本实用新型属于工业机器人技术领域，涉及一种爬壁机器人，尤其是一种可越障的多功能爬壁机器人。
背景技术：
爬壁机器人是一种具有移动和吸附功能并可以在垂直壁面上运动的自动化设备，可以在核工程、消防和大型非结构设备的制造和维护等危险和极限环境下代替工人完成工作，是当前机器人领域研究的热点之一。
永磁吸附式爬壁机器人由于磁吸附具有吸附力大、不需要电源驱动，从而被广泛地应用在壁面为导磁材料的作业环境下。磁轮式爬壁机器人存在磁能利用率低，磁吸附力小的缺点。磁履带爬壁机器人存在对变曲率壁面适应能力差，但不具备越障能力。
经过对现有技术的检索发现，中国专利申请号20041006429.6的专利文献公开一种“磁轮吸附式爬壁机器人”，该爬壁机器人采用了磁轮吸附移动技术，其存在的问题是：车轮与壁面接触面积小,磁能利用率低和磁吸附力小，磁轮式爬壁机器人对壁面形貌及曲率的变化适应性差。中国专利申请号200510086382.5的专利文献公开了“一种具有曲面自适应能力的磁吸附爬壁机器人”，该爬壁机器人底盘连接着具有一到三个自动度的曲面自适应机构，具有一定的曲面自适应能力，但是该爬壁机器人越障能力较差。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提出一种具有良好越障能力及强负载能力、壁面形貌及曲率的变化具有良好的自适应性的可越障的多功能爬壁机器人。
本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种可越障的多功能爬壁机器人，包括一个中间平台、两个车体和两个限位关节，所述两个车体结构完全相同并且分别通过限位关节对称安装在中间平台的两侧，所述两个限位关节均为两自由度的限位关节并使得两个车体相对于中间平台具有两个旋转自由度。
进一步，所述限位关节包括第一旋转轴、第一旋转轴轴肩定位凸台、第一旋转轴角度限位孔、第二旋转轴、第二旋转轴轴肩定位凸台、第二旋转轴角度限位卡环、第二旋转轴套筒、第二旋转轴轴端固定限位端盖、限位底座和限位盖；所述第一旋转轴、第一旋转轴轴肩定位凸台、第一旋转轴角度限位孔为一体结构并通过螺钉与第二旋转轴连接；所述第二旋转轴角度限位卡环由第二旋转轴轴肩定位凸台所定位，并通过定位销与第二旋转轴固接；所述第二旋转轴轴端固定限位端盖与第二旋转轴连接，将第二旋转轴通过轴承与车体相连接；所述第一旋转轴轴肩定位凸台与限位盖内的轴承连接相配合，并通过限位底座固装在中间平台侧面。
进一步，所述两个车体均包括车架、驱动机构、传动机构、行走机构、张紧机构、压带机构、越障机构、间隙式永磁吸附机构；所述车架包括车架外侧壁板、车架内侧壁板、车架下底板、T型支架、上支架、越障机构支架、压带机构支架和同步带轮支架；所述行走机构通过同步带轮轴、越障机构轴分别连接在车架内侧壁板的两端；所述张紧机构通过张紧轴固定孔、张紧轴滑槽分别连接在车架内侧壁板和压带机构支架上；所述越障机构通过越障机构轴连接在车架内侧壁板上；所述驱动机构通过减速器固定支架固定在车架下底板；所述传动机构通过同步带轮轴传递动力；所述间隙式永磁吸附机构固定在车架下底板上；所述限位关节通过限位关节连接孔固定在车架外侧壁板上。
进一步，所述驱动机构包括直流有刷电动机、编码器、抱闸制动器和电机驱动器；所述直流有刷电动机、编码器、抱闸制动器为同轴布置并依次螺栓连接为一体，再通过螺栓连接到减速器上；所述电机驱动器安装在车架下底板后端位置；
