[發(fā)明專利]一種曲面自適應(yīng)輪式爬壁機器人及其工作方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111546706.4
• 申請日: 2021-12-16
• 公開（公告）號: CN114084242A
• 公開（公告）日: 2022-02-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王興東;方軍;唐偉;吳宗武;劉勝利;楊雅倫
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢科技大學(xué)
• 主分類號: B62D57/024
• 分類號: B62D57/024;H04N5/225;H04N7/18;H04W4/02;G08C17/02
• 代理公司: 北京哌智科創(chuàng)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11745
• 代理人: 張元媛

本發(fā)明公開了一種曲面自適應(yīng)輪式爬壁機器人，具體涉及工業(yè)機器人設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，包括車身、行走移動機構(gòu)、輪臂四桿機構(gòu)、永磁吸附力可調(diào)機構(gòu)、傳感器及控制裝置；行走移動機構(gòu)由三個獨立驅(qū)動的萬向輪移動模塊組成，分別位于車身的正前方及后方左右兩側(cè)；輪臂四桿機構(gòu)由滾珠絲杠裝置、拉桿、連接架及鉸接固定板組成。本發(fā)明可以根據(jù)輪臂張角可調(diào)的范圍并配合激光測徑儀，可以使移動模塊適應(yīng)不同曲率的管徑，通過滾珠絲杠機構(gòu)改變吸附模塊與壁面之間的間隙，調(diào)節(jié)磁吸附力的大小，從而進一步提高爬壁機器人的整體適應(yīng)性及運動性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及工業(yè)機器人設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，本發(fā)明涉及一種曲面自適應(yīng)輪式爬壁機器人。

背景技術(shù)

隨著移動機器人的迅速發(fā)展，可應(yīng)用于管道及壁面上移動的爬壁機器人得到了國內(nèi)外各界的高度重視，并逐漸在軍事、工業(yè)以及民用等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在許多大型石化管道焊縫檢測方面，傳統(tǒng)人工檢測成本高、效率低、危險系數(shù)高，因此，使用爬壁機器人代替人工進行管道表面缺陷檢測具有重要意義。

目前，爬壁機器人技術(shù)的研究主要集中在移動技術(shù)和吸附技術(shù)。在移動技術(shù)方面，輪式爬壁機器人因其結(jié)構(gòu)簡便，運動靈活性好，應(yīng)用的較為廣泛。在吸附技術(shù)方面，對于鐵壁表面，磁吸附為爬壁機器人較為常用吸附方式。其中磁吸附主要分為電磁吸附和永磁吸附，在應(yīng)用方面，永磁吸附相較于電磁吸附來說磁吸附力更為穩(wěn)定，且無需額外供電，因此應(yīng)用也更為廣泛。

針對現(xiàn)有永磁吸附輪式爬壁機器人存在的問題進行研究，主要可分為以下幾種：

(1)在滿足對壁面吸附力的情況下，運動靈活性較差、轉(zhuǎn)向半徑大。

(2)爬壁機器人在作業(yè)時，負載能力較差，無法攜帶工具作業(yè)。

(3)運動穩(wěn)定性較差，對于曲面、凹凸面等非常規(guī)作業(yè)環(huán)境，爬壁機器人的適應(yīng)性不強，容易發(fā)生翻轉(zhuǎn)、跌落等情況。

(4)磁吸附力不可調(diào)，面對不同傾斜程度的鐵壁面，爬壁機器人所需的磁吸附力也不同，根據(jù)爬壁機器人所處工作壁面位置的不同來調(diào)節(jié)磁吸附力的大小，可以有效減小能源消耗，提升作業(yè)效率，便于拆卸。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明的實施例提供一種曲面自適應(yīng)輪式爬壁機器，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種曲面自適應(yīng)輪式爬壁機器人，包括車身、行走移動機構(gòu)、輪臂四桿機構(gòu)、永磁吸附力可調(diào)機構(gòu)、傳感器及控制裝置。

車身整體為一塊350×280×5mm大小的矩形板，采用6061鋁合金材料，具有較好的強度且材料重量較輕，車身上設(shè)有減重孔，有助于減輕整體重量且便于控制系統(tǒng)布線。

所述傳感器及控制裝置，包括：整體控制系統(tǒng)、激光測徑儀、攝像頭、控制天線和舵機，整體控制系統(tǒng)安裝在車身中間位置，用于接收和發(fā)出指令信號；激光測徑儀安裝在車身后方，用于檢測管壁的曲率；攝像頭位于車身正前方處，并通過舵機調(diào)整其角度，用于觀察爬壁機器人前方路況；在車身左側(cè)裝有一根控制天線，可用于接收和傳輸無線射頻信號。

整體控制系統(tǒng)的主控芯片CPU可采用STM32F103VET6，通過2.4G無線射頻信號進行遙控，并將攝像頭圖像、機器人位置信號和實時速度監(jiān)測等數(shù)據(jù)傳回到遙控端。

行走移動機構(gòu)共由三個獨立驅(qū)動的萬向輪移動模塊組成，分別位于車身的正前方及后方左右兩側(cè)，每個萬向輪移動模塊均包括：安裝板、U形架、萬向輪、驅(qū)動電機、換向電機和彈簧；

所述萬向輪轉(zhuǎn)動安裝在所述U形架內(nèi)，所述驅(qū)動電機輸出軸與萬向輪連接，所述U形架上方安裝有換向電機，所述彈簧套設(shè)在所述換向電機外側(cè)，所述換向電機上方固定設(shè)置有所述安裝板，正前方的萬向輪移動模塊通過所述安裝板固定安裝在車身下表面。