專利名稱：多體磁吸附式自適應爬壁機器人的制作方法
多體磁吸附式自適應爬壁機器人技術領域
本發(fā)明屬于特種機器人技術領域，特別涉及一種多體磁吸附式自適應爬壁機器人 的結構設計。
背景技術：
工業(yè)現場存在眾多大型鋼結構構件，如大型球罐、大型鋼結構建筑物、大型水輪 機，這些大型鋼結構構件的加工制造、安裝、維修、噴涂、檢測目前絕大多數仍在采用人工方 式作業(yè)，工人勞動強度極大、工作條件和環(huán)境惡劣、工作中存在較多危險，這些工作需要進 行機器人自動化改造。實際應用中，這些場合往往導磁壁面空間曲面復雜，而且作業(yè)空間狹 小、加工力大?，F有的磁吸附機器人難以用在這樣的環(huán)境中，故需要一種曲面自適應和負載 能力強、體小質輕、靈活性高的磁吸附機器人。
申請?zhí)枮?00510086382. 5的專利文獻中提到了一種具有曲面自適應能力的磁吸 附爬壁機器人；在申請?zhí)枮?00510086383. X的專利文獻中提到了一種非接觸磁吸附輪式 爬壁機器人；200710053422. 5的專利文獻介紹了一種輪式永磁吸附管道爬行機器人。但這 些機器人僅是一個移動平臺，不具備相應的加工機構。
200510027326. 4的專利文獻介紹了一種適用于輕載的基于同步齒形帶的磁吸附 履帶式爬壁機器人，公開號為CN1789062的文獻介紹了一種采用單臂結構的船體表面清刷 用永磁吸附雙履帶機器人。其不適宜于作業(yè)空間小、長距離、大加工力的工作場合。
專利號為CN2779351的文獻介紹一種磁吸附六輪分體躍障式爬壁檢測機器人。該 機器人在各吸附體之間采用的是鉸鏈結構，適用于測量，不能用于加工作業(yè)。
另外，國內外研制的水輪機葉片修復機器人可用于焊接、打磨等工作，但多采用導 軌式，其運動靈活性較差。發(fā)明內容
本技術發(fā)明的目的是針對現有技術的不足，提供一種在空間全位置導磁壁面靈活 移動和轉向、空間曲面自適應，可進行焊接、氣刨、切割、磨削、銑削、檢測、清洗或噴涂作業(yè) 的爬壁機器人，該機器人加工范圍大、負載能力強、運動靈活性好、工作效率高。
本發(fā)明采用如下技術方案
本發(fā)明所述的一種多體磁吸附式自適應爬壁機器人，包括主體裝置和作業(yè)工具， 所述主體裝置包括主體機架、移動機構和主體磁吸附裝置；所述移動機構固定安裝在主體 機架上；所述主體磁吸附裝置通過移動機構與導磁壁面接觸；所述主體磁吸附裝置包括至 少一個主體磁吸附單元，主體磁吸附單元固接或鉸接到主體機架上；所述主體磁吸附單元 包括一塊軛鐵和多塊磁體，軛鐵和磁體組成磁路；
其特征在于所述多體磁吸附式自適應爬壁機器人還包括至少一個從體裝置和至 少一個機械臂，每個從體裝置通過一個機械臂與主體裝置連接；所述的作業(yè)工具安裝在從 體裝置上，通過移動機構與導磁壁面接觸；
每個從體裝置包括從體機架、從體磁吸附裝置和至少三個輔助支撐輪；所述從體 磁吸附裝置包括至少一個從體磁吸附單元，從體磁吸附單元固接或鉸接到從體機架上，從 體機架通過輔助支撐輪與導磁壁面接觸；所述從體磁吸附單元包括一塊軛鐵和多塊磁體， 軛鐵和磁體組成磁路；
每個機械臂包括至少五個連桿、至少二個主動關節(jié)和至少二個被動關節(jié)；機械臂 的第零連桿與所述主體機架固接；機械臂的末端連桿與所述從體機架固接；所述主動關節(jié) 采用由驅動器驅動的主動移動關節(jié)或主動轉動關節(jié)；所述被動關節(jié)為被動轉動關節(jié)。
本發(fā)明所述的一種多體磁吸附式自適應爬壁機器人，其特征在于所述每個機械 臂包含五個連桿、二個主動關節(jié)和二個被動關節(jié)；所述的二個主動關節(jié)分別為X方向和Y方 向移動的主動移動關節(jié)；所述被動關節(jié)為X-Z平面轉動的被動轉動關節(jié)。
