本發(fā)明涉及機器人技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種直角坐標(biāo)系金屬壁面工作爬壁機器人。

背景技術(shù)：

在船舶工業(yè)中，為了延長船舶的使用壽命，保證船舶的安全航行，船舶必須定期進(jìn)塢進(jìn)行修理，金屬爬壁機器人廣泛應(yīng)用于船舶進(jìn)塢修理過程的除銹，噴漆等。同樣，在核工業(yè)中，金屬爬壁機器人廣泛應(yīng)用于對核廢液儲罐進(jìn)行檢查、測厚及焊縫探傷等；在石化工業(yè)中，金屬爬壁機器人主要應(yīng)用于對儲存罐的內(nèi)外表面進(jìn)行檢查、除銹或噴漆等；此外，爬壁機器人還廣泛應(yīng)用于建筑行業(yè)，消防部門，電力行業(yè)等。

基于吸盤式電磁鐵吸附原理，在通電狀態(tài)下產(chǎn)生強大的電磁吸力，使機器人吸附在金屬壁面，斷電時，磁性消失，機器人可自由移動。該電磁鐵結(jié)構(gòu)合理、緊湊，吸盤式電磁鐵線圈置于軟磁材料外殼之中并以環(huán)氧澆封，具有體積小、吸力大、牢固、可靠、全密封、環(huán)境適應(yīng)性強等特點，該系列電磁鐵可進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，動作簡單靈敏，功能穩(wěn)定可靠?，F(xiàn)有爬壁機器人主要采用的是永磁鐵輪式機構(gòu)，其載重小，不適合船舶、核工業(yè)以及石化工業(yè)中大型金屬壁面的工作。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有爬壁機器人負(fù)載能力小，越障能力差的局限性，本發(fā)明目的在于提供一種金屬壁面工作爬壁機器人。此爬壁機器人采用吸盤式電磁鐵產(chǎn)生吸引力吸附于船舶表面，采用齒輪齒條機構(gòu)實現(xiàn)機器人的行走功能，采用直線電機實現(xiàn)機器人的越障功能，采用球鉸機構(gòu)實現(xiàn)電磁鐵與金屬壁面的平穩(wěn)接觸，能夠承載較大重量，托運大型機械手工作，這大大超過了現(xiàn)有爬壁機器人的載重。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種直角坐標(biāo)系金屬壁面工作爬壁機器人，包括框架、固定滑塊、直線導(dǎo)軌、支撐架、齒條、齒輪、直線電機、支撐柱、支撐板、球鉸、電磁鐵、帶輪、皮帶、減速器、電機、螺釘、轉(zhuǎn)軸、軸承、轉(zhuǎn)軸固定板，在所述框架的四條邊框上安裝有16個固定滑塊，每兩個固定滑塊為一組，與一條直線導(dǎo)軌相配合，使得直線導(dǎo)軌能夠沿固定滑塊滑動，框架的每條邊框均有兩條直線導(dǎo)軌平行安裝；在所述框架的每條邊框的兩條直線導(dǎo)軌之間安裝有兩根轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸上端安裝有帶輪，轉(zhuǎn)軸下端通過軸承安裝有齒輪；在所述框架的每條邊框的兩條直線導(dǎo)軌之間還安裝有轉(zhuǎn)軸固定板，轉(zhuǎn)軸固定板采用六個腳架固定在框架上，用來固定轉(zhuǎn)軸的下端，改善轉(zhuǎn)軸的受力情況；所述直線導(dǎo)軌下部安裝有支撐架，支撐架為U型，其水平方向一側(cè)通過螺釘安裝有齒條，與齒輪嚙合，支撐架底部安裝有八根支撐柱，支撐柱上安裝有支撐板，支撐板能夠沿支撐柱上下移動，在支撐架的空腔中安裝有兩個直線電機，直線電機活動端與支撐板固定連接，直線電機轉(zhuǎn)動帶動支撐板上下移動，爬壁機器人的足部結(jié)構(gòu)為多個球鉸依次固定在支撐板上，球鉸下部安裝有電磁鐵，球鉸帶動電磁鐵進(jìn)行小范圍的轉(zhuǎn)動，以適應(yīng)曲線壁面；所述框架正面安裝有多個帶輪，兩根皮帶內(nèi)外分開布置，安裝于框架正面，皮帶通過帶輪轉(zhuǎn)向圍成封閉的一圈，兩個電機分別通過減速器連接內(nèi)外圈的兩個帶輪，分別驅(qū)動水平和垂直兩個運動方向的齒輪轉(zhuǎn)動，在框架的每條邊框的相鄰兩個齒輪中間通過帶輪增加皮帶的包角。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下突出的實質(zhì)性特點和顯著的優(yōu)點：

1.機器人的控制簡單，只需要控制電機的正反轉(zhuǎn)，便可實現(xiàn)機器人兩個自由度的行走。

2.機器人的結(jié)構(gòu)簡單，機器人成矩形，對稱分布，每一個方向都只有固定滑塊、直線導(dǎo)軌、直線電機、支撐板、電磁鐵等零件，結(jié)構(gòu)簡單。

3.機器人具有優(yōu)越的越障能力，機器人的支撐板類似于腳掌，行走中擺動足與支撐足的相互交替，有利于越障。

4.機器人足部采用球鉸，能夠調(diào)整電磁鐵位置，使電磁鐵很好的與弧度小的曲面貼合，使機器人吸附可靠行走穩(wěn)定。

5.機器人工作時吸附可靠，在行走狀態(tài)下工作時，機器人有兩排支撐板電磁鐵吸附，在定點狀態(tài)下工作時，機器人可有多排支撐板電磁鐵吸附，大大增加了吸附力，使機器人吸附性能更好，工作更穩(wěn)定。

