曲面作业爬壁机器人的制作方法

本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种在曲面进行作业的爬壁机器人。

背景技术：

爬壁机器人主要用于石化企业对圆柱形大罐进行探伤检查或喷漆处理，或进行建筑物的清洁和喷涂，或在核工业中用来检查测厚等，还可以用于消防和造船等行业。在当前爬壁机器人应用的主要场合中，垂直平面所占面积约40％，而曲面所占面积超过50％。特别是储罐和船体表面，超过70％的面积均为曲面，因此适用于曲面作业的爬壁机器人对于船舶业以及石油行业有着重大的意义。

爬壁机器人平面作业与曲面作业存在着巨大差异，主要体现在：平面作业范围广，要求作业工具能迅速、准确、优质地完成作业任务；曲面表面特征比较复杂，要求作业工具能准确适应曲面变化，保证作业效果均匀、稳定。

传统爬壁机器人考虑到了自身爬壁功能的曲面适应能力，并未考虑作业机构的曲面适应能力，因此主要适用于垂直平面喷涂以及清理作业。而当传统爬壁机器人在曲面作业时，就存在着作业效果不均匀，作业效果不佳等一系列问题。所以传统的爬壁机器人无法优质的完成曲面作业任务。

技术实现要素：

本发明提供的一种曲面作业爬壁机器人，曲面适应能力强，作业效果好的曲面作业的爬壁机器人，以克服上述现有技术的缺陷。

本发明提供一种曲面作业爬壁机器人，包括浮动车架、固定车架、驱动机构、随动机构、作业装置和自适应调整装置；随动机构固定在固定车架上；驱动机构固定在浮动车架上；浮动车架与固定车架可相对垂直上下移动；自适应调整装置具有旋转件和连接轴；旋转件与浮动车架可旋转连接；连接轴一端可在旋转件内移动，另一端与安装在调整底座上，调整底座与固定车架旋转相连，固定车架可旋转连接；作业装置固定在自适应调整装置上。

进一步，本发明提供一种曲面作业爬壁机器人，还可以具有这样的特征：自适应调整装置还具有连接件、调整轴承、调整底座；连接件固定在浮动车架上，旋转件通过销钉与连接件连接；调整轴承固定在旋转件上；调整底座通过销钉与固定车架连接；连接轴一端穿过调整轴承，另一端固定在调整底座上。

进一步，本发明提供一种曲面作业爬壁机器人，还可以具有这样的特征：自适应调整装置还具有导轨和滑台；导轨固定在调整底座上，滑台一侧在导轨上滑动，另一侧与作业装置相连，带动作业装置做水平移动。

进一步，本发明提供一种曲面作业爬壁机器人，还可以具有这样的特征：固定车架具有至少一个车架轴承，浮动车架具有车架支撑轴；车架支撑轴在车架轴承内直线移动。

进一步，本发明提供一种曲面作业爬壁机器人，还可以具有这样的特征：驱动机构和随动结构具有磁铁单元，吸附在作业表面。

进一步，本发明提供一种曲面作业爬壁机器人，还可以具有这样的特征：驱动机构具有驱动轮、减速器和电机。

进一步，本发明提供一种曲面作业爬壁机器人，还可以具有这样的特征：随动机构具有万向轮组件和浮动连接装置。

进一步，本发明提供一种曲面作业爬壁机器人，还可以具有这样的特征：浮动组件还具有横梁和固定底座；车架支撑轴为两个且成对安装；两个车架支撑轴的一端固定在固定底座上，横梁连接车架支撑轴的另一端。

进一步，本发明提供一种曲面作业爬壁机器人，还可以具有这样的特征：浮动车架还具有两个缓冲器，保证浮动车架在安全范围内浮动。

发明的作用与效果

本发明提供的一种曲面作业爬壁机器人，由于车架底部的磁铁的作用始终吸附在曲面，电机驱动曲面作业爬壁机器人在曲面运动，通过两个驱动电机的差速运动配合万向轮从动完成转向。

自适应调整装置的运动原理是：由于磁铁吸附力的作用，驱动机构会随着曲面起伏，驱动机构通过车架轴承上下滑动，始终保证浮动车架随着曲面变化而上下滑动。浮动车架的上下滑动通过连接件和旋转件带动连接轴旋转，驱动固定在调整底座上的滑台旋转。最终驱动机构垂直于曲面做上下滑动运动，并通过连接轴转化成滑台组件绕固定车架的旋转运动，从而自动地调整滑台的末端作业装置与曲面之间的距离，保证作业效果均匀、稳定。

本发明提供的一种曲面作业爬壁机器人，采用模块化设计，滑台可以搭载各类作业装置：如喷涂所用喷枪；清理所用磨具；探伤所用各类传感器等，各类作业装置配合滑台使用不但提高了作业范围，同时扩大了适用范围，做到了一机多用；

本发明提供的一种曲面作业爬壁机器人，同时采用车体曲面适应装置和作业装置自适应曲面调整机构，保证车体在曲面运动过程中，可以根据曲面实时调整作业装置的状态，保证作业效果均匀、稳定。