本發(fā)明所述的一種多體磁吸附式自適應爬壁機器人，其特征在于所述每個機械 臂包含六個連桿、三個主動關節(jié)和二個被動關節(jié)；所述的三個主動關節(jié)均為X-Y平面轉動 的主動轉動關節(jié)；所述被動關節(jié)為X-Z平面轉動的被動轉動關節(jié)。
本發(fā)明所述的一種多體磁吸附式自適應爬壁機器人，其特征在于所述每個機械 臂包含六個連桿、二個主動關節(jié)和三個被動關節(jié)；所述主動關節(jié)均為X-Y平面轉動的主動 轉動關節(jié)；所述被動關節(jié)中一個或二個為X-Z平面轉動的被動轉動關節(jié)，一個或兩個為Y-Z 平面的被動轉動關節(jié)。
本發(fā)明所述的一種多體磁吸附式自適應爬壁機器人，其特征在于所述每個機械 臂包含六個連桿、二個主動關節(jié)和三個被動關節(jié)；所述的二個主動關節(jié)分別為X方向和Y方 向移動的主動移動關節(jié)；所述被動關節(jié)中一個或二個為Y-Z平面轉動的被動轉動關節(jié)，一 個或兩個為Y-Z平面的被動轉動關節(jié)。
本發(fā)明所述的一種多體磁吸附式自適應爬壁機器人，其特征在于所述每個機械 臂包含六個連桿、二個主動關節(jié)和三個被動關節(jié)；所述的二個主動關節(jié)中一個為X方向或 Y方向移動的主動移動關節(jié)，一個為X-Y平面轉動的主動轉動關節(jié)；所述被動關節(jié)中一個或 二個為X-Z平面轉動的被動轉動關節(jié)，一個或兩個為Y-Z平面的被動轉動關節(jié)。
本發(fā)明所述的一種多體磁吸附式自適應爬壁機器人，其特征在于所述每個機械 臂中含有七個連桿、三個主動關節(jié)和三個被動關節(jié)，連接順序為第零連桿、第一關節(jié)、第一 連桿、第二關節(jié)、第二連桿、第三關節(jié)、第三連桿、第四關節(jié)、第四連桿、第五關節(jié)、第五連桿、 第六關節(jié)、第六連桿；第一關節(jié)為Y-Z平面轉動的被動轉動關節(jié)；第二關節(jié)為X-Y平面轉動 的主動轉動關節(jié)；第三關節(jié)為X-Y平面轉動的主動轉動關節(jié)；第四關節(jié)為Y-Z平面轉動的 被動轉動關節(jié)；第五關節(jié)為X-Z平面轉動的被動轉動關節(jié)；第六關節(jié)為X-Y平面轉動的主 動轉動關節(jié)。
上述技術方案中，所述的移動機構采用輪式移動機構、履帶式移動機構或足式移 動機構；所述主體磁吸附單元中的磁體采用永磁體或電磁鐵；所述從體磁吸附單元中的磁 體采用永磁體或電磁鐵；所述永磁體采用沿高度方向磁化的矩形永磁體。
本發(fā)明所述的輪式移動機構包括第一驅動器、第一減速機、第一軸、第一車輪、第 二驅動器、第二減速機、第二軸和第二車輪；所述第一驅動器固定在所述主體機架下，第一 驅動器的輸出軸通過第一減速機連接到第一軸，第一軸與第一車輪固接；所述第二驅動器 固定在所述主體機架下，第二驅動器的輸出軸通過第二減速機連接到第二軸，第二軸與第二車輪固接；第一軸、第二軸分別套設在主體機架下；所述第一車輪和第二車輪對稱布置， 第一軸和第二軸同軸線；第一車輪和第二車輪采用差動驅動方式，依靠第一車輪和第二車 輪的差速實現在導磁壁面上的轉向。
本發(fā)明的技術特征還在于所述主動關節(jié)設置有角位移傳感器或直線位移傳感 器；所述被動關節(jié)設置有角位移傳感器或直線位移傳感器；所述的作業(yè)工具為焊接、氣刨、 切割、磨削、銑削、檢測、清洗或噴涂工具。
