一种铰链机构、机械设备和爬壁机器人的制作方法

本发明涉及机械技术领域，尤其涉及一种铰链机构、机械设备和爬壁机器人。

背景技术：

铰链是一种用于连接两个主体并允许两主体之间做相对转动的机械机构。铰链一般包括铰座和旋转块，铰座和旋转块可以做相对转动。随着科学技术的快速发展，人们对铰链的结构和应用提出了更高的安全要求。在目前的市场上，由于结构不尽合理，铰座和旋转块之间的相对转动的调节难以通过内部结构的改进来实现，而需要外力或其他辅助机构来解决。因此需要重新设计一种性能较好的铰链机构来解决铰座和旋转块做安全的相对转动的问题。

技术实现要素：

本发明提供一种铰链机构，以提高铰链转动的安全性能。

本发明一方面提供一种铰链机构，包括铰座和旋转块，所述铰座与所述旋转块铰接；所述旋转块的一端设置有限位装置和连接装置，所述限位装置用于限制所述铰座与旋转块在相对转动时的位置关系，所述连接装置用于降低所述铰座与旋转块在相对转动时的角速度。

在一种可实施方式中，所述限位装置包括第一限位面和第二限位面，所述第一限位面和第二限位面连接，并形成一个设定角度，所述第一限位面用于限制所述旋转块与所述铰座在相对转动时的最大角度，所述第二限位面用于限制所述旋转块绕所述铰座相对转动的最小角度。

在一种可实施方式中，所述限位装置还包括光滑曲面，所述第一限位面和第二限位面通过光滑曲面相连；所述铰座设置有基准面，在所述旋转块与所述铰座相对转动的过程中，所述基准面与所述第一限位面、第二限位面或光滑曲面相接触。

在一种可实施方式中，所述连接装置包括弹簧，所述弹簧与所述铰座相连，并与所述旋转块可拆卸连接，所述弹簧用于降低所述铰座与旋转块在相对转动时的角速度。

在一种可实施方式中，所述弹簧为双扭簧，双扭簧的两端与铰座相连，双扭簧的中部与所述旋转块可拆卸连接。

在一种可实施方式中，所述连接装置还包括与所述双扭簧套接的铰接轴，所述铰接轴依次穿过铰座的一侧、双扭簧、旋转块，并从铰座的另一侧穿出，所述铰接轴用于所述双扭簧的定位，并用于所述铰座与旋转块的铰接。

在一种可实施方式中，所述连接装置还包括压块，所述压块设置有与所述双扭簧的中部相适配的凹槽，所述压块与旋转块可拆卸连接。

在一种可实施方式中，所述连接装置还包括开口销和挡片，所述挡片均与铰接轴套接，所述开口销与所述铰接轴的端部相固定，并与对应的所述挡片相适配。

本发明另一方面提供一种机械设备，包括第一主体、第二主体和上述的铰链机构，所述铰座用于连接第二主体，所述旋转块的另一端用于连接第一主体。

本发明第三方面提供一种爬壁机器人，包括上述的机械设备，所述第一主体为机器人主体，所述第二主体为驱动装置，所述机器人主体用于执行在攀爬面上的作业任务并控制所述驱动装置的动作，所述驱动装置用于根据所述机器人主体的控制指令带动所述机器人主体在攀爬面上沿着设定方向移动。

本发明通过创新设计用于限制铰座与旋转块在相对转动时的位置关系的限位装置，限制了铰座与旋转块的展开空间，避免铰链机构与外界发生干涩，保证铰链机构在工作时的安全性；通过创新设计用于降低所述铰座与旋转块在相对转动时的角速度的连接装置，降低了铰座与旋转块的位置关系的变化速率，刚性碰撞的几率和严重程度都得到显著的改进，进一步提高安全性能。

需要理解的是，本发明的教导并不需要实现上面所述的全部有益效果，而是特定的技术方案可以实现特定的技术效果，并且本发明的其他实施方式还能够实现上面未提到的有益效果。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，其中：

在附图中，相同或对应的标号表示相同或对应的部分。

图1为本发明实施例提供的一种铰链机构的结构示意图；

图2为本发明实施例图1提供的a-a向剖视图；

图3为本发明实施例提供的一种爬壁机器人的具体结构图；

图4为本发明实施例提供的铰链机构与爬壁机器人的安装结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面将参考若干示例性实施方式来描述本发明的原理和精神。应当理解，给出这些实施方式仅仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本发明，而并非以任何方式限制本发明的范围。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进一步详细阐述。

实施例一

结合图1，本发明实施例提供一种铰链机构，包括铰座1和旋转块2，所述铰座1与所述旋转块2铰接；所述旋转块2的一端设置有限位装置和连接装置，所述限位装置用于限制所述铰座1与旋转块2在相对转动时的位置关系，所述连接装置用于降低所述铰座1与旋转块2在相对转动时的角速度。