所述传动机构包括减速器、减速器固定支架和扭矩换向器；所述减速器前端通过减速器固定支架固接在车架底板上，该减速器后端连接有驱动机构，该减速器输出轴连接扭矩换向器并将电机扭矩传递给扭矩换向器；所述扭矩换向器为传动比1:1的锥齿轮组，主动锥齿轮连接减速器输出轴，从动锥齿轮固定在行走机构的同步带轮轴上；
所述行走机构包括同步带轮、同步带、橡胶、越障后轮、越障前轮和压带轮；所述同步带轮通过键连接与同步带轮轴固接并同轴转动，扭矩换向器的从动锥齿轮固定在同步带轮轴的外侧，将电机扭矩通过同步带轮轴传递至同步带轮，所述越障后轮与越障前轮连接在越障轮摆动架上，越障轮摆动架与越障机构轴连接，同步带带动越障后轮和越障前轮转动；所述同步带由同步带轮、越障后轮、越障前轮、压带轮共同撑起，所述橡胶裹在同步带外侧。
进一步，所述张紧机构包括固定张紧轴、移动张紧轴和轴间距可调节螺栓，所述固定张紧轴固定在张紧轴固定孔，所述移动张紧轴放置在张紧轴滑槽内并使沿滑槽内上下移动，所述固定张紧轴、移动张紧轴处于同一竖直位置，移动张紧轴与同步带下表面接触，所述轴间距可调节螺栓同时穿过固定张紧轴和移动张紧轴且两端设有拧紧放松螺母。
进一步，所述压带机构包括压带轮、压带轮支架、摆动支架、摆动压紧支架、压缩杆、压缩缸和弹簧；所述压带轮结构通过固定张紧轴固接在车架内侧壁板上；当前面压带轮遇到障碍物时，压带轮向上翘起压缩弹簧，弹簧向上顶住摆动压紧支架，使摆动压紧支架压紧后面的压紧轮；当后面的压紧轮遇到障碍物时，压带轮向上翘起通过摆动压紧支架压缩弹簧，使弹簧压紧压带轮并压紧同步带。
进一步，所述越障机构包括越障后轮、越障前轮、越障轮摆动架、压缩杆、压缩缸、压缩弹簧和摆动支架；越障机构通过越障机构轴固接在车架内侧壁板上；当越障后轮遇到障碍物时，越障后轮翘起并压缩弹簧，并带动越障轮摆动架向下压紧越障前轮，使同步带与壁面接触；当障碍物越过时，弹簧向下压紧越障后轮，同步带与壁面接触，使越障前轮回复到原来位置完成越障运动。
进一步，所述间隙式永磁吸附机构由永磁板构成，永磁板安装在车架下底板上。
进一步，所述限位关节与中间平台的连接关系为：限位底座与平台主箱体通过螺栓固连在一起，限位底座上的限位盖内设有轴承，该轴承外圈与限位底座和限位盖相配合，轴承内圈由第一旋转轴轴肩定位凸台所固定，通过角度限位孔与第一旋转轴角度限位孔配合起到限位作用；所述限位关节与车体的连接关系为：第二旋转轴轴端固定限位端盖置于限位关节连接孔中，第二旋转轴轴端固定限位端盖通过螺栓与车架外侧壁板固连；轴承外圈顶在限位关节连接孔内壁，轴承内圈顶在定位套筒一侧端面上，同时定位套筒另一侧端面顶在第二旋转轴角度限位卡环的端面上，第二旋转轴角度限位卡环通过第二旋转轴轴肩定位凸台起到定位作用，并通过定位销固定；第二旋转轴角度限位卡环与第二旋转轴轴端固定限位端盖限位槽相配合，用于限制车体相对于限位关节的旋转范围。
进一步，所述中间平台由平台主箱体和平台上盖板构成；所述平台主箱体是一个无上盖的长方体，内部空间用于装在机器人所用的电器元件，所述平台上盖安装在平台主箱体的上表面，构成一个封闭的箱体。
本实用新型的优点和积极效果是：
1、本实用新型将永磁板安装在机器人底板下，与被吸附面形成非接触吸附，这样不但吸附力大，而且不会影响机器人的运动灵活性。
2、本实用新型通过越障后轮在垂直壁面方向上摆动，从而带动越障轮摆动架向下压紧越障前轮，使同步带与壁面接触，具有较好的越障能力，还保证了机器人越障的安全可靠。
3、本实用新型具有两自由度的限位关节，一个可以左右摆动，另一个可以前后摆动，这样可以实现爬壁机器人在作业过程中对壁面曲率变化的自适应能力，能够保证机器人灵活运动时机器人的稳定性，为安全高效的作业提供保障。
