本實(shí)用新型涉及一種履帶式爬壁機(jī)器人，屬于特種機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在核能、船舶、化工、風(fēng)電等行業(yè)，廣泛存在導(dǎo)磁體金屬外壁。這些壁面經(jīng)長(zhǎng)期風(fēng)吹日曬、鹽堿侵蝕、灰塵粘附、砂礫摩擦，表面會(huì)出現(xiàn)污垢、脫漆，乃至銹蝕等現(xiàn)象。這些問題不僅影響美觀，而且可能危及壁面本體的安全運(yùn)行，不能滿足安全、清潔的工業(yè)管理要求。目前，上述壁面的清洗、除銹、補(bǔ)漆和檢修等工作大都采用人工作業(yè)方式，存在高危、低效、高成本等問題。爬壁機(jī)器人是特種機(jī)器人中的一個(gè)重要類別，可廣泛應(yīng)用于上述情形中的運(yùn)維與檢修工作，代替人工作業(yè)，提高工作效率、降低作業(yè)成本。吸附和行走是爬壁機(jī)器人的兩大基本功能，目前工業(yè)中廣泛采用的吸附方式有磁力吸附和負(fù)壓吸附，常用的行走方式包含履帶式、輪式和足式。上述吸附方式和行走方式的不同組合，可以形成多種爬壁機(jī)器人設(shè)計(jì)方式。鑒于工況特殊，應(yīng)用于前述情形下的爬壁機(jī)器人，需要具備靈活轉(zhuǎn)向和適度越障能力，同時(shí)還需有較大負(fù)載能力。而現(xiàn)有的大多數(shù)爬壁機(jī)器人在這些方面并不能很好的滿足工況需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問題，本實(shí)用新型的目的是提供一種具備靈活轉(zhuǎn)向能力和適度越障能力的履帶式爬壁機(jī)器人。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案：一種履帶式爬壁機(jī)器人，其特征在于：它包括機(jī)架，在所述機(jī)架的兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置有一對(duì)履帶組件，在所述機(jī)架的底部設(shè)置有轉(zhuǎn)向組件；所述轉(zhuǎn)向組件包括轉(zhuǎn)動(dòng)連接在所述機(jī)架底部的盤式電機(jī)，所述盤式電機(jī)的底部同軸緊固連接有伸縮缸，所述伸縮缸的輸出端緊固連接電磁鐵；所述履帶組件包括橡膠履帶和多個(gè)與所述履帶緊固連接的磁吸附單元，所述磁吸附單元包括圓柱形永磁體、左軛鐵、右軛鐵、上隔磁塊、下隔磁塊和舵機(jī)，所述圓柱形永磁體轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置在由所述左軛鐵、右軛鐵、上隔磁塊和下隔磁塊合圍成的空心筒中，所述空心筒的一端緊固連接有后蓋板，所述舵機(jī)的輸出端通過聯(lián)軸器與所述圓柱形永磁體連接；所述舵機(jī)具有0°和90°兩個(gè)角度狀態(tài)；所述舵機(jī)處于0°角度狀態(tài)時(shí)，所述圓柱形永磁體的N極和S極位于與壁面平行的方向；所述舵機(jī)處于90°狀態(tài)時(shí)，所述圓柱形永磁體的N極和S極位于與壁面垂直的方向。

所述舵機(jī)的控制板上設(shè)置有藍(lán)牙通信模塊，所述控制板與安裝在所述機(jī)架上的控制器通過藍(lán)牙連接。

所述舵機(jī)設(shè)置在與所述空心筒緊固連接的前蓋中，在所述前蓋上設(shè)置正負(fù)極兩個(gè)供電觸點(diǎn)，所述供電觸點(diǎn)與所述舵機(jī)的內(nèi)部供電電路連接，在所述機(jī)架上設(shè)置有供電軌道，各所述舵機(jī)上的所述供電觸點(diǎn)通過所述供電軌道獲得供電。