本發(fā)明與現有技術相比，具有以下優(yōu)點和突出性效果
本發(fā)明實現了一種在空間全位置導磁壁面靈活移動和轉向、空間曲面自適應，可 進行焊接、氣刨、切割、磨削、銑削、檢測、清洗或噴涂作業(yè)的爬壁機器人，該機器人加工范圍 大、負載能力強、運動靈活性好、工作效率高；采用多磁吸附分體以完成長距離和重負載工 作；各吸附體上均可安裝檢測或加工裝置以完成相同或不同的工作；主從吸附體之間采用 由主動關節(jié)、被動關節(jié)和連桿等組成的機械臂使其具有曲面自適應能力；采用輪式磁吸附 裝置可以使其具有運動靈活的特點。


圖1是本發(fā)明提供的多體磁吸附式自適應爬壁機器人的結構原理示意圖。
圖2是圖1的立體結構示意圖。
圖3是本發(fā)明采用三個從體裝置和三個機械臂的實施例結構示意圖。
圖4是機械臂采用五個連桿、二個主動移動關節(jié)和二個被動轉動關節(jié)的多體磁吸 附式自適應爬壁機器人工作于柱面時的實施例結構圖。
圖5是機械臂采用六個連桿、三個主動轉動關節(jié)和二個被動轉動關節(jié)的多體磁吸 附式自適應爬壁機器人工作于柱面時的實施例結構圖。
圖6是機械臂采用六個連桿、兩個主動轉動關節(jié)和三個被動轉動關節(jié)的多體磁吸 附式自適應爬壁機器人工作于球面時的實施例結構圖。
圖7是機械臂采用六個連桿、兩個主動移動關節(jié)和三個被動轉動關節(jié)的多體磁吸 附式自適應爬壁機器人工作于球面時的實施例結構圖。
圖8是機械臂采用六個連桿、一個主動移動關節(jié)、一個主動轉動關節(jié)和三個被動 轉動關節(jié)的多體磁吸附式自適應爬壁機器人工作于球面時的實施例結構圖。
圖9是采用七個連桿、三個主動關節(jié)和三個被動轉動關節(jié)的機械臂連接順序結構 圖。
圖10是本發(fā)明中移動機構采用輪式移動機構的結構示意圖。
圖11是作業(yè)工具安裝在從體裝置上的結構示意圖，其中作業(yè)工具采用焊接工具。
在圖1至圖11中
0-導磁壁面，1-主體裝置，2-從體裝置，3-機械臂，
4-作業(yè)工具，11-主體機架，12-移動機構，13-主體磁吸附裝置，
21-從體機架，21-從體機架，22-輔助支撐輪，23-從體磁吸附裝置，
131-主體磁吸附單元，1311-軛鐵，1312-磁體，231-從體磁吸附單元，
2311-軛鐵，2312-磁體，120-第一驅動器，121-第一減速機，
122-第一軸，123-第一車輪，124-第二驅動器，125-第二減速機，
126-第二軸，127-第二車輪，31-第一關節(jié)，32-第二關節(jié)，
33-第三關節(jié)，34-第四關節(jié)，35-第五關節(jié)，36-第六關節(jié)，
321-第一電機，331-第二電機，361-第三電機，322-第一同步帶，
332-第二同步帶，362-第三同步帶，313-第一編碼器，323-第二編碼器，
333-第三編碼器，；343_第四編碼器，353-第五編碼器，363-第六編碼器，
300-第零連桿，310-第一連桿，320-第二連桿，330-第三連桿，
340-第四連桿，350-第五連桿，360-第六連桿，60-為主體裝置，
61-第一機械臂，71-第二機械臂，81-第三機械臂，62-第一從體裝置，
72-第二從體裝置，82-第三從體裝置，91-焊槍，92-焊接電源系統，3001-被動轉 動關節(jié)，3002-主動移動關節(jié)，3003-主動轉動關節(jié)具體實施方式
下面結合附圖及實施例進一步詳細介紹本發(fā)明的具體結構及工作原理。
