[發明專利]具有曲面自適應吸附的磁輪式爬壁機器人

有效

• 申請號: 201210540925.6
• 申請日: 2012-12-13
• 公開（公告）號: CN103009373A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 蘇亮;李國清;鄧民勝;莫光軼
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B25J5/00
• 分類號: B25J5/00;B62D57/024
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 周烽

技術領域

本發明屬于機器人領域，涉及一種機器人，尤其涉及一種具有曲面自適應吸附的磁輪式爬壁機器人。

背景技術

空間網格結構具有跨度大、重量輕、施工安裝簡便和布置靈活等特點，不僅廣泛應用于體育館、展覽館、車站候車大廳等公共建筑，也大量應用于倉庫、飛機庫、廠房等工業建筑中。環境侵蝕、材料老化以及復雜荷載等因素的耦合作用，將不可避免地導致空間網格結構的損傷積累和抗力衰減，極端情況下甚至引起結構的整體失效，造成重大安全事故。因此，為保證空間網格結構的安全服役，必須定期對空間網格結構進行檢測維護。為此，我們以期發明一種可在空間網格結構上爬行的爬壁機器人，搭載加速度傳感器、攝像頭等檢測設備，為網格結構的健康檢測提供先進的儀器設備裝置。

空間網格結構主要由圓鋼管與球節點所組成。同一網格結構中所采用的鋼管直徑變化范圍較大，與此同時，球節點的直徑大于相交鋼管的直徑。鑒于這樣的特點，適合在空間網格結構中爬行作業的機器人必須滿足兩個基本條件：具有較好的曲面自適應吸附能力；具有逾越球節點的越障能力。

現有的爬壁機器人主要有足式爬壁機器人、輪式爬壁機器人和履帶式爬壁機器人等三大類。

足式爬壁機器人是靠足部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，多采用真空吸附或者電磁鐵吸附。申請號200910078568.4的專利文獻涉及的“無障礙恒速爬行機器人”，提供一種真空吸附爬壁機器人，可在非鐵磁性材料表面進行勻速直線運動、轉彎和跨越障礙。但是其只適合在光滑平整表面爬行。另外，足式爬壁機器人步法控制比較復雜，運動靈活性不好，而且產生吸附力需要消耗電能，存在意外斷電造成的安全隱患。

輪式爬壁機器人是靠磁輪或者磁性車架的吸附力吸附在導磁面上。申請號200510086382.5的專利文獻涉及的“一種具有曲面自適應能力的磁吸附爬壁機器人”，其特點是通過細分永磁吸附裝置，增加活動鉸連接，以適應曲面曲率變化，具有負載能力強、運動靈活和一定的曲面自適應能力等特點。但是由于永磁吸附裝置的萬向輪較小，決定了其無法逾越如空間球節點這樣的具有較大交角范圍的相交壁面障礙。

履帶式爬壁機器人是靠安裝在履帶式移動機構上的吸附單元吸附在壁面上的。申請號200410033770.2的專利文獻涉及的“一種變結構履帶式爬壁機器人”，該履帶式爬壁機器人在履帶中增加了與帶輪活動鏈接的可伸縮支撐桿，可靈活而大幅度地改變履帶的形狀，從而能夠在曲面半徑較小的曲面上穩定行走，以及在具有較大交角范圍的相交壁面之間過渡。但是其機構復雜、體型較大、運動靈活性較差，特別是在轉向時，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，轉向的靈活性差。

綜上所述，上述各爬壁機器人均未能滿足在空間網格結構上爬行的兩個基本條件，因此也未能為空間網格結構健康檢測的工程應用提供服務。

發明內容

本發明的目的是為克服現有技術的不足和缺陷，以實現爬行機器人在空間網格結構健康檢測的工程應用，提供了一種具有曲面自適應吸附的磁輪式爬壁機器人，使其具有較好的曲面自適應吸附能力和逾越球節點的越障能力，搭載加速度傳感器實現無線檢測空間網格結構之功用。

本發明的目的通過以下技術方案實現：一種具有曲面自適應的磁輪式爬壁機器人，它包括具有曲面自適應吸附的移動平臺、加速度傳感器、無線通訊模塊、攝像頭、攝像頭支架、電源和上位機；其中，加速度傳感器、無線通訊模塊和攝像頭支架均固定在移動平臺上，攝像頭安裝在攝像頭支架上，攝像頭、加速度傳感器與無線通訊模塊相連，無線通訊模塊與上位機無線通信；所述具有曲面自適應吸附的移動平臺包括兩個曲面自適應車架和四個磁性驅動輪單元；每個曲面自適應車架上對稱布置固定安裝兩個磁性驅動輪單元，兩個曲面自適應車架由活頁鉸鏈鉸接。

進一步地，所述磁性驅動輪單元包括電機，由電機驅動的輪轂，安裝在輪轂外表面的彈性永磁吸附層。

進一步地，所述彈性永磁吸附層包括彈性鐵片基層和彈性鐵片基層上均勻粘貼的永磁鐵。

進一步地，所述永磁鐵可采用釹鐵硼稀土永磁鐵。

進一步地，所述彈性鐵片基層可采用具有彈性的0.1mm鐵片加工而成。

本發明相對于現有技術，具有以下有益效果：

（1）大跨空間結構的健康服役問題一直是備受關注的工程問題。利用無線爬壁機器人進行大跨空間網格結構的健康檢測，可以大大減輕監測人員的勞動負荷和勞動危險性，具有明顯的經濟性。