所述履帶組件還包括鏈軌，各所述磁吸附單元緊固連接在所述鏈軌的外側(cè)；所述橡膠履帶的內(nèi)側(cè)與各所述磁吸附單元緊固連接；所述鏈軌由主動(dòng)輪、從動(dòng)輪、張緊輪和壓鏈輪共同撐起，所述主動(dòng)輪和從動(dòng)輪均通過傳動(dòng)軸與所述機(jī)架連接，所述張緊輪設(shè)置在所述主動(dòng)輪和從動(dòng)輪之間且分別通過第一連桿、第二連桿與所述主動(dòng)輪、從動(dòng)輪連接；所述機(jī)架分別通過第一伸縮桿、第二伸縮桿與所述第一連桿、第二連桿連接；所述壓鏈輪為多個(gè)且間隔轉(zhuǎn)動(dòng)連接在位于所述張緊輪下方的第三連桿上，位于所述第三連桿一端的所述壓鏈輪與所述從動(dòng)輪之間通過第四連桿連接，位于所述第三連桿另一端的所述壓鏈輪通過第五連桿與所述第一連桿連接。

在所述機(jī)架的前端設(shè)置有六自由度機(jī)械臂。

在所述機(jī)架的前端安裝攝像頭。

在所述機(jī)架上靠近所述主動(dòng)輪和從動(dòng)輪的位置分別設(shè)置一NFC傳感器，在各所述舵機(jī)的控制板上均內(nèi)嵌有NFC芯片；所述NFC傳感器與所述控制器電連接，將進(jìn)入自身探測(cè)范圍的磁吸附單元的信息實(shí)時(shí)傳輸給所述控制器，所述控制器對(duì)靠近主動(dòng)輪的NFC傳感器探測(cè)到的磁吸附單元實(shí)施充磁控制，對(duì)靠近從動(dòng)輪的NFC傳感器探測(cè)到的磁吸附單元實(shí)施消磁控制。

本實(shí)用新型由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、本實(shí)用新型控制器可通過藍(lán)牙信號(hào)隨時(shí)控制磁吸附單元的充、消磁狀態(tài)，配合機(jī)架底部的盤式電機(jī)、伸縮缸和電磁鐵，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備本體的靈活轉(zhuǎn)向，當(dāng)需要轉(zhuǎn)向時(shí)，電磁鐵通電充磁，伸縮缸伸出至電磁鐵與壁面貼合，然后控制器對(duì)全部的磁吸附單元進(jìn)行消磁控制，盤式電機(jī)實(shí)施轉(zhuǎn)向動(dòng)作，轉(zhuǎn)向完成后，伸縮缸縮回，控制器控制各磁吸附單元恢復(fù)至轉(zhuǎn)向前的充磁或消磁狀態(tài)，然后電磁鐵斷電消磁。2、本實(shí)用新型采用有多連桿結(jié)構(gòu)作為支撐骨架的履帶組件，可以自適應(yīng)不同的曲面壁面，并具備很好的越障能力，大大提升了該設(shè)備在工業(yè)領(lǐng)域的使用場(chǎng)景。3、本實(shí)用新型配置六自由度靈活機(jī)械臂，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)壁面的清洗、除銹、噴漆和檢測(cè)等多個(gè)動(dòng)作。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型機(jī)架和履帶組件的連接示意圖；

圖3是本實(shí)用新型機(jī)架和轉(zhuǎn)向組件、機(jī)械臂連接示意圖；

圖4是本實(shí)用新型履帶組件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本實(shí)用新型磁吸附單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是圖5中A-A截面的剖面示意圖；

圖7是本實(shí)用新型磁吸附單元省略前蓋后的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是本實(shí)用新型磁吸附單元處于充磁狀態(tài)的示意圖；

圖9是本實(shí)用新型磁吸附單元處于消磁狀態(tài)的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)的描述。