圖1、2是本發(fā)明提供的多體磁吸附式自適應爬壁機器人的結構原理示意圖，包括 主體裝置1和作業(yè)工具4，主體裝置包括主體機架11、移動機構12和主體磁吸附裝置13 ；移 動機構固定安裝在主體機架上；主體磁吸附裝置通過移動機構與導磁壁面接觸；主體磁吸 附裝置包括至少一個主體磁吸附單元131，主體磁吸附單元固接或鉸接到主體機架上；所 述主體磁吸附單元包括一塊軛鐵1311和多塊磁體1312，軛鐵和磁體組成磁路。
多體磁吸附式自適應爬壁機器人還包括至少一個從體裝置2和至少一個機械臂 3，每個從體裝置通過一個機械臂與主體裝置連接；作業(yè)工具安裝在從體裝置上，通過移動 機構與導磁壁面接觸。
每個從體裝置包括從體機架21、從體磁吸附裝置23和至少三個輔助支撐輪22 ；從 體磁吸附裝置包括至少一個從體磁吸附單元231，從體磁吸附單元固接或鉸接到從體機架 上，從體機架通過輔助支撐輪與導磁壁面接觸；從體磁吸附單元包括一塊軛鐵和多塊磁體， 軛鐵和磁體組成磁路。
每個機械臂包括至少五個連桿、至少二個主動關節(jié)和至少二個被動關節(jié)；機械臂 的第零連桿與主體機架固接；機械臂的末端連桿與從體機架固接；主動關節(jié)采用由驅動器 驅動的主動移動關節(jié)3002或主動轉動關節(jié)3003 ；被動關節(jié)為被動轉動關節(jié)3001。
圖3是本發(fā)明采用三個從體裝置和三個機械臂的實施例結構示意圖。
圖4是機械臂采用五個連桿、二個主動移動關節(jié)和二個被動轉動關節(jié)的多體磁吸 附式自適應爬壁機器人工作于柱面時的實施例結構圖，機械臂連接順序為第零連桿、x-z 平面轉動的被動轉動關節(jié)、第一連桿、X方向移動的主動移動關節(jié)、第二連桿、Y方向移動的 主動移動關節(jié)、第三連桿、X-Z平面轉動的被動轉動關節(jié)、第四連桿。
圖5是機械臂采用六個連桿、三個主動轉動關節(jié)和二個被動轉動關節(jié)的多體磁吸 附式自適應爬壁機器人工作于柱面時的實施例結構圖，機械臂連接順序為第零連桿、X-Z 平面轉動的被動轉動關節(jié)、第一連桿、X-Y平面轉動的主動轉動關節(jié)、第二連桿、X-Y平面轉 動的主動轉動關節(jié)、第三連桿、X-Y平面轉動的主動轉動關節(jié)、第四連桿、X-Z平面轉動的被 動轉動關節(jié)、第五連桿。
圖6是機械臂采用六個連桿、兩個主動轉動關節(jié)和三個被動轉動關節(jié)的多體磁吸附式自適應爬壁機器人工作于球面時的實施例結構圖，機械臂連接順序為第零連桿、Y-Z 平面轉動的被動轉動關節(jié)、第一連桿、X-Y平面轉動的主動轉動關節(jié)、第二連桿、X-Y平面轉 動的主動轉動關節(jié)、第三連桿、Y-Z平面轉動的被動轉動關節(jié)、第四連桿、X-Z平面轉動的被 動轉動關節(jié)、第五連桿。
圖7是機械臂采用六個連桿、兩個主動移動關節(jié)和三個被動轉動關節(jié)的多體磁吸 附式自適應爬壁機器人工作于球面時的實施例結構圖，機械臂連接順序為第零連桿、Y-Z 平面轉動的被動轉動關節(jié)、第一連桿、Y方向移動的主動移動關節(jié)、第二連桿、X方向移動的 主動移動關節(jié)、第三連桿、Y-Z平面轉動的被動轉動關節(jié)、第四連桿、X-Z平面轉動的被動轉 動關節(jié)、第五連桿。
圖8是機械臂采用六個連桿、一個主動移動關節(jié)、一個主動轉動關節(jié)和三個被動 轉動關節(jié)的多體磁吸附式自適應爬壁機器人工作于球面時的實施例結構圖，機械臂連接順 序為第零連桿、Y-Z平面轉動的被動轉動關節(jié)、第一連桿、Y方向移動的主動移動關節(jié)、第 二連桿、X-Y平面轉動的被動轉動關節(jié)、第三連桿、Y-Z平面轉動的被動轉動關節(jié)、第四連 桿、X-Z平面轉動的被動轉動關節(jié)、第五連桿。