将铰座1与旋转块2铰接，然后在旋转块2的一端安装限位装置和连接装置；在使用时，铰链机构中的铰座1和旋转块2会发生相对转动；在具有自重或其他作用力或在铰链机构工作时，限位装置限制铰座1与旋转块2在相对转动时的位置关系，限制了铰座1与旋转块2的最大展开空间，避免铰链机构与外界发生干涩，保证铰链机构在工作时的安全性；限位装置限制铰座1与旋转块2在相对转动时的位置关系包括限制旋转块2绕铰座1转动的最大角度或最小角度，其中的最小角度可以用于表示机构内部不产生干涩的最小展开空间，也可以用于表示机构内部各个零部件在折叠时的最小折叠空间，进一步提高铰链机构的安全性和可折叠性；在发生相对转动时，旋转块2将以一定的角速度绕铰座1转动，连接装置用于降低铰座1与旋转块2在相对转动时的角速度，降低了铰座1与旋转块2的位置关系的变化速率，刚性碰撞的几率和严重程度都得到显著的改进，进一步提高安全性能。

本发明实施例通过创新设计用于限制铰座1与旋转块2在相对转动时的位置关系的限位装置，限制了铰座1与旋转块2的展开空间，避免铰链机构与外界发生干涩，保证铰链机构在工作时的安全性；通过创新设计用于降低所述铰座1与旋转块2在相对转动时的角速度的连接装置，降低了铰座1与旋转块2的位置关系的变化速率，刚性碰撞的几率和严重程度都得到显著的改进，进一步提高安全性能。

结合图2，本实施例中，优选的，所述限位装置包括第一限位面3和第二限位面4，所述第一限位面3和第二限位面4连接，并形成一个设定角度，所述第一限位面3用于限制所述旋转块2与所述铰座1在相对转动时的最大角度，所述第二限位面4用于限制所述旋转块2绕所述铰座1相对转动的最小角度。

设定角度是旋转块2绕铰座1转动的合理范围，在0度至360度之间，根据实际需要而设置具体的角度数值。

本实施例中，优选的，所述限位装置还包括光滑曲面5，所述第一限位面3和第二限位面4通过光滑曲面5相连；所述铰座1设置有基准面6，在旋转块2与所述铰座1相对转动的过程中，基准面6与第一限位面3、第二限位面4或光滑曲面5相接触。

旋转块2绕铰座1转动，以基准面6所在的平面为基准，以旋转块2的轴线为转动杆；在转动过程中，基准面6与轴线形成的最大角度和最小角度，两者的差值在数值上与设定角度相等；由于限位装置的存在，在机构工作时，旋转块2绕铰座1转动，使得第一限位面3和第二限位面4与基准面6会发生刚性碰撞；连接装置用于缓冲旋转块2绕铰座1的转动，包括旋转块2绕铰座1转动至最大角度的位置或旋转块2从最大角度的位置逐渐复位，或旋转块2绕铰座1转动至最小角度的位置或旋转块2从最小角度的位置逐渐复位；连接装置降低了旋转块2的转动速度，且有效缓冲了旋转块2与铰座1的刚性接触，避免第一限位面3和第二限位面4与基准面6发生刚性碰撞，进一步提高安全性能。

本实施例中，优选的，所述连接装置包括弹簧，所述弹簧与所述铰座1相连，并与所述旋转块2可拆卸连接，所述弹簧用于降低所述铰座1与旋转块2在相对转动时的角速度。

在使用时，弹簧的弹性力缓冲了旋转块2与铰座1在相对转动时的刚性接触，避免第一限位面3和第二限位面4与基准面6发生刚性碰撞。

本实施例中，优选的，所述弹簧为双扭簧7，双扭簧7的两端与铰座1相连，双扭簧7的中部与所述旋转块2可拆卸连接。

在本机构中，与一般压缩弹簧或拉伸弹簧相比，采用双扭簧7，安装更加方便，旋转块2两侧的平衡性更佳；在进一步的设计方案中，铰座1为u型结构，u型铰座1的底部的内壁为基准面6。

本实施例中，优选的，所述连接装置还包括压块9，所述压块9设置有与所述双扭簧7的中部相适配的凹槽，所述压块9与旋转块2可拆卸连接。

通过压块9，将双扭簧7的中部固定在旋转块2上，结构简单，双扭簧7的安装、拆卸和更换方便；压块9与双扭簧7采用螺栓或内六角螺栓连接，各个部件装卸、更换方便。

本实施例中，优选的，所述连接装置还包括开口销10和挡片11，所述挡片11均与铰接轴8套接，所述开口销10与所述铰接轴8的端部相固定，并与对应的所述挡片11相适配。

通过上述方案的实施，本发明的铰链机构实现了对目标工件的自动定位、自动识别、自动松紧，长期运行稳定，对轨道上目标工件的识别率高，作业安全可靠，最终提高了作业效率，降低作业成本。

