[实用新型]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

说明书

技术领域

本实用新型属于特种机器人技术领域，具体来说是一种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。

背景技术

磁吸附爬壁机器人是特种机器人的一种，其主要特点是能够在船舶等大型结构件，以及电站水轮机叶片等人员难以现场维护的结构件的导磁壁面爬行，并完成多种作业方式（如焊接、打磨、缺陷检测、夹取等）的一种自动化机械装置。

爬壁机器人应具有吸附、移动和作业三种功能。吸附功能应确保其可靠地吸附在结构件导磁壁面，在移动和作业时不会掉落；移动功能应使其具备前后移动、左右转动功能，移动过程稳定，且能适应不同曲率的作业壁面。

爬壁机器人常见的吸附方式有：固定轨道式、真空吸附、磁足式磁吸附、履带式磁吸附、磁轮式磁吸附以及间隙式磁吸附五大类。与吸附方式相匹配的移动方式有：导轨式、足式、履带式和轮式四大类；作业机构通常是直角坐标系机械手臂或多关节机械手臂。

磁足式爬壁机器人是靠磁足提供的吸附力吸附在壁面上，由于其行走特点决定了其吸附力必须可调，多采用电磁铁提供吸附力，如日本日立公司研制的八足磁吸附爬壁机器人。足式爬壁机器人步法控制比较复杂，运动灵活性不好。另外，采用电磁铁提供吸附力，需要消耗电能，且存在意外断电造成的安全隐患。

磁轮式爬壁机器人是靠磁轮的吸附力吸附在导磁壁面上。申请日为2004年1月5日、申请号为200410016429.6的专利文献涉及的“磁轮吸附式爬壁机器人”，其技术方案为：包括左轮结构、支承架、检测结构、滚轮、码盘、位置校正结构、右轮结构，左轮结构和右轮结构相同，对称固定在支承架的两侧，检测结构固定在支承架的前边，滚轮和码盘固定在支承架的中间，位置校正结构连接在支承架最右侧，其可适应壁面的曲率，绕支承架作一定角度的转动，在机器人运动过程中校正机器人的位姿。本发明可完成石油筒壁等危险环境中的焊缝检测。上述发明的特点是运动灵活性较好，但是由于磁轮的有效吸附面积小，磁能利用率不高，负载能力较差。

履带式磁吸附爬壁机器人是靠安装在履带式移动机构上的吸块吸附在导磁壁面上。申请日为2000年1月26日、申请号为00200795.9的专利文献涉及的“履带式永磁爬壁机构”，其主要技术方案为：本爬行机构由车体，动力部分和行走机构三部分组成，车体是一个箱形柔性结构，在内部安装动力部分，动力部分是两个电动机及其减速机构，其输出轴分别带动车体两侧的主动链轮。行走机构安置在车体两侧，由主动链轮，导轮，永磁铁及链条张紧机构组成，每一主动链轮带动三根封闭式链条，在三根链条之间的两个间隙处，沿链条全长视负重均匀布置永磁铁。其特点是负载能力强，但是其运动灵活性较差，特别是在进行转向运动时，由于履带和导磁壁面之间接触面积大，转向阻力大，转向半径大，转向灵活性差。

间隙吸附式爬壁机器人是靠安装在底盘上的与导磁壁面间具有一定间隙的永磁体吸附在导磁壁面上。申请日为2005年10月8日、申请号为200510086383.X的专利文献涉及的“轮式非接触磁吸附爬壁机器人”，其技术方案为：包括轮式移动机构和永磁吸附装置，轮式移动机构包括底盘、安装在底盘上的驱动机构、由驱动机构驱动的驱动轮。所述驱动轮对称布置，采用差动驱动方式，依靠驱动轮的差速实现在导磁壁面上的转向；永磁吸附装置安装在所述底盘上，所述永磁吸附装置和导磁壁面间是非接触的，磁能利用率高，吸附能力强。上述专利特点是吸附力大，但是由于所有的驱动轮都是不能相对车体转向的圆柱轮，转向阻力大，转向灵活性差。

直角坐标系机械手臂由直线运动副构成，申请日为2006年10月30日、申请号为200620149190.4的专利文献涉及的“多轴式机械手臂”，其特点是有三个直线运动副构成，可实现空间任意位置的作业，结构简单，成本较低，但本身占用体积较大，末端工作装置无法变化角度。多关节机械手臂由多个转动副构成，动作灵活，占用体积小，但目前未见多关节机械手臂用在磁吸附式爬壁机器人领域的报道。

综上所述，现有的机械手臂爬壁机器人本身占用体积较大，末端工作装置无法变化角度，还有运动灵活性较好而负载能力差，或者是负载能力强而运动灵活性差，未能较好地解决爬壁机器人移动和吸附的矛盾，并且综合性能不好。

实用新型内容

本实用新型的目的是为克服已有技术在运动灵活性和负载能力两方面综合性能的不足，解决爬壁机器人吸附和移动的矛盾，并且针对机械手臂灵活性存在不足的问题，提供一种能够在导磁壁面上可靠地吸附并灵活移动，能够实现多种作业方式，小巧灵活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。