圖9是采用七個連桿、三個主動關節(jié)和三個被動轉動關節(jié)的機械臂連接順序結構 圖，連接順序為第零連桿300、第一關節(jié)31、第一連桿310、第二關節(jié)32、第二連桿320、第 三關節(jié)33、第三連桿330、第四關節(jié)34、第四連桿340、第五關節(jié)35、第五連桿350、第六關節(jié) 36、第六連桿360 ；第一關節(jié)為Y-Z平面轉動的被動轉動關節(jié)；第二關節(jié)為X-Y平面轉動的 主動轉動關節(jié)；第三關節(jié)為X-Y平面轉動的主動轉動關節(jié)；第四關節(jié)為Y-Z平面轉動的被 動轉動關節(jié)；第五關節(jié)為X-Z平面轉動的被動轉動關節(jié)；第六關節(jié)為X-Y平面轉動的主動 轉動關節(jié)。
圖10是本發(fā)明中移動機構采用輪式移動機構的結構示意圖，移動機構可以采用 輪式移動機構、履帶式移動機構或足式移動機構，主體磁吸附單元中的磁體采用永磁體或 電磁鐵；從體磁吸附單元中的磁體采用永磁體或電磁鐵；永磁體采用沿高度方向磁化的矩 形永磁體。本實施例中采用輪式移動機構，主體磁吸附單元中的磁體采用永磁體。輪式移 動機構包括第一驅動器(120)、第一減速機(121)、第一軸(12 、第一車輪(12 、第二驅動 器(IM)、第二減速機(125)、第二軸(126)和第二車輪(127)；所述第一驅動器固定在所述 主體機架下，第一驅動器的輸出軸通過第一減速機連接到第一軸，第一軸與第一車輪固接； 所述第二驅動器固定在所述主體機架下，第二驅動器的輸出軸通過第二減速機連接到第二 軸，第二軸與第二車輪固接；第一軸、第二軸分別套設在主體機架下；所述第一車輪和第二 車輪對稱布置，第一軸和第二軸同軸線；第一車輪和第二車輪采用差動驅動方式，依靠第一 車輪和第二車輪的差速實現在導磁壁面上的轉向。
圖11是作業(yè)工具安裝在從體裝置上的結構示意圖。各主動關節(jié)和被動關節(jié)均設 置有角位移傳感器或直線位移傳感器用以反饋關節(jié)轉角，作業(yè)工具可以為焊接、氣刨、切 割、磨削、銑削、檢測、清洗或噴涂工具，本實施例中作業(yè)工具采用焊接工具。
工作原理敘述如下
機器人的機械臂結構簡圖見圖9，移動機構采用圖10輪式移動機構，初始狀態(tài)如 圖1所示，此時機械臂3伸直，主體裝置1和從體裝置2的底面平行。
該機器人可以在全位置導磁壁面上工作
當機器人靜止于平面導磁壁面0時主體裝置1通過軛鐵1311和磁體1312組成 的主體磁吸附單元131吸附在導磁壁面0上；從體裝置2通過軛鐵2311和磁體2312組成 的從體磁吸附單元231吸附在導磁壁面0上。導磁壁面0對主體裝置1的吸附力保證了主 體裝置1不掉落導磁壁面0 ；導磁壁面0對主體裝置1的摩擦力保證了主體裝置1不滑落 導磁壁面0。導磁壁面0對從體裝置2的吸附力使從體裝置2不掉落導磁壁面0。
當機器人靜止于曲率變化的導磁壁面0時主動關節(jié)中第二關節(jié)32和第三關節(jié) 33決定了在X-Y平面上機器人從體裝置2到主體裝置1的位置和距離；主動關節(jié)中第六關 節(jié)36決定了從體裝置2中所攜帶的加工工具4在X-Y平面上的轉動角度；被動關節(jié)中第一 關節(jié)31和第五關節(jié)35自適應Y-Z平面上導磁壁面0的曲率變化；被動關節(jié)中第四關節(jié)34 自適應X-Z平面上導磁壁面0的曲率變化。
