[发明专利]一种曲面自适应吸附式全方位移动平台

说明书

技术领域

本发明涉及特种机器人技术领域，尤其涉及一种用于特种移动机器人的曲面自适应吸附式全方位移动平台。

背景技术

作为机器人技术领域的重要分支，磁吸附式爬壁机器人是一类特种移动作业机器人，是一种设计用来在危险和极限工况下，在导磁性壁面上进行特定作业的一种自动化机电装置，它可以在竖直壁面、倾斜壁面甚至容器顶面全方位地运动，能携带工具完成特定的任务，如钢板焊接、表面打磨、检测等。

其功能的特殊性决定了系统的复杂性，使之成为综合的多学科交叉技术，融合了物理、机械、自动控制、计算机技术、传感及通讯技术等专业知识。这些技术的应用不仅仅是简单叠加，其中涉及相互耦合和系统稳定性问题，所以爬壁机器人研发难度较大。但是爬壁机器人极大地拓展了机器人的可达空间和工作范围，具有广阔的应用前景，因此获得了科研人员和工业领域的重视。目前磁吸附爬壁机器人在电力设备制造、核工业、石化工业、造船业等现代生产活动中获得成功的试应用，完成诸如铁磁性结构和容器的生产施工、检测等工作。

经文献检索与分析发现，现有的磁吸附式爬行机器人普遍存在着曲面适应性不足的问题，当机器人在曲率壁面上运动时，容易发生无法通过、磕碰底盘、吸附滑落甚至整体倾覆的风险。

如专利文献201210185680.X公开了一种差速驱动的吸附式移动机器人，其主要技术方案为：采用三轮拓扑结构，两个后轮作为驱动轮，前轮为辅助稳定和转向轮，采用永磁气隙吸附装置，前后轮通过刚性车架连接，利用后轮差动方式实现在导磁壁面上的转向。其特点是磁能利用率高、负载能力较强，但前后轮采用刚性连接，永磁吸附气隙不可调，不能适应曲面运动的要求。

发明内容

为克服现有磁吸附爬壁机器人存在的上述不足，提出一种曲面自适应吸附式全方位移动平台，能够适应曲率壁面，保持平稳吸附，并避免底盘与壁面的干涉碰撞，实现在曲率壁面上的可靠灵活移动，从而解决现有技术中存在的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下。

一种曲面自适应吸附式全方位移动平台，其特征在于：采用三轮或四轮拓扑结构，包括模块化的前轮转向模块、模块化的后轮驱动模块、车架和运动控制系统。

所述前轮转向模块为驱动转向一体化的模块，所述模块化的前轮转向模块包括气隙式磁吸附组件、驱动与传动装置、基准安装板、转向车轮和转向架，所述转向车轮通过车轴连接在转向架上，所述转向架下端与气隙式磁吸附组件固接，所述转向架上端与所述驱动与传动装置的输出端连接并受其驱动转向，所述基准安装板通过定位基准精确连接所述驱动与传动装置。从而形成一体化独立的驱动转向集成功能模块。

进一步地，所述气隙式吸附组件为磁吸附结构，包括轭铁背板和阵列排布的永磁体，所述永磁体固定在轭铁背板上，在轭铁背板上设置有防止磁体窜动的定位槽，所述永磁体布置在转向车轮四周，使得转向车轮和铁磁性壁面保持合适的气隙距离。

进一步地，所述驱动与传动装置包括前轮伺服电机和与之依次相连的一级同步齿形带传动和二级谐波齿轮传动。伺服电机的输入通过一级同步齿形带传动、二级谐波齿轮传动的柔轮进行放大输出。

进一步地，所述基准安装板为安装前轮转向模块的安装定位板，设置有作为定位基准的定位槽和定位孔。

所述后轮驱动模块为集成了驱动的一体式模块，所述模块化的后轮驱动模块包括曲面适应装置和驱动车轮的吸附与驱动装置；所述吸附与驱动装置为左、右两个，均通过定位基准安装到端板上，端板再通过销轴连接至曲面适应装置，受其驱动，以适应曲率壁面。端板的中部连接到支座上。所述吸附与驱动装置包括驱动伺服电机、直角行星减速机、端板、驱动车轮和气隙式吸附组件，驱动伺服电机输出轴接在所述直角行星减速机的一端，直角行星减速机固定在所述端板上，直角行星减速机输出轴穿过轴承座，和驱动车轮通过自动对心的胀紧套连接；端板的下部与气隙式吸附组件连接，端板中部连接到所述支座的轴上，端板上部通过销轴连接至所述曲面适应装置。

所述后轮驱动模块整体为集成了驱动的一体式模块，左车轮吸附与驱动装置和右车轮吸附与驱动装置受曲面适应装置的驱动，同步调节轴线夹角，以适应曲面运动要求，保持通过性和稳定吸附性能。轴线具体是指左、右车轮的轮轴线的夹角，车轮在平直壁面上行进时，两轴是重合的，在曲面上时调节此角度，从而改变吸附气隙以适应曲面。