4、本实用新型设计合理，不仅具有良好的越障能力，同时还具有强负载能力，对壁面形貌及曲率的变化具有良好的自适应性，能够快速拆解、运输与安装，其移动转弯操控简便，能满足在复杂环境中运动和作业的需求。
附图说明
图1是本实用新型的总装配体等轴侧视图；
图2是本实用新型的总装配体前视图；
图3是本实用新型的中间平台等轴侧视图；
图4是本实用新型的限位连接关节装配体等轴侧视图；
图5是本实用新型的限位连接关节部分等轴侧视图；
图6是本实用新型的右车体等轴侧视图；
图7是本实用新型的右车体内部结构示意图；
图8是本实用新型的右车架外侧壁板等轴侧视图；
图9是本实用新型的右车体俯视图；
图10是本实用新型的越障前的工作示意图；
图11是本实用新型的越障后的工作示意图；
图12是本实用新型的曲面适应示意图(俯视状态)；
图13是本实用新型的曲面适应示意图(主视状态)；
图中：1-中间平台，2-右限位关节，3-右车体，4-左限位关节，5-左车体，101-平台主箱体，102-平台上盖板，201-限位底座，202-限位盖，203-角度限位孔，204-第一旋转轴轴肩定位凸台，205-第一旋转轴，206-第一旋转轴角度限位孔，207-第二旋转轴，208-第二旋转轴轴肩定位凸台，209-第二旋转轴角度限位卡环，210-第二旋转轴轴端固定限位端盖，211-定位销，212-第二旋转轴套筒，301-右车架外侧壁板，302-右车架内侧壁板，303-右车架下底板，304-T型支架，305-上支架，306-越障机构支架，307-压带机构支架，308-同步带轮支架，309-张紧轴滑槽，310-张紧轴固定孔，311-同步带轮，312-越障后轮，313-越障前轮，314-橡胶，315-同步带，316-压带轮，317-压带轮支架，318-压带轮支架轴，319-摆动支架，320-摆动压紧支架，321-压缩杆连接轴，322-压缩杆，323-压缩缸，324-弹簧，325-固定张紧轴，326-移动张紧轴，327-轴间距可调节螺栓，328-同步带轮轴，329-越障机构轴，330-越障轮摆动架，331-编码器，332-抱闸制动器，333-直流有刷电机，334-减速器，335-扭矩换向器，336-减速器固定支架，337-永磁板，338-限位关节连接孔。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型实施例做进一步详述。
一种可越障的多功能爬壁机器人，如图1及图2所示，包括左车体5、左限位关节4、中间平台1、右限位关节2和右车体3，左车体5和右车体3结构完全相同，对称设置在中间平台1的两侧，给爬壁机器人的运动提供动力。左车体5和右车体3分别通过左限位关节4、右限位关节2与中间平台1连接，左限位关节4和右限位关节2均具有两个旋转自由度，使得左车体5和右车体3相对于中间平台1具有两个旋转自由度。
如图3所示，所述中间平台1包括平台主箱体101、平台上盖板102。平台主箱体101是一个无上盖的长方体，内部空间用于装在机器人所用的电器元件。平台上盖102安装在平台主箱体101的上表面，形成一个封闭的箱体。