本发明实施例提供一种机械设备，包括第一主体、第二主体和本发明任一实施例所述的铰链机构，所述铰座1用于连接第二主体，所述旋转块2的另一端用于连接第一主体。

结合图3和4，本发明实施例提供一种爬壁机器人，包括上述的机械设备，所述第一主体为机器人主体12，所述第二主体为驱动装置，所述机器人主体12用于执行在攀爬面上的作业任务并控制所述驱动装置的动作，所述驱动装置用于根据所述机器人主体12的控制指令带动所述机器人主体12在攀爬面上沿着设定方向移动。

在使用时，将爬壁机器人放置在攀爬面上，若攀爬面为平面，由于机器人主体12自重的作用，旋转块2受双扭簧7的缓冲作用，绕铰座1的铰接轴8逐渐转动到最大角度，第一限位面3与基准面6紧密接触，驱动装置不会凹陷或处于其他不平稳的状态，使得驱动装置与机器人主体12在结构上处于稳定的状态；此时，双扭簧7的回复力最小，但不等于零；而在此过程中，双扭簧7对驱动装置具有回复力的作用，以缓冲驱动装置与机器人主体12的刚性接触；若攀爬面为管道的外表面，爬壁机器人架设在管道上，驱动装置吸附在管道的外表面上，旋转块2绕铰座1转动的角度在最大角度和最小角度之间，双扭簧7具有复位的趋势，当驱动装置遇到管道的外表面的障碍物时，双扭簧7对驱动装置具有减震作用；在爬壁机器人回收时，由于自重，驱动装置具有下坠或内翻的趋势，双扭簧7对驱动装置具有缓冲或拉伸作用，避免驱动装置与爬壁机器人的内部器件发生撞击或其他刚性接触。

本发明实施例通过铰链机构的创新，实现该爬壁机器人具有良好的结构稳定性、减震性能和缓冲作用。在进一步的设计方案中，旋转块2绕铰座1转动的最大角度为90度、最小角度为0度，90度的最大角度实现机器人主体12与驱动装置垂直连接，结构稳定性更佳；在折叠时，0度的最小角度实现机器人主体12与驱动装置完全折叠，减少爬壁机器人的占用空间；连接部设置有定位孔，通过定位孔，连接部与机器人主体12可拆卸连接。

本实施例中，优选的，所述机器人主体12设置有控制器13和执行装置，所述控制器13与所述驱动装置和执行装置连接，所述控制器13用于控制所述驱动装置带动所述机器人主体12在攀爬面上移动，并控制所述执行装置沿着设定方向执行在攀爬面上的作业任务。

通过控制器13控制爬壁机器人在攀爬面上移动和作业，无需人工操作，保障了工作人员的人身安全。

本实施例中，优选的，所述执行装置包括电机14和执行连杆15，所述电机14与所述控制器13电连接，所述电机14用于带动所述执行连杆15执行在攀爬面上的作业任务，所述执行连杆15与所述电机14相连，所述执行连杆15用于安装执行元件20并带动执行元件20沿着设定方向执行作业任务。

执行连杆15的一端与电机14的输出轴相连，执行连杆15的另一端用于安装执行元件20；电机14的输出轴的转动带动执行连杆15运动，使得执行元件20按照设定的动作在攀爬面上沿着设定方向自动作业；执行元件20包括金属探伤器、涂料喷涂器或其他用于管道的作业元件，应用广泛。

本实施例中，优选的，所述执行装置还包括减速器16，所述减速器16的输入轴与所述电机14相连，所述减速器16的输出轴设置有与所述执行连杆15可拆卸连接的管卡17。

减速器16将电机14的动力传递到管卡17上，并使管卡17执行回转运动；在沿着驱动装置运动方向移动的同时，通过管卡17的作用，执行连杆15以管卡17的中心为圆心并以自身的长度为半径执行扇形的回转运动；执行元件20设置在执行连杆15的端部，在圆弧回转运动的同时，执行作业任务，如完成金属探伤、管道表面喷涂或其他作业任务，优选方案是在管道表面执行喷涂任务。

本实施例中，优选的，所述驱动装置包括驱动轮18和从动轮19，所述驱动轮18与控制器13连接，所述驱动轮18用于带动所述从动轮19和所述机器人主体12在攀爬面上移动；所述从动轮19为磁力万向轮，所述从动轮19用于辅助驱动轮18带动所述机器人主体12在攀爬面上移动。

磁力万向轮对管道具有吸附作用，辅助驱动轮18将机器人主体12定位在管道上；在辅助设备中，还包括用于手动调整爬壁机器人的移动方向的后把手21；而在爬壁机器人完成作业后，辅助设备还包括用于回收爬壁机器人的侧把手22，侧把手22与驱动轮可拆卸连接。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。