本发明提供的一种曲面作业爬壁机器人，驱动轮在车体中间，前后各分布一组万向轮，保证车体运动灵活的同时具有较强的负载能力，可以实现零转弯半径运动。

本发明提供的一种曲面作业爬壁机器人，采用全机械的曲面调整结构，保证了响应的实时性，降低了结构的复杂程度，提高了稳定性。

附图说明

图1是曲面作业爬壁机器人在平面状态的结构示意图。

图2是曲面作业爬壁机器人的俯视立体图。

图3是曲面作业爬壁机器人的仰视立体图。

图4是浮动车架和驱动机构的结构图。

图5是自适应调整装置的结构图。

图6是曲面作业爬壁机器人在曲面状态的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的描述。

图1是曲面作业爬壁机器人在平面状态的结构示意图。

如图1所示，本发明的曲面作业爬壁机器人包括：浮动车架100、固定车架200、驱动机构300、随动机构400、电气单元500、作业装置600和自适应调整装置700。

图4是浮动车架和驱动机构的结构图。

如图4所示，浮动车架100包括：两个车架支撑轴110、横梁120、固定底座130和两个缓冲器140。两个车架支撑轴110对称，下端垂直地固定在固定底座130上，上端分别与横梁130的两端固定连接，形成长方形的浮动车架100的框架。缓冲器140设置在横梁120上，紧邻车架支撑轴110。

连接自适应调整装置700与浮动车架100的连接件710，固定横梁120上。

图2是曲面作业爬壁机器人的俯视立体图。

图3是曲面作业爬壁机器人的仰视立体图。

如图2和图3所示，固定车架200具有两个车架轴承210。两个车架轴承210处于固定车架200中间的位置。两个车架轴承210分别套在两个车架支撑轴110上，车架轴承210可以在车架支撑轴110上自由移动，从而使得固定车架200可以在浮动车架100上，自由地上下移动。当然，车架轴承210移动的范围在横梁120和固定底座130之间。缓冲器140防止固定车架200与固定底座130发生碰撞。

电气单元500固定在浮动车架的前端，提供整个机器人运行的动力，以及整个机器人的控制信号。

驱动机构300固定在固定底座130的底部，带动浮动车架100前进和后退，从而带动了整个机器人移动。驱动机构300具有驱动轮310、磁铁单 元320、减速器330和电机340。驱动机构300底部的磁铁单元320产生的吸附力使驱动轮310紧压船体表面。电机340经过减速器330后产生的动力驱使机器人在船体表面运动。

随动机构400分别固定在固定支架200的前后两端的底部。随动机构400具有万向轮组件410、磁性单元420和浮动连接装置430。随动机构400底部的磁铁420产生的吸附力使万向轮组件410紧压船体表面。万向轮组件410通过浮动连接装置430固定在固定支架200，保证整个随动机构400能随着固定车架200适应曲面的起伏而运动。

驱动机构300和随动机构400中的轮子在磁性单元的作用下，紧贴曲面。曲面的曲率不断变化或者在平面和曲面之间交替的情况下，驱动机构300和随动机构400中的轮子相对位置发生变化，从而带动浮动车架100的车架支撑轴110在固定车架200的车架轴承210内上下移动，保证整个机器人在曲面移动过程中，起伏运动平滑、流畅。

作业装置600通过自适应调整装置700与车架连接。作业装置600可以是喷漆所用的喷枪，清理所用磨具以及探伤所用各类传感器等执行结构。

图5是自适应调整装置的结构图。

如图5所示，自适应调整装置700包括：连接件710、旋转件720、调整轴承730、连接轴740、调整底座750、导轨760和滑台770。

连接件710固定在浮动车架100的横梁120上。旋转件720通过第一销钉701与连接件710可旋转连接。调整轴承730固定在在旋转件720上。

固定底座750通过第二销钉702与固定车架200可旋转连接。连接轴740一端穿过调整轴承730，另一端固定在调整底座750上。

导轨760固定在调整底座750上。滑台770的一侧具有滑槽，可在导轨上滑动。作业装置600固定在滑台770的另一侧。

曲面作业爬壁机器人工作原理：

驱动结构300在电机340的驱动下在曲面上运动，随动机构400为从动结构也随之运动。由于驱动结构300和随动机构400都具有磁性单元，所以6个轮子始终贴着曲面，曲面的高度差导致驱动结构300和随动机构400的轮子之间的高度差。随动机构400前后四个轮子形成一个平面，处于一个高度位置，驱动机构300的轮子随着曲面的起伏，相对高度不断变化，从而导致，浮动车架100相对固定车架200上下移动，通过车架支撑轴110在车架轴承210内上下移动实现。

自适应调整装置700的旋转件720跟随连接件710垂直运动，同时由于连接轴740在调整轴承730中滑动而发生旋转。最终，将浮动车架100和固定车架200由于在曲面运动产生的垂直滑动，转化为滑台770的旋转运动，保证了末端作业装置的作业效果。