[實(shí)用新型]具有多自由度機(jī)械手臂的全驅(qū)動磁吸附式多功能爬壁機(jī)器人

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201220265331.4
• 申請日: 2012-06-07
• 公開（公告）號: CN202805181U
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 桂仲成;陳博翁;栗園園;官雪梅;張帆;李永龍;徐立強(qiáng);金之鉑;徐進(jìn)峰
• 申請（專利權(quán)）人: 中國東方電氣集團(tuán)有限公司
• 主分類號: B25J5/00
• 分類號: B25J5/00;B25J18/02;B62D57/024
• 代理公司: 成都天嘉專利事務(wù)所(普通合伙) 51211
• 代理人: 蘇丹

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于特種機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體來說是一種具有多自由度機(jī)械手臂的全驅(qū)動磁吸附式多功能爬壁機(jī)器人。

背景技術(shù)

磁吸附爬壁機(jī)器人是特種機(jī)器人的一種，其主要特點(diǎn)是能夠在船舶等大型結(jié)構(gòu)件，以及電站水輪機(jī)葉片等人員難以現(xiàn)場維護(hù)的結(jié)構(gòu)件的導(dǎo)磁壁面爬行，并完成多種作業(yè)方式（如焊接、打磨、缺陷檢測、夾取等）的一種自動化機(jī)械裝置。

爬壁機(jī)器人應(yīng)具有吸附、移動和作業(yè)三種功能。吸附功能應(yīng)確保其可靠地吸附在結(jié)構(gòu)件導(dǎo)磁壁面，在移動和作業(yè)時不會掉落；移動功能應(yīng)使其具備前后移動、左右轉(zhuǎn)動功能，移動過程穩(wěn)定，且能適應(yīng)不同曲率的作業(yè)壁面。

爬壁機(jī)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(dǎo)軌式、足式、履帶式和輪式四大類；作業(yè)機(jī)構(gòu)通常是直角坐標(biāo)系機(jī)械手臂或多關(guān)節(jié)機(jī)械手臂。

磁足式爬壁機(jī)器人是靠磁足提供的吸附力吸附在壁面上，由于其行走特點(diǎn)決定了其吸附力必須可調(diào)，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(jī)器人。足式爬壁機(jī)器人步法控制比較復(fù)雜，運(yùn)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。

磁輪式爬壁機(jī)器人是靠磁輪的吸附力吸附在導(dǎo)磁壁面上。申請日為2004年1月5日、申請?zhí)枮?00410016429.6的專利文獻(xiàn)涉及的“磁輪吸附式爬壁機(jī)器人”，其技術(shù)方案為：包括左輪結(jié)構(gòu)、支承架、檢測結(jié)構(gòu)、滾輪、碼盤、位置校正結(jié)構(gòu)、右輪結(jié)構(gòu)，左輪結(jié)構(gòu)和右輪結(jié)構(gòu)相同，對稱固定在支承架的兩側(cè)，檢測結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)連接在支承架最右側(cè)，其可適應(yīng)壁面的曲率，繞支承架作一定角度的轉(zhuǎn)動，在機(jī)器人運(yùn)動過程中校正機(jī)器人的位姿。本發(fā)明可完成石油筒壁等危險(xiǎn)環(huán)境中的焊縫檢測。上述發(fā)明的特點(diǎn)是運(yùn)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(fù)載能力較差。

履帶式磁吸附爬壁機(jī)器人是靠安裝在履帶式移動機(jī)構(gòu)上的吸塊吸附在導(dǎo)磁壁面上。申請日為2000年1月26日、申請?zhí)枮?0200795.9的專利文獻(xiàn)涉及的“履帶式永磁爬壁機(jī)構(gòu)”，其主要技術(shù)方案為：本爬行機(jī)構(gòu)由車體，動力部分和行走機(jī)構(gòu)三部分組成，車體是一個箱形柔性結(jié)構(gòu)，在內(nèi)部安裝動力部分，動力部分是兩個電動機(jī)及其減速機(jī)構(gòu)，其輸出軸分別帶動車體兩側(cè)的主動鏈輪。行走機(jī)構(gòu)安置在車體兩側(cè)，由主動鏈輪，導(dǎo)輪，永磁鐵及鏈條張緊機(jī)構(gòu)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(fù)重均勻布置永磁鐵。其特點(diǎn)是負(fù)載能力強(qiáng)，但是其運(yùn)動靈活性較差，特別是在進(jìn)行轉(zhuǎn)向運(yùn)動時，由于履帶和導(dǎo)磁壁面之間接觸面積大，轉(zhuǎn)向阻力大，轉(zhuǎn)向半徑大，轉(zhuǎn)向靈活性差。

間隙吸附式爬壁機(jī)器人是靠安裝在底盤上的與導(dǎo)磁壁面間具有一定間隙的永磁體吸附在導(dǎo)磁壁面上。申請日為2005年10月8日、申請?zhí)枮?00510086383.X的專利文獻(xiàn)涉及的“輪式非接觸磁吸附爬壁機(jī)器人”，其技術(shù)方案為：包括輪式移動機(jī)構(gòu)和永磁吸附裝置，輪式移動機(jī)構(gòu)包括底盤、安裝在底盤上的驅(qū)動機(jī)構(gòu)、由驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動的驅(qū)動輪。所述驅(qū)動輪對稱布置，采用差動驅(qū)動方式，依靠驅(qū)動輪的差速實(shí)現(xiàn)在導(dǎo)磁壁面上的轉(zhuǎn)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(dǎo)磁壁面間是非接觸的，磁能利用率高，吸附能力強(qiáng)。上述專利特點(diǎn)是吸附力大，但是由于所有的驅(qū)動輪都是不能相對車體轉(zhuǎn)向的圓柱輪，轉(zhuǎn)向阻力大，轉(zhuǎn)向靈活性差。

直角坐標(biāo)系機(jī)械手臂由直線運(yùn)動副構(gòu)成，申請日為2006年10月30日、申請?zhí)枮?00620149190.4的專利文獻(xiàn)涉及的“多軸式機(jī)械手臂”，其特點(diǎn)是有三個直線運(yùn)動副構(gòu)成，可實(shí)現(xiàn)空間任意位置的作業(yè)，結(jié)構(gòu)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(guān)節(jié)機(jī)械手臂由多個轉(zhuǎn)動副構(gòu)成，動作靈活，占用體積小，但目前未見多關(guān)節(jié)機(jī)械手臂用在磁吸附式爬壁機(jī)器人領(lǐng)域的報(bào)道。

綜上所述，現(xiàn)有的機(jī)械手臂爬壁機(jī)器人本身占用體積較大，末端工作裝置無法變化角度，還有運(yùn)動靈活性較好而負(fù)載能力差，或者是負(fù)載能力強(qiáng)而運(yùn)動靈活性差，未能較好地解決爬壁機(jī)器人移動和吸附的矛盾，并且綜合性能不好。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是為克服已有技術(shù)在運(yùn)動靈活性和負(fù)載能力兩方面綜合性能的不足，解決爬壁機(jī)器人吸附和移動的矛盾，并且針對機(jī)械手臂靈活性存在不足的問題，提供一種能夠在導(dǎo)磁壁面上可靠地吸附并靈活移動，能夠?qū)崿F(xiàn)多種作業(yè)方式，小巧靈活的具有多自由度機(jī)械手臂的全驅(qū)動磁吸附式多功能爬壁機(jī)器人。