[發明專利]具有小折疊尺寸機械手臂的全驅動磁吸附式多功能爬壁機器人

有效

• 申請號: 201210185012.7
• 申請日: 2012-06-07
• 公開（公告）號: CN102700646A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 桂仲成;栗園園;陳博翁;官雪梅;莫堃;張帆;賀驥;李永龍
• 申請（專利權）人: 中國東方電氣集團有限公司
• 主分類號: B62D57/024
• 分類號: B62D57/024
• 代理公司: 成都天嘉專利事務所(普通合伙) 51211
• 代理人: 蘇丹

技術領域

本發明屬于特種機器人技術領域，具體來說是一種具有小折疊尺寸機械手臂的全驅動磁吸附式多功能爬壁機器人。

背景技術

磁吸附爬壁機器人是特種機器人的一種，其主要特點是能夠在船舶等大型結構件，以及電站水輪機葉片等人員難以現場維護的結構件的導磁壁面爬行，并完成多種作業方式（如焊接、打磨、缺陷檢測、夾取等）的一種自動化機械裝置。

爬壁機器人應具有吸附、移動和作業三種功能。吸附功能應確保其可靠地吸附在結構件導磁壁面，在移動和作業時不會掉落；移動功能應使其具備前后移動、左右轉動功能，移動過程穩定，且能適應不同曲率的作業壁面。

爬壁機器人常見的吸附方式有：固定軌道式、真空吸附、磁足式磁吸附、履帶式磁吸附、磁輪式磁吸附以及間隙式磁吸附五大類。與吸附方式相匹配的移動方式有：導軌式、足式、履帶式和輪式四大類；作業機構通常是直角坐標系機械手臂或多關節機械手臂。

固定軌道式吸附方式需事先在作業表面鋪設軌道，不利于靈活操作；真空吸附方式靠真空吸盤吸附在結構表面，需要的吸附設備較多，且真空吸盤吸附后不便于移動；磁足式磁吸附方式是靠磁足提供的吸附力吸附在壁面上，由于其行走特點決定了其吸附力必須可調，多采用電磁鐵提供吸附力，如日本日立公司研制的八足磁吸附爬壁機器人。足式爬壁機器人步法控制比較復雜，運動靈活性不好。另外，采用電磁鐵提供吸附力，需要消耗電能，且存在意外斷電造成的安全隱患；磁輪式磁吸附方式是靠磁輪的吸附力吸附在導磁壁面上。申請日為2004年1月5日、申請號為200410016429.6的專利文獻涉及的“磁輪吸附式爬壁機器人”，其技術方案為：包括左輪結構、支承架、檢測結構、滾輪、碼盤、位置校正結構、右輪結構，左輪結構和右輪結構相同，對稱固定在支承架的兩側，檢測結構固定在支承架的前邊，滾輪和碼盤固定在支承架的中間，位置校正結構連接在支承架最右側，其可適應壁面的曲率，繞支承架作一定角度的轉動，在機器人運動過程中校正機器人的位姿。本發明可完成石油筒壁等危險環境中的焊縫檢測。上述發明的特點是運動靈活性較好，但是由于磁輪的有效吸附面積小，磁能利用率不高，負載能力較差。

履帶式磁吸附爬壁機器人是靠安裝在履帶式移動機構上的吸塊吸附在導磁壁面上。申請日為2000年1月26日、申請號為00200795.9的專利文獻涉及的“履帶式永磁爬壁機構”，其主要技術方案為：本爬行機構由車體，動力部分和行走機構三部分組成，車體是一個箱形柔性結構，在內部安裝動力部分，動力部分是兩個電動機及其減速機構，其輸出軸分別帶動車體兩側的主動鏈輪。行走機構安置在車體兩側，由主動鏈輪，導輪，永磁鐵及鏈條張緊機構組成，每一主動鏈輪帶動三根封閉式鏈條，在三根鏈條之間的兩個間隙處，沿鏈條全長視負重均勻布置永磁鐵。其特點是負載能力強，但是其運動靈活性較差，特別是在進行轉向運動時，由于履帶和導磁壁面之間接觸面積大，轉向阻力大，轉向半徑大，轉向靈活性差。

間隙吸附式爬壁機器人是靠安裝在底盤上的與導磁壁面間具有一定間隙的永磁體吸附在導磁壁面上。申請日為2005年10月8日、申請號為200510086383.X的專利文獻涉及的“輪式非接觸磁吸附爬壁機器人”，其技術方案為：包括輪式移動機構和永磁吸附裝置，輪式移動機構包括底盤、安裝在底盤上的驅動機構、由驅動機構驅動的驅動輪。所述驅動輪對稱布置，采用差動驅動方式，依靠驅動輪的差速實現在導磁壁面上的轉向；永磁吸附裝置安裝在所述底盤上，所述永磁吸附裝置和導磁壁面間是非接觸的，磁能利用率高，吸附能力強。上述專利特點是吸附力大，但是由于所有的驅動輪都是不能相對車體轉向的圓柱輪，轉向阻力大，轉向靈活性差。

直角坐標系機械手臂由直線運動副構成，申請日為2006年10月30日、申請號為200620149190.4的專利文獻涉及的“多軸式機械手臂”，其特點是有三個直線運動副構成，可實現空間任意位置的作業，結構簡單，成本較低，但本身占用體積較大，末端工作裝置無法變化角度。多關節機械手臂由多個轉動副構成，動作靈活，占用體積小，但目前未見具有小折疊尺寸機械手臂應用在磁吸附式爬壁機器人領域的報道。

綜上所述，現有的機械手臂爬壁機器人體積較大，末端工作裝置無法任意變化角度，還有運動靈活性較好而負載能力差，或者是負載能力強而運動靈活性差，未能較好地解決爬壁機器人移動和吸附的矛盾，綜合性能不好。

發明內容