如图4及图5所示，所述具有两自由度的限位关节包括第一旋转轴205、第一旋转轴轴肩定位凸台204、第一旋转轴角度限位孔206，第二旋转轴207、第二旋转轴轴肩定位凸台208、第二旋转轴角度限位卡环209、第二旋转轴套筒212、第二旋转轴轴端固定限位端盖210。其中第一旋转轴205、第一旋转轴轴肩定位凸台204、第一旋转轴角度限位孔206为一体化设计通过螺栓与第二旋转轴连接207。第二旋转轴角度限位卡环209由第二旋转轴轴肩定位凸台208所定位，通过定位销211与第二旋转轴207固接。第二旋转轴轴端固定限位端盖210与第二旋转轴207通过螺钉连接，达到第二旋转轴207在右车架外侧壁板301位置的固定。
限位关节与中间平台1的连接关系为：限位关节与中间平台1是由第一旋转轴轴肩定位凸台204与轴承连接相配合的，轴承外圈与限位底座201和限位盖202相配合，轴承内圈则由第一旋转轴轴肩定位凸台204所固定。这样便使得限位关节2以第一旋转轴205为轴，相对于中间平台1做旋转运动。通过角度限位孔203与第一旋转轴角度限位孔206配合，二者的相对位置决定了关节的旋转范围，从而起到限位作用，最后限位底座201与平台主箱体101通过螺栓固连。
由于左车体5与右车体3结构完全相同，下面以右车体3为例对车体结构进行说明。如图6至图11所示，所述右车体3包括右车架、驱动机构、传动机构、行走机构、张紧机构、压带机构、越障机构和间隙式永磁吸附机构。所述右车架包括右车架外侧壁板301、右车架内侧壁板302、右车架下底板303、T型支架304、上支架305、越障机构支架306、压带机构支架307、同步带轮支架308，起到支撑作用。行走机构通过同步带轮轴328、越障机构轴329分别连接在右车架内侧壁板302的两端。张紧机构分别连接在右车架内侧壁板302和压带机构支架307的张紧轴固定孔310、张紧轴滑槽309中。越障机构通过越障机构轴329连接在右车架内侧壁板302上。限位关节2通过限位关节连接孔338固定在右车架外侧壁板301上。驱动机构通过减速器固定支架336固定在右车架下底板303上。传动机构通过同步带轮轴328传递动力。间隙永磁吸附结构通过螺钉固定在右车架下底板303下。
所述驱动机构包括直流有刷电动机333、编码器331、抱闸制动器332和电机驱动器。所述直流有刷电动机333、编码器331、抱闸制动器332为同轴布置，依次螺栓连接为一体，再通过螺栓连接到减速器334上；电机驱动器放置在右车架下底板303后端位置。
所述传动机构包括减速器334、减速器固定支架336和扭矩换向器335。减速器334前端通过减速器固定支架336固接在右车架底板303上，后端连接有驱动机构。减速器334输出轴通过键连接，将电机扭矩传递给扭矩换向器335。扭矩换向器335为传动比1:1的锥齿轮组，主动锥齿轮连接减速器334输出轴上，从动锥齿轮固定在同步带轮轴328上，从而带动同步带转动。
所述行走机构包括同步带轮311、同步带315、橡胶314、越障后轮312、越障前轮313和压带轮316构成。同步带轮311通过键连接与同步带轮轴328固接，二者同轴转动。扭矩换向器335的从动锥齿轮固定在同步带轮轴328的外侧，将电机扭矩通过同步带轮轴328传递至同步带轮311，这样通过一系列的传动，电机可以驱动同步带运动。越障后轮312与越障前轮313连接在越障轮摆动架330上，越障轮摆动架330与越障机构轴329连接，同步带315带动越障后轮312和越障前轮313转动。同步带315由同步带轮311、越障后轮312、越障前轮313、压带轮316共同撑起，同步带315外侧裹有一层薄的橡胶314，该橡胶314的硬度较低，防止履带与壁面直接接触，这样起到保护壁面的作用。