如圖1～3所示，本實(shí)用新型包括機(jī)架10，在機(jī)架10的左右兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置有一對(duì)履帶組件20，用于實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型在導(dǎo)磁體金屬壁面上的吸附及行走；在機(jī)架10的底部設(shè)置有轉(zhuǎn)向組件40，用于實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型在壁面上的整體轉(zhuǎn)向；在機(jī)架10的前端安裝有機(jī)械臂50，用于實(shí)施對(duì)壁面的清洗、除銹、噴漆和檢測(cè)等動(dòng)作。

如圖2、圖4所示，履帶組件20包括鏈軌21、橡膠履帶22和磁吸附單元23，其中，磁吸附單元23為多個(gè)，間隔緊固連接在鏈軌21的外側(cè)；橡膠履帶22的內(nèi)側(cè)與各磁吸附單元23緊固連接。鏈軌21由主動(dòng)輪24、從動(dòng)輪25、張緊輪26和壓鏈輪27共同撐起，其中，主動(dòng)輪24和從動(dòng)輪25均通過傳動(dòng)軸與機(jī)架10連接，張緊輪26設(shè)置在主動(dòng)輪24和從動(dòng)輪25之間且分別通過連桿28、連桿29與主動(dòng)輪24、從動(dòng)輪25連接。機(jī)架10分別通過伸縮桿30、伸縮桿31與連桿28、連桿29連接。壓鏈輪27為多個(gè)，間隔轉(zhuǎn)動(dòng)連接在位于張緊輪26下方的連桿32上，位于連桿32一端的壓鏈輪27與從動(dòng)輪25之間通過連桿33連接，位于連桿32另一端的壓鏈輪27通過連桿34與連桿28連接。本實(shí)用新型的履帶組件20應(yīng)用了多連桿結(jié)構(gòu)，并且通過伸縮桿30、31與機(jī)架10連接，因此具備一定的變形能力，能夠適應(yīng)不同的曲面壁面，并且具有較好的越障能力。

如圖5～7所示，磁吸附單元23包括圓柱形永磁體231、左軛鐵232、右軛鐵233、上隔磁塊234和下隔磁塊235，其中，圓柱形永磁體231可轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置在由左軛鐵232、右軛鐵233、上隔磁塊234和下隔磁塊235合圍成的空心筒中，空心筒的一端緊固連接有后蓋板236，空心筒的另一端設(shè)置有前蓋237，在前蓋237內(nèi)設(shè)置有舵機(jī)238，舵機(jī)238的輸出端通過聯(lián)軸器239與圓柱形永磁體231連接。舵機(jī)238具有0°和90°兩個(gè)角度狀態(tài)，當(dāng)舵機(jī)238處于0°角度狀態(tài)時(shí)，圓柱形永磁體231的N極和S極位于水平方向(如圖8所示)，磁力線從N極出發(fā)，通過左軛鐵232、壁面60以及右軛鐵233達(dá)到S極，形成閉合；此時(shí)，磁吸附單元23為充磁狀態(tài)，磁吸附單元23在充磁狀態(tài)下會(huì)對(duì)壁面產(chǎn)生吸力。當(dāng)舵機(jī)238處于90°角度狀態(tài)時(shí)，圓柱形永磁體231的N極和S極處于垂直方向(如圖9所示)，磁力線從N極出發(fā)，分別通過左軛鐵232和 右軛鐵233到達(dá)S極，形成兩個(gè)閉合回路；此時(shí)，磁吸附單元23為消磁狀態(tài)，磁力線回路繞開壁面，磁吸附單元23對(duì)壁面60不產(chǎn)生吸力。為了確保履帶組件20既能夠保持吸附，又能夠按照逆時(shí)針方向正常轉(zhuǎn)動(dòng)，磁吸附單元23在抵達(dá)圖4中M位置時(shí)需要切換為充磁狀態(tài)，在抵達(dá)N位置時(shí)需要切換為消磁狀態(tài)。舵機(jī)238的兩個(gè)角度狀態(tài)由控制板241發(fā)出的控制信號(hào)決定，控制板241上設(shè)置有藍(lán)牙通信模塊，使控制板241能夠通過藍(lán)牙信號(hào)與安裝在機(jī)架10上的控制器(圖中未示出)傳遞信號(hào)。在機(jī)架10上靠近主動(dòng)輪24和從動(dòng)輪25的位置分別安裝一個(gè)NFC傳感器，在每一舵機(jī)238的控制板241上內(nèi)嵌有NFC芯片。在橡膠履帶22轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，當(dāng)某一磁吸附單元23向主動(dòng)輪24靠近得足夠近時(shí)，NFC傳感器通過NFC芯片識(shí)別出該磁吸附單元，并將識(shí)別信息發(fā)送給控制器，控制器收到識(shí)別信息后向舵機(jī)238的控制板241下達(dá)控制指令，使舵機(jī)238切換至充磁狀態(tài)；當(dāng)某一磁吸附單元23向從動(dòng)輪25靠近得足夠近時(shí)，NFC傳感器通過NFC芯片識(shí)別出該磁吸附單元，并將識(shí)別信息發(fā)送給控制器，控制器收到識(shí)別信息后向舵機(jī)238的控制板241下達(dá)控制指令，使舵機(jī)238切換至消磁狀態(tài)。

