[发明专利]具有多自由度机械手臂的差动驱动磁吸附式多功能爬壁机器人

权利要求书

1.具有多自由度机械手臂的差动驱动磁吸附式多功能爬壁机器人，包括爬行机构（1）、操作机构，其特征在于：

所述操作机构包括多功能机械手臂（2）和末端工作模块（3），多功能机械手臂（2）的底座（21）固定在爬行机构（1）的平台上，末端工作模块（3）固定在多功能机械手臂（2）的末端；

所述多功能机械手臂（2）包括底座（21）、转台（22）、大臂（23）、小臂（24）、回转机构以及驱动模块，驱动模块底座（21）固定在爬行机构（1）的车架（6）上；驱动模块包括电机和减速器，所述的转台（22）安装在底座（21）上，电机和减速器驱动其相对于底座（21）做水平回转，所述的大臂（23）安装在转台（22）上，电机和减速器驱动其相对转台（22）竖直转动，所述小臂（24）安装在大臂（23）上，电机和减速器驱动其相对大臂（23）竖直转动，所述的旋转模块（25）安装在小臂（24）的末端，相对小臂（24）做轴向转动，旋转模块（25）具有一个轴向转动自由度，其轴向转动的轴心和小臂（24）与旋转模块（25）之间轴向转动的轴心相互垂直；旋转模块（25）的末端与末端工作模块（3）连接；

所述爬行机构（1）包括采用万向滚动磁轮装置的前轮模块（5）、采用永磁间隙吸附装置的后轮模块（4）、连接前后轮的车架（6）和安装在车架（6）上的电机驱动控制器；爬行机构（1）为三轮结构，两个后轮作为驱动轮，采用后轮差动方式实现在导磁壁面上的转向；

后轮模块（4）包括底盘（8）、环绕车轮（9）安装在后轮底盘（8）上的永磁体（7）、穿过底盘（8）的两后轮、带动车轮（9）的减速器、驱动减速器的直流电机（12），后轮模块（4）的两后轮对称布置；前轮模块（5）采用万向滚动磁轮，包括环形永磁体（14）和全方位轮（13），可跟随车体灵活转动；

万向滚动磁轮装置包括中央的环形永磁体（14）以及环形永磁体（14）两侧的全方位轮（13），环形永磁体（14）和两个全方位轮（13）同轴放置，环形永磁体（14）轴向充磁；两侧的全方位轮（13）的轮毂为低碳钢，作为轭铁与中央的环形永磁体（14）一起构成磁路的一部分；在轮毂的外缘分别均匀设置有方形凹槽，相对应的辊子轴（18）两端为方形，安装在方形凹槽里；辊子（16）安装在辊子轴（18）上，辊子轴（18）上的轴肩和套筒（17）对辊子（16）定位，辊子（16）结构为在不锈钢轴承外缘包覆一层聚氨酯层，辊子（16）与方形凹槽数量相匹配，均匀分布于轮毂周围，辊子轴（18）线与轮毂的轴线正交，两侧的全方位轮（13）交错布置，使得一侧全方位轮（13）的辊子（16）的轴向投影位于另一侧全方位轮（13）的两个辊子（16）中间，当车轮（9）具有沿轴向的运动趋势时两侧全方位轮（13）与地面接触的辊子（16）绕自身轴线转动，使得车轮（9）仍然保持纯滚动状态。

2.根据权利要求1所述的具有多自由度机械手臂的差动驱动磁吸附式多功能爬壁机器人，其特征在于：所述的永磁间隙吸附装置环绕后轮安装在底盘（8）上，所述永磁间隙吸附装置和导磁壁面间是非接触式的，通过调节底盘（8）和导磁壁面之间的距离设定所述永磁吸附装置和导磁壁面间的气隙。

3.根据权利要求2所述的具有多自由度机械手臂的差动驱动磁吸附式多功能爬壁机器人，其特征在于：所述末端工作模块（3）包括焊接模块、打磨模块或夹取模块，三种模块通过法兰结构分别与多功能机械手臂（2）的末端连接。

4.根据权利要求3所述的具有多自由度机械手臂的差动驱动磁吸附式多功能爬壁机器人，其特征在于：所述底盘（8）为低碳钢，作为轭铁与环绕车轮（9）安装在后轮底盘（8）上的永磁体（7）一起构成磁路。

5.根据权利要求4所述的具有多自由度机械手臂的差动驱动磁吸附式多功能爬壁机器人，其特征在于：减速器包括第一级行星齿轮减速器（11）和第二级涡轮蜗杆减速器（10），直流电机（12）后接二级减速器带动车轮（9），第二级涡轮蜗杆减速器（10）通过螺钉连接安装在后轮底盘（8）上。