6.本發(fā)明立足于負(fù)載能力大、工作效率高、吸附性能好、控制簡單、驅(qū)動靈活，在金屬壁面工作等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1是爬壁機器人的本體結(jié)構(gòu)圖。

圖2是爬壁機器人底側(cè)視圖（隱藏轉(zhuǎn)軸固定板）。

圖3是爬壁機器人腿部足部機構(gòu)示意圖。

圖4是爬壁機器人齒輪齒條機構(gòu)。

圖5是爬壁機器人皮帶傳動示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施例進(jìn)行進(jìn)一步的描述。

如圖1至圖5所示，一種直角坐標(biāo)系金屬壁面工作爬壁機器人，包括框架1、固定滑塊2、直線導(dǎo)軌3、支撐架4、齒條5、齒輪6、直線電機7、支撐柱8、支撐板9、球鉸10、電磁鐵11、帶輪12、皮帶13、減速器14、電機15、螺釘16、轉(zhuǎn)軸17、軸承18、轉(zhuǎn)軸固定板19，在所述框架1的四條邊框上安裝有16個固定滑塊2，每兩個固定滑塊2為一組，與一條直線導(dǎo)軌3相配合，使得直線導(dǎo)軌3能夠沿固定滑塊2滑動，框架1的每條邊框均有兩條直線導(dǎo)軌3平行安裝；在所述框架1的每條邊框的兩條直線導(dǎo)軌3之間安裝有兩根轉(zhuǎn)軸17，轉(zhuǎn)軸17上端安裝有帶輪12，轉(zhuǎn)軸17下端通過軸承18安裝有齒輪6；在所述框架1的每條邊框的兩條直線導(dǎo)軌3之間還安裝有轉(zhuǎn)軸固定板19，轉(zhuǎn)軸固定板19采用六個腳架固定在框架1上，用來固定轉(zhuǎn)軸17的下端，改善轉(zhuǎn)軸17的受力情況；所述直線導(dǎo)軌3下部安裝有支撐架4，支撐架4為U型，其水平方向一側(cè)F通過螺釘16安裝有齒條5，與齒輪6嚙合，支撐架4底部安裝有八根支撐柱8，支撐柱8上安裝有支撐板9，支撐板9能夠沿支撐柱8上下移動，在支撐架4的空腔中安裝有兩個直線電機7，直線電機7活動端與支撐板9固定連接，直線電機7轉(zhuǎn)動帶動支撐板9上下移動，爬壁機器人的足部結(jié)構(gòu)為多個球鉸10依次固定在支撐板9上，球鉸10下部安裝有電磁鐵11，球鉸10帶動電磁鐵11進(jìn)行小范圍的轉(zhuǎn)動，以適應(yīng)曲線壁面；所述框架1正面安裝有多個帶輪12，兩根皮帶13內(nèi)外分開布置，安裝于框架1正面，皮帶13通過帶輪12轉(zhuǎn)向圍成封閉的一圈，兩個電機15分別通過減速器14連接內(nèi)外圈的兩個帶輪12，分別驅(qū)動水平和垂直兩個運動方向的齒輪6轉(zhuǎn)動，在框架1的每條邊框的相鄰兩個齒輪6中間通過帶輪12增加皮帶13的包角。

所述爬壁機器人的行走原理為：

如圖2所示，當(dāng)需要豎直方向上行走時：第一支撐板9-1和第三支撐板9-3上電磁鐵通電，機器人吸附于壁面，第一電機15-1正轉(zhuǎn)，帶動第一齒輪6-1、第二齒輪6-2、第三齒輪6-3、第四齒輪6-4正轉(zhuǎn)，齒輪轉(zhuǎn)動帶動第二直線導(dǎo)軌3-2、第四直線導(dǎo)軌3-4上升，當(dāng)?shù)诙本€導(dǎo)軌3-2、第四直線導(dǎo)軌3-4上升到極限位置時，第一電機15-1停止轉(zhuǎn)動，第三直線電機7-3、第四直線電機7-4、第七直線電機7-7、第八直線電機7-8伸出，帶動第二支撐板9-2、第四支撐板9-4伸出，第二支撐板9-2、第四支撐板9-4上電磁鐵通電，第一直線電機7-1、第二直線電機7-2、第五直線電機7-5、第六直線電機7-6縮回，帶動第一支撐板9-1、第三支撐板9-3縮回，第一電機15-1反轉(zhuǎn)，機器人上升，同時第一直線導(dǎo)軌3-1、第三直線導(dǎo)軌3-3上升，第一直線導(dǎo)軌3-1、第三直線導(dǎo)軌3-3上升到極限位置后，依次重復(fù)上訴過程，機器人在豎直壁面上行走。水平方向行走原理與豎直方向行走原理一致，這里不再闡述。

所述爬壁機器人工作原理為：

定點工作時，機器人行走到工作區(qū)后，所有直線電機7伸出，帶動所有支撐板9板伸出，然后所有電磁鐵11通電，機器人牢固的吸附在壁面上，機器人搭載的機械手開始工作。移動工作時，機器人搭載的機械手在擺動足與支撐足相互交替時工作。