如圖3所示，轉(zhuǎn)向組件40包括轉(zhuǎn)動(dòng)連接在機(jī)架10底部的盤式電機(jī)41，盤式電機(jī)41的底部同軸緊固連接有伸縮缸42，伸縮缸42的輸出端緊固連接有電磁鐵43。當(dāng)本實(shí)用新型需要轉(zhuǎn)向時(shí)，電磁鐵43通電充磁，伸縮缸42伸出至電磁鐵43與壁面60貼合，控制器將兩個(gè)履帶組件20底部的全部磁吸附單元23切換至消磁狀態(tài)；然后，伸縮缸42進(jìn)一步伸出，將機(jī)架10整個(gè)抬起，此時(shí)本實(shí)用新型整機(jī)的重量完全由電磁鐵43承擔(dān)；最后，盤式電機(jī)41轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，實(shí)現(xiàn)整機(jī)的轉(zhuǎn)向。轉(zhuǎn)向完成后，伸縮缸42縮回，待兩個(gè)履帶組件20底部與壁面貼合時(shí)，控制器控制各磁吸附單元23恢復(fù)至轉(zhuǎn)向前的充磁或消磁狀態(tài)；隨后，將電磁鐵43斷電消磁，進(jìn)一步縮回伸縮缸42。至此，整機(jī)完成一次轉(zhuǎn)向動(dòng)作。

上述實(shí)施例中，可以在磁吸附單元23的前蓋237上設(shè)置正負(fù)極兩個(gè)供電觸點(diǎn)240，供電觸點(diǎn)240與舵機(jī)238的內(nèi)部供電電路連接，在機(jī)架10上設(shè)置有供電軌道(圖中未示出)，各舵機(jī)238上的供電觸點(diǎn)240通過供電軌道獲得供電。

上述實(shí)施例中，機(jī)械臂50為六自由度機(jī)械臂，可以在六自由度機(jī)械臂的末端安裝不同的終端執(zhí)行器，從而完成清洗、除銹、噴漆和檢測(cè)等工作。

上述實(shí)施例中，可以在機(jī)架10的前端安裝攝像頭70，攝像頭70用于捕獲本實(shí)用新型前方的工作環(huán)境信息并通過無線傳輸?shù)姆绞綄?shí)時(shí)傳回地面控制端。

本實(shí)用新型僅以上述實(shí)施例進(jìn)行說明，各部件的結(jié)構(gòu)、設(shè)置位置及其連接都是可以有所變化的，在本實(shí)用新型技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，凡根據(jù)本實(shí)用新型原理對(duì)個(gè)別部件進(jìn)行的改進(jìn)和等同變換，均不應(yīng)排除在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之外。