所述张紧机构由固定张紧轴325、移动张紧轴326和轴间距可调节螺栓327构成，固定张紧轴325固定在张紧轴固定孔310，移动张紧轴326放置在张紧轴滑槽309内，使其只能沿滑槽内上下移动。轴间距可调节螺栓327同时穿过固定张紧轴325和移动张紧轴326，两端由拧紧放松螺母，由于螺栓在固定张紧轴325的一端被防松螺母所固定，通过调节移动张紧轴326一端的螺母，即可调节两轴的轴间间距。固定张紧轴325，移动张紧轴326处于同一竖直位置，移动张紧轴326与同步带315下表面接触，轴间距离的变化可以给同步带施加张紧力，间距越大，张紧力越大。轴间距可调节也使得同步带315的安装与拆卸更加方便。相应的可调节张紧力来满足行走机构的具体需求。
所述压带机构由压带轮316、压带轮支架317、摆动支架319、摆动压紧支架320、压缩杆322、压缩缸323和弹簧324构成。压带轮316通过固定张紧轴325固接在右车架内侧壁板302上。当前面压带轮316遇到障碍物时，压带轮316向上翘起压缩弹簧324，弹簧324向上顶住摆动压紧支架320，使摆动压紧支架320压紧后面的压紧轮316；当后面的压紧轮316遇到障碍物时，压带轮316向上翘起通过摆动压紧支架320压缩弹簧324，从而使弹簧324压紧压带轮316，起到压紧同步带的作用。
所述越障机构由越障后轮312、越障前轮313、越障轮摆动架330、压缩杆322、压缩缸323、弹簧324和摆动支架319构成。越障轮摆动架330通过越障机构轴329固接在右车架内侧壁板302上。当越障后轮312遇到障碍物时，越障后轮312会出现翘起现象，然后压缩弹簧324，同时带动越障轮摆动架330向下压紧越障前轮313，使同步带315与壁面接触；当障碍物越过时，弹簧324会向下压紧越障后轮312，使同步带315与壁面接触，从而使越障前轮313回复到原来位置，这样就可使机器人完成越障运动。
所述间隙式永磁吸附机构由永磁板337构成，永磁板337安装在右车架下底板上，与被吸附面形成非接触吸附，这样不但吸附力大，而且不会影响机器人的运动灵活性。
下面对限位关节与车体的连接关系进行说明。
以右限位关节2及右车体3为例说明限位关节与车体的连接关系。所述具有两自由度的限位关节2与右车体3配合，是右车架外侧壁板301上的限位关节连接孔338与限位关节2的第二旋转轴207通过轴承连接相配合的。具体实施方式是第二旋转轴轴端固定限位端盖210置于限位关节连接孔338中，第二旋转轴轴端固定限位端盖210通过螺栓与右车架外侧壁板301固连。轴承外圈顶在限位关节连接孔338内壁，轴承内圈顶在定位套筒212一侧端面上，同时定位套筒212另一侧端面顶在第二旋转轴角度限位卡环209的端面上，第二旋转轴角度限位卡环209通过第二旋转轴轴肩定位凸台208起到定位作用，最后通过定位销211固定。这样就将右车架相对于限位关节2的自由度限制为一个旋转自由度。同时，第二旋转轴角度限位卡环209与第二旋转轴轴端固定限位端盖210限位槽相配合，二者的相对位置限制了右车体3相对于限位关节2的旋转范围。
具有两自由度的限位关节2连接了右车体3与中间平台1，使得右车体3具有相对于中间平台1有两个旋转自由度，这样就能够满足机器人对风电塔桶曲面以及变曲率的适应，保证机器人在作业过程中，时刻与塔桶壁面的稳定接触，如图12及图13所示。
需要强调的是，本实用新型所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本实用新型并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本实用新型保护的范围。