结构示意图；
[0021]图4是本发明的第三种类轮结构示意图。
[0022]图中:1-机体、101-壳体、102-空间三转动摄像头、201-转动副、202-平衡摆杆、203-滚轮、301-第一类轮结构、302-第二类轮结构、303-轮轴座、304-轮辐、305-吸附结构。
【具体实施方式】
[0023]为能进一步了解本发明的
【发明内容】
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下:
[0024]请参阅图1?图2，本发明的类轮式爬壁机器人，包括机体1，在机体I的尾端设有平衡装置，在机体I的左右两侧设有对称布置的类轮结构，每个类轮结构均安装在一驱动轴上，驱动轴安装在机体I上；类轮结构I设有套装在对应驱动轴上的轮轴座303和周向均布固定在轮轴座303上的3?5个轮辐304，轮辐304采用弧形曲面结构，且在弧形曲面结构的外侧设有吸附结构305，吸附结构305与墙面的接触面积大于轮辐304与吸附结构305的接触面积，相邻的两个轮辐304之间设有跨距。
[0025]下面结合每一幅图对本发明的实施例做进一步说明:
[0026]请参阅图1?图4，一种类轮式爬壁机器人，包括机体1、平衡装置和两个类轮结构。
[0027]机体I包括一个壳体101，壳体101上方安装有一空间三转动摄像头102，用于地形探测与环境安全侦测，壳体101内部包含运动控制器和信息传输装置等设备，机体I是类轮式爬壁机器人的运动控制中枢。[0028]平衡装置包括转动副201、平衡摆杆202和两个滚轮203，机体I的尾端通过转动副201连接平衡摆杆202的一端，平衡摆杆202的另一端通过滚轮203与垂直壁面接触，转动副201与机体I的上表面垂直，在类轮结构运动过程中，平衡装置在转动副201的作用下相对机体I左右摆动，保证机体I保持平稳，转动副201可以采用柔性部件代替，例如:柔性橡胶体等，使平衡摆杆与壳体的尾端通过柔性部件连接。
[0029]两个类轮结构分别为:第一类轮结构301和第二类轮结构302 ;第一类轮结构301和第二类轮结构302对称安装于机体I的两侧，均可在驱动轴及其驱动装置的驱动下相对机体I旋转。第一类轮结构301和第二类轮结构302具有相同的结构尺寸，如图2所示，第一类轮结构301和第二类轮结构302均包括轮轴座303、轮辐304与吸附结构305。轮轴座303与固定安装在机体内的驱动电机连接，在轮轴座303的外圆上沿周向对称安装三至五个轮辐304，轮辐304呈弧形曲面结构，如图3和图4所示，轮辐304可以在其弧形曲面结构的内部设有加强筋板，加强筋板可以是如图3所示的弧形板，也可以是如图4所示的直板。在轮辐304的弧形曲面结构的外侧面上安装有吸附结构305，吸附结构305可拆卸，根据垂直墙面的不同情况可采用真空吸盘结构，也可采用磁吸附结构。吸附结构305与墙面的接触面积大于轮辐304与吸附结构305的接触面积，以增强吸附的稳定性。
[0030]上述类轮式爬壁机器人可快速灵活移动于凹凸不平或有拼接缝隙的垂直墙面，对不同摩擦系数的墙面适应度高，具有移动速度快、越障能力强等优势。
[0031]若墙面凹凸不平或有拼接缝隙，由于类轮结构的轮辐304呈弧形曲面结构，在轮轴座303的带动下，类轮结构可如正常轮式装置一般滚动前进于崎岖墙面。同一类轮结构相邻两轮辐304之间设有跨距，因此类轮结构还可跨越正常轮式装置无法攀越的障碍。调节第一类轮结构301和第二类轮结构302的速度，可实现与正常轮式装置一致的差动转弯功能。第一类轮结构301和第二类轮结构302均包括三至五个轮辐304，调节第一类轮结构301和第二类轮结构302的轮辐304的相位，保证行进过程中吸附结构305均吸附在墙面，可使本发明的爬壁越障机器人稳定运动于垂直墙面。
[0032]类轮结构的吸附结构305可拆卸，可对应不同摩擦系数墙面安装对应真空吸盘结构或磁吸附结构。且吸附结构305曲面面积大于轮辐304曲面面积，吸附面积大，吸附能力强。
[0033]值得注意的是，本发明的爬壁越障机器人的描述仅仅是示意性的，不同数目的类轮结构和类轮结构长弧形轮辐的不同设计形式等均可实现相同的运动功能，所以本发明的实施方式并不局限于上述的【具体实施方式】。如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护范围的情况下，做出其他变化或变型，均属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种类轮式爬壁机器人，包括机体，其特征在于，在所述机体的尾端设有平衡装置，在所述机体的左右两侧设有对称布置的类轮结构，每个所述类轮结构均安装在一驱动轴上，所述驱动轴安装在所述机体上；所述类轮结构设有套装在对应所述驱动轴上的轮轴座和周向均布固定在所述轮轴座上的3?5个轮辐，所述轮辐采用弧形曲面结构，且在所述弧形曲面结构的外侧设有吸附结构，所述吸附结构与墙面的接触面积大于所述轮辐与所述吸附结构的接触面积，相邻的两个所述轮辐之间设有跨距。
2.根据权利要求1所述的类轮式爬壁机器人，其特征在于，在所述弧形曲面结构的内部设有加强筋板。
3.根据权利要求1所述的类轮式爬壁机器人，其特征在于，所述平衡装置包括平衡摆杆，所述平衡摆杆的一端与所述机体的尾端连接，所述平衡摆杆的另一端安装有左右对称的滚轮。
4.根据权利要求3所述的类轮式爬壁机器人，其特征在于，所述平衡摆杆的一端与所述机体的尾端通过转动副连接，所述转动副的轴线与所述机体的上表面垂直。
【文档编号】B62D57/024GK103523109SQ201310513105
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月25日 优先权日:2013年10月25日
【发明者】宋轶民, 孙涛, 梁栋, 董罡, 高 浩 申请人:天津大学