當機器人在導磁壁面行走時，主體裝置1的第一驅動器120通過第一減速機121 帶動第一軸122轉動，第一軸122通過鍵帶動第一車輪123轉動；主體裝置1的第二驅動器 124通過第二減速機125帶動第二軸1 轉動，第二軸1 通過鍵帶動第二車輪127轉動。 第一車輪123和第二車輪127對稱布置在主體裝置1上，采用差動驅動方式即第一車輪123 和第二車輪127的差速實現主體裝置1在導磁壁面上的轉向；通過第一車輪123和第二車 輪127的等速實現主體裝置1在導磁壁面上的前進和后退。當主體裝置1前進和后退時， 主體裝置1拖動從體裝置2前進和后退。
當作業(yè)工具4作業(yè)于導磁壁面時，主動關節(jié)中第二關節(jié)32和第三關節(jié)33保證了 從體裝置到達需要加工的位置，主動關節(jié)中第六關節(jié)36保證了砂輪的角度。主體裝置1的 第一車輪123和第二車輪127靜止，并通過第一減速機121和第二減速機125鎖死，同時 在壁面對主體裝置1主體磁吸附單元131的吸附力下，會產生巨大的摩擦力以保證小車穩(wěn) 定吸附在壁面上；此時通過控制機械臂3的第一電機321、第二電機331、第三電機361的 轉動，由第一同步帶322、第二同步帶332、第三同步帶362帶動實現第二關節(jié)32、第三關節(jié) 33、第六關節(jié)36的旋轉運動，在第一編碼器313、第二編碼器323、第三編碼器333、第四編碼 器343、第五編碼器353、第六編碼器363精確角度反饋控制下使從體裝置2達到需要加工 的位置和姿態(tài)。從體裝置2上的砂輪由于加工產生的法向反作用力由壁面對從體裝置2的 吸附力克服，切向力和摩擦力通過機械臂3傳遞到主體裝置1上由壁面對主體裝置1的摩 擦力克服。同時導磁壁面對主體裝置1的吸附力遠大于導磁壁面對從體裝置2的吸附力， 也保證了作業(yè)過程中主體裝置始終靜止。
本發(fā)明中每個機械臂包括至少五個連桿、至少二個主動關節(jié)和至少二個被動關 節(jié)，圖4到圖8為幾種在不同曲面工作時具有最少連桿和關節(jié)的數目的實施例，如下
圖4實施例中機械臂包含五個連桿、二個主動關節(jié)和二個被動關節(jié)；二個主動關 節(jié)分別為X方向和Y方向移動的主動移動關節(jié)3002 ；被動關節(jié)為X-Z平面轉動的被動轉動 關節(jié)3001 ；當機器人工作于柱面時，X方向和Y方向移動的主動移動關節(jié)使從體裝置到達待 加工位置，二個被動轉動關節(jié)使機器人能夠自適應從體裝置在X-Z平面上的方向變化。
圖5實施例中機械臂包含六個連桿、三個主動關節(jié)和二個被動關節(jié)；三個主動關 節(jié)均為X-Y平面轉動的主動轉動關節(jié)；被動關節(jié)為X-Z平面轉動的被動轉動關節(jié)；當機器 人工作于柱面時，三個主動轉動關節(jié)使從體裝置到達待加工位置，二個被動轉動關節(jié)使機 器人能夠自適應從體裝置在X-Z平面上的方向變化。
圖6實施例中機械臂包含六個連桿、二個主動關節(jié)和三個被動關節(jié)；主動關節(jié)均 為X-Y平面轉動的主動轉動關節(jié)；被動關節(jié)中一個為X-Z平面轉動的被動轉動關節(jié)，兩個 為Y-Z平面的被動轉動關；當機器人工作于球面時，二個主動轉動關節(jié)使從體裝置到達待 加工位置，三個被動轉動關節(jié)使機器人能夠自適應從體裝置在球面上的方向變化。
圖7實施例中機械臂包含六個連桿、二個主動關節(jié)和三個被動關節(jié)；二個主動關 節(jié)分別為X方向和Y方向移動的主動移動關節(jié)；被動關節(jié)中一個為X-Z平面轉動的被動轉 動關節(jié)，兩個為Y-Z平面的被動轉動關節(jié)；當機器人工作于球面時，二個主動移動關節(jié)使從 體裝置到達待加工位置，三個被動轉動關節(jié)使機器人能夠自適應從體裝置在球面上的方向 變化。
