[發(fā)明專利]一種曲面自適應吸附式全方位移動平臺

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610314521.3
• 申請日: 2016-05-13
• 公開（公告）號: CN105945890B
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發(fā)明（設計）人: 彭波;官雪梅;于信賓;莫堃;董娜;鄧超
• 申請（專利權）人: 中國東方電氣集團有限公司
• 主分類號: B25J5/00
• 分類號: B25J5/00;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(fā)明涉及特種機器人技術領域，尤其涉及一種用于特種移動機器人的曲面自適應吸附式全方位移動平臺。

背景技術

作為機器人技術領域的重要分支，磁吸附式爬壁機器人是一類特種移動作業(yè)機器人，是一種設計用來在危險和極限工況下，在導磁性壁面上進行特定作業(yè)的一種自動化機電裝置，它可以在豎直壁面、傾斜壁面甚至容器頂面全方位地運動，能攜帶工具完成特定的任務，如鋼板焊接、表面打磨、檢測等。

其功能的特殊性決定了系統的復雜性，使之成為綜合的多學科交叉技術，融合了物理、機械、自動控制、計算機技術、傳感及通訊技術等專業(yè)知識。這些技術的應用不僅僅是簡單疊加，其中涉及相互耦合和系統穩(wěn)定性問題，所以爬壁機器人研發(fā)難度較大。但是爬壁機器人極大地拓展了機器人的可達空間和工作范圍，具有廣闊的應用前景，因此獲得了科研人員和工業(yè)領域的重視。目前磁吸附爬壁機器人在電力設備制造、核工業(yè)、石化工業(yè)、造船業(yè)等現代生產活動中獲得成功的試應用，完成諸如鐵磁性結構和容器的生產施工、檢測等工作。

經文獻檢索與分析發(fā)現，現有的磁吸附式爬行機器人普遍存在著曲面適應性不足的問題，當機器人在曲率壁面上運動時，容易發(fā)生無法通過、磕碰底盤、吸附滑落甚至整體傾覆的風險。

如專利文獻201210185680.X公開了一種差速驅動的吸附式移動機器人，其主要技術方案為：采用三輪拓撲結構，兩個后輪作為驅動輪，前輪為輔助穩(wěn)定和轉向輪，采用永磁氣隙吸附裝置，前后輪通過剛性車架連接，利用后輪差動方式實現在導磁壁面上的轉向。其特點是磁能利用率高、負載能力較強，但前后輪采用剛性連接，永磁吸附氣隙不可調，不能適應曲面運動的要求。

發(fā)明內容

為克服現有磁吸附爬壁機器人存在的上述不足，提出一種曲面自適應吸附式全方位移動平臺，能夠適應曲率壁面，保持平穩(wěn)吸附，并避免底盤與壁面的干涉碰撞，實現在曲率壁面上的可靠靈活移動，從而解決現有技術中存在的問題。

為實現上述目的，本發(fā)明的技術方案如下。

一種曲面自適應吸附式全方位移動平臺，其特征在于：采用三輪或四輪拓撲結構，包括模塊化的前輪轉向模塊、模塊化的后輪驅動模塊、車架和運動控制系統。

所述前輪轉向模塊為驅動轉向一體化的模塊，所述模塊化的前輪轉向模塊包括氣隙式磁吸附組件、驅動與傳動裝置、基準安裝板、轉向車輪和轉向架，所述轉向車輪通過車軸連接在轉向架上，所述轉向架下端與氣隙式磁吸附組件固接，所述轉向架上端與所述驅動與傳動裝置的輸出端連接并受其驅動轉向，所述基準安裝板通過定位基準精確連接所述驅動與傳動裝置。從而形成一體化獨立的驅動轉向集成功能模塊。

進一步地，所述氣隙式吸附組件為磁吸附結構，包括軛鐵背板和陣列排布的永磁體，所述永磁體固定在軛鐵背板上，在軛鐵背板上設置有防止磁體竄動的定位槽，所述永磁體布置在轉向車輪四周，使得轉向車輪和鐵磁性壁面保持合適的氣隙距離。

進一步地，所述驅動與傳動裝置包括前輪伺服電機和與之依次相連的一級同步齒形帶傳動和二級諧波齒輪傳動。伺服電機的輸入通過一級同步齒形帶傳動、二級諧波齒輪傳動的柔輪進行放大輸出。

進一步地，所述基準安裝板為安裝前輪轉向模塊的安裝定位板，設置有作為定位基準的定位槽和定位孔。

所述后輪驅動模塊為集成了驅動的一體式模塊，所述模塊化的后輪驅動模塊包括曲面適應裝置和驅動車輪的吸附與驅動裝置；所述吸附與驅動裝置為左、右兩個，均通過定位基準安裝到端板上，端板再通過銷軸連接至曲面適應裝置，受其驅動，以適應曲率壁面。端板的中部連接到支座上。所述吸附與驅動裝置包括驅動伺服電機、直角行星減速機、端板、驅動車輪和氣隙式吸附組件，驅動伺服電機輸出軸接在所述直角行星減速機的一端，直角行星減速機固定在所述端板上，直角行星減速機輸出軸穿過軸承座，和驅動車輪通過自動對心的脹緊套連接；端板的下部與氣隙式吸附組件連接，端板中部連接到所述支座的軸上，端板上部通過銷軸連接至所述曲面適應裝置。

所述后輪驅動模塊整體為集成了驅動的一體式模塊，左車輪吸附與驅動裝置和右車輪吸附與驅動裝置受曲面適應裝置的驅動，同步調節(jié)軸線夾角，以適應曲面運動要求，保持通過性和穩(wěn)定吸附性能。軸線具體是指左、右車輪的輪軸線的夾角，車輪在平直壁面上行進時，兩軸是重合的，在曲面上時調節(jié)此角度，從而改變吸附氣隙以適應曲面。