[實用新型]一種磁吸附式爬壁機器人

有效

• 申請號: 201921624703.6
• 申請日: 2019-09-27
• 公開（公告）號: CN210680977U
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 何明達;郭為忠;張少泓;來志敏;劉洋洋;張子辰;王文聰
• 申請（專利權）人: 核星核電科技（海鹽）有限公司;上海交通大學
• 主分類號: B62D57/024
• 分類號: B62D57/024
• 代理公司: 杭州之江專利事務所(普通合伙) 33216
• 代理人: 朱楓

本實用新型公開了一種磁吸附式爬壁機器人，包括機身、懸架、車輪、驅動機構，車輪為磁性輪，安裝在懸架上，通過驅動機構驅動，所述的車輪分為三組，分別為前輪、中輪、后輪，相應地懸架也分為前懸架、中懸架、后懸架；前懸架與中懸架之間通過轉動副連接，可相對轉動；中懸架與后懸架之間通過直線副連接，可相對平移。本實用新型的爬壁機器人中的被動式懸架結構，可以保證機器人運動過程中各個車輪始終與壁面接觸，且變形后懸架不會產生其它作用力影響吸附機構，保證機器人在小曲率的復雜壁面上運動過程中各個車輪始終吸附在壁面上。

技術領域

本實用新型屬于機器人技術領域，具體涉及一種適用于小曲率壁面的磁吸附式爬壁機器人。

背景技術

隨著爬壁機器人對吸附穩定性要求的日益提高，被動式懸架因為其被動變形的穩定性、較低的剛度以及無需額外的控制系統等優點，越來越受到人們的重視。與傳統懸架相比，被動式懸架可以進一步提高爬壁機器人運動過程中的吸附穩定性，保證機器人運動過程中各個車輪與壁面之間不發生脫離。

被動式懸架中沒有采用主動控制的驅動去控制懸架變形，因此控制難度上比主動式懸架降低了很多，并且具有穩定的變形能力。運動過程中，被動式懸架的變形驅動力來源于吸附機構與壁面之間的吸附力，在吸附力的作用下被動式懸架能夠完全地適應壁面。

被動式懸架有多種結構形式，包括了鋼板彈簧懸架、空氣彈簧懸架、螺旋彈簧懸架、扭轉彈簧懸架。鋼板彈簧懸架俗稱板簧懸架，由于其剛度和質量較大，且結構體積較大，因此板簧懸架常用于汽車的大型懸架系統；空氣彈簧懸架是以空氣為減震介質制成的彈簧，由于其成本昂貴和結構復雜，還需要搭配空氣壓縮機、儲氣瓶等，空氣彈簧在常規懸架結構中具有較大應用難度；螺旋彈簧懸架的結構簡單，易于加工生產，因此應用最為廣泛，其彈性曲線為直線，一定程度上會影響懸架的性能；扭桿彈簧懸架單位質量儲能高，可以有效減少懸架重量，但其較高的成本及安裝設計的復雜性限制了扭桿彈簧的廣泛應用。

被動式懸架的主要研究難點在于被動自由度的設計，懸架的被動自由度將決定懸架在復雜地形上運動過程中的適應能力，過多的被動自由度會導致機構存在一定的冗余自由度，從而機器人的運動不受到控制。設計被動自由度的過程中，需要被動自由度能夠被地形和相關約束力完全限制，以保證機器人運動過程中懸架自由度完全限制的同時，能夠被動地適應地形的變化，從而吸附機構與壁面的距離維持在安全范圍內。

發明內容

針對上述現有技術存在的不足和問題，本實用新型提供一種穩定、可靠的適用于小曲率壁面的磁吸附式爬壁機器人，用于實現爬壁機器人對地形的適應和壁面的吸附。

本實用新型技術方案的具體內容如下：

一種磁吸附式爬壁機器人，包括機身、懸架、車輪、驅動機構，車輪為磁性輪，安裝在懸架上，通過驅動機構驅動，其特征在于：所述的車輪分為三組，分別為前輪、中輪、后輪，相應地懸架也分為前懸架、中懸架、后懸架；前懸架與中懸架之間通過轉動副連接，可相對轉動；中懸架與后懸架之間通過直線副連接，可相對平移。

進一步地，前懸架有效長度等于中懸架與后懸架的有效長度之和，懸架通過懸架機身連接支座與機身相連，兩個懸架機身連接支座分別連接在前懸架有效長度中點處，及中懸架與后懸架有效長度之和的中點處。

進一步地，車輪具有傾轉自由度；所述驅動機構包括驅動電機、電機固定座和法蘭軸承，所述驅動電機安裝在電機固定座上，車輪安裝在驅動電機的轉軸上，電機固定座通過法蘭軸承與懸架相連接。

本實用新型的爬壁機器人中的被動式懸架結構，可以保證機器人運動過程中各個車輪始終與壁面接觸，且變形后懸架不會產生其它作用力影響吸附機構，保證機器人在小曲率的復雜壁面上運動過程中各個車輪始終吸附在壁面上；懸架結構中每個車輪都具有一個沿前進方向旋轉的傾轉自由度，當車輪一側位于壁面凸起位置上時，能夠通過車輪的傾轉保證車輪的另一側與壁面接觸，進而減小因車輪部分懸空造成的吸附力不足和打滑問題。