圖8實施例中機械臂包含六個連桿、二個主動關節(jié)和三個被動關節(jié)的機械臂結構 示意圖；所述的二個主動關節(jié)中一個為X方向或Y方向移動的主動移動關節(jié)，一個為X-Y平 面轉動的主動轉動關節(jié)；所述被動關節(jié)中一個為X-Z平面轉動的被動轉動關節(jié)，兩個為Y-Z 平面的被動轉動關節(jié)；當機器人工作球面時，二個主動移動關節(jié)使從體裝置到達待加工位 置，三個被動轉動關節(jié)使機器人能夠自適應從體裝置在球面上的方向變化。
權利要求
1.一種多體磁吸附式曲面自適應爬壁機器人，包括主體裝置(1)和作業(yè)工具，所述 主體裝置包括主體機架(11)、移動機構(12)和主體磁吸附裝置(13)；所述移動機構固定安 裝在主體機架上；所述主體磁吸附裝置通過移動機構與導磁壁面接觸；所述主體磁吸附裝 置包括至少一個主體磁吸附單元(131)，主體磁吸附單元固接或鉸接到主體機架上；所述 主體磁吸附單元包括一塊軛鐵(1311)和多塊磁體(1312)，軛鐵和磁體組成磁路；其特征在于所述多體磁吸附式自適應爬壁機器人還包括至少一個從體裝置( 和至 少一個機械臂(3)，每個從體裝置通過一個機械臂與主體裝置連接；所述的作業(yè)工具安裝 在從體裝置上，通過移動機構與導磁壁面接觸；每個從體裝置包括從體機架(21)、從體磁吸附裝置和至少三個輔助支撐輪02)； 所述從體磁吸附裝置包括至少一個從體磁吸附單元(231)，從體磁吸附單元固接或鉸接到 從體機架上，從體機架通過輔助支撐輪與導磁壁面接觸；所述從體磁吸附單元包括一塊軛 鐵和多塊磁體，軛鐵和磁體組成磁路；每個機械臂包括至少五個連桿、至少二個主動關節(jié)和至少二個被動關節(jié)；機械臂的第 零連桿與所述主體機架固接；機械臂的末端連桿與所述從體機架固接；所述主動關節(jié)采用 由驅動器驅動的主動移動關節(jié)或主動轉動關節(jié)；所述被動關節(jié)為被動轉動關節(jié)。
2.如權利要求1所述的多體磁吸附式自適應爬壁機器人，其特征在于所述每個機械 臂包含五個連桿、二個主動關節(jié)和二個被動關節(jié)；所述的二個主動關節(jié)分別為X方向和Y方 向移動的主動移動關節(jié)(300 ；所述被動關節(jié)為X-Z平面轉動的被動轉動關節(jié)(3001)。
3.如權利要求1所述的多體磁吸附式自適應爬壁機器人，其特征在于所述每個機械 臂包含六個連桿、三個主動關節(jié)和二個被動關節(jié)；所述的三個主動關節(jié)均為X-Y平面轉動 的主動轉動關節(jié)(300 ；所述被動關節(jié)為X-Z平面轉動的被動轉動關節(jié)。
4.如權利要求1所述的多體磁吸附式自適應爬壁機器人，其特征在于所述每個機械 臂包含六個連桿、二個主動關節(jié)和三個被動關節(jié)；所述主動關節(jié)均為X-Y平面轉動的主動 轉動關節(jié)；所述被動關節(jié)中一個或二個為X-Z平面轉動的被動轉動關節(jié)，一個或兩個為Y-Z 平面的被動轉動關節(jié)。
5.如權利要求1所述的多體磁吸附式自適應爬壁機器人，其特征在于所述每個機械 臂包含六個連桿、二個主動關節(jié)和三個被動關節(jié)；所述的二個主動關節(jié)分別為X方向和Y方 向移動的主動移動關節(jié)；所述被動關節(jié)中一個或二個為X-Z平面轉動的被動轉動關節(jié)，一 個或兩個為Y-Z平面的被動轉動關節(jié)。
6.如權利要求1所述的多體磁吸附式自適應爬壁機器人，其特征在于所述每個機械 臂包含六個連桿、二個主動關節(jié)和三個被動關節(jié)；所述的二個主動關節(jié)中一個為X方向或Y 方向移動的主動移動關節(jié)，一個為X-Y平面轉動的主動轉動關節(jié)；所述被動關節(jié)中一個或 二個為X-Z平面轉動的被動轉動關節(jié)，一個或兩個為Y-Z平面的被動轉動關節(jié)。
7.如權利要求1所述的多體磁吸附式自適應爬壁機器人，其特征在于所述每個機械 臂中含有七個連桿、三個主動關節(jié)和三個被動關節(jié)，連接順序為第零連桿(300)、第一關 節(jié)(31)、第一連桿(310)、第二關節(jié)(32)、第二連桿(320)、第三關節(jié)(33)、第三連桿(330)、 第四關節(jié)(34)、第四連桿(340)、第五關節(jié)(35)、第五連桿(350)、第六關節(jié)(36)、第六連桿 (360)；第一關節(jié)為Y-Z平面轉動的被動轉動關節(jié)；第二關節(jié)為X-Y平面轉動的主動轉動關 節(jié)；第三關節(jié)為X-Y平面轉動的主動轉動關節(jié)；第四關節(jié)為Y-Z平面轉動的被動轉動關節(jié)；第五關節(jié)為X-Z平面轉動的被動轉動關節(jié)；第六關節(jié)為X-Y平面轉動的主動轉動關節(jié)。
8.如權利要求1 7任一權利要求所述的多體磁吸附式自適應爬壁機器人，其特征 在于所述的移動機構采用輪式移動機構、履帶式移動機構或足式移動機構；所述主體磁 吸附單元中的磁體采用永磁體或電磁鐵；所述從體磁吸附單元中的磁體采用永磁體或電磁 鐵；所述永磁體采用沿高度方向磁化的矩形永磁體。
9.如權利要求8所述的多體磁吸附式自適應爬壁機器人，其特征在于所述的輪式移 動機構包括第一驅動器(120)、第一減速機(121)、第一軸(12 、第一車輪(12 、第二驅動 器(IM)、第二減速機(125)、第二軸(126)和第二車輪(127)；所述第一驅動器固定在所述 主體機架下，第一驅動器的輸出軸通過第一減速機連接到第一軸，第一軸與第一車輪固接； 所述第二驅動器固定在所述主體機架下，第二驅動器的輸出軸通過第二減速機連接到第二 軸，第二軸與第二車輪固接；第一軸、第二軸分別套設在主體機架下；所述第一車輪和第二 車輪對稱布置，第一軸和第二軸同軸線；第一車輪和第二車輪采用差動驅動方式，依靠第一 車輪和第二車輪的差速實現在導磁壁面上的轉向。
10.如權利要求1 7任一權利要求所述的多體磁吸附式自適應爬壁機器人，其特征在 于所述主動關節(jié)設置有角位移傳感器或直線位移傳感器；所述被動關節(jié)設置有角位移傳 感器或直線位移傳感器；所述的作業(yè)工具為焊接、氣刨、切害I]、磨削、銑削、檢測、清洗或噴涂 工具。
全文摘要
多體磁吸附式自適應爬壁機器人，屬于特種機器人技術領域，包括主體裝置、至少一個從體裝置、至少一個機械臂和安裝在每個從體裝置上的作業(yè)工具；主體裝置包括主體機架、移動機構和主體磁吸附裝置；從體裝置包括從體機架、從體磁吸附裝置和至少一個輔助支撐輪；每個機械臂包括至少五個連桿、至少兩個主動關節(jié)和至少兩個被動關節(jié)。該裝置實現了一種在空間全位置導磁壁面靈活移動和轉向、空間曲面自適應，可進行焊接、氣刨、切割、磨削、銑削、檢測、清洗或噴涂作業(yè)的爬壁機器人，該機器人加工范圍大、負載能力強、運動靈活性好、工作效率高。
文檔編號B25J19/00GK102039592SQ20101053936
公開日2011年5月4日 申請日期2010年11月10日 優(yōu)先權日2010年11月10日
發(fā)明者孫振國, 崔宗偉, 張文增, 張長, 李麗榮, 都東, 陳詠華, 陳強 申請人:清華大學, 青海大學