[发明专利]一种双足磁吸附爬壁机器人

说明书

本发明是一种双足磁吸附爬壁机器人，由第一吸附足组件、腰转关节组件、第一俯仰关节组件、第二俯仰关节组件、第三俯仰关节组件、连杆(三)、第二吸附足组件、控制系统、无线模块和电源装置组成，可用于对大型罐体、舰船表体、钢架桥塔等铁质壁面的检测。通过控制各关节组件的协调运动和2个吸附足组件与壁面之间的交替吸附，实现机器人的周向运动、蠕动、翻转和交叉面过渡。机器人可以通过相机对壁面特征进行检测，并将图像发送给使用者。该机器人还可以通过配备不同的末端装置执行不同类型的作业。该机器人结构紧凑、功能多样且具备交叉面过渡能力。为辅助或代替人类在竖直或高空壁面等危险环境下进行检修等操作提供了解决方案。

技术领域

本发明属于机器人技术和自动化领域，涉及一种爬壁机器人，具体涉及一种双足磁吸附爬壁机器人。

背景技术

随着现代科技的快速发展，各种新技术不断涌现，促使机器人的应用愈加广泛。在机器人领域中，爬壁机器人是一种集驱动、传感、控制和通讯等于一体的特种机器人，它可以在多种竖直或高空壁面等极限环境下辅助或代替人类执行探测、维护、除锈、清洗或喷涂等作业，特别是在舰船制造、桥塔检测、石油化工以及核工业等领域中具有广泛的应用前景。

对爬壁机器人来讲，吸附方式是核心，现有吸附方式主要包括气压吸附(真空吸附、负压吸附)、仿生吸附和磁吸附等。气压吸附方式不受壁面材质限制，适应性强，但容易发生漏气，影响吸附能力，并且采用气压吸附的爬壁机器人运动精度不高；仿生吸附具有负载能力强，适应范围广等优点，但该技术仍处于实验室研究阶段，离实际应用还很远；磁吸附方式具有负载能力强、结构简单且便于应用等优点，但要求壁面必须是导磁材料，对于大型罐体、舰船表体、钢结构桥塔等铁质壁面来讲，磁吸附方式是一种理想的选择。行走方式是实现爬壁机器人运动功能的关键，目前的行走方式主要有轮式行走、履带式行走、多足式行走和双足式行走，轮式行走和履带式行走多用于单一平面内，越障能力不足且难以实现交叉面过渡，多足式行走具有较好运动能力，但结构较为复杂，通常需外接线缆(或管路)，不易实现集成化设计；双足式行走方式兼具越障性与运动灵活性，易于实现紧凑化及集成化设计。

目前，国内外已研制出了多种爬壁机器人。现有爬壁机器人中，比较典型的是密执根州立大学研制的小型尺蠖式机器人Flipper，该机器人是一种采用气压吸附的双足爬壁机器人，它只能以翻转的方式运动，由于采用气压吸附，负载能力有限且运动精度不高，此外，还需要外接线缆(Minor M,Dulimarta H,Danghi G,et al.Design,implementation,and evaluation of an under-actuated miniature biped climbing robot[C]//IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems.IEEE,2000:1999-2005vol.3.)。此外，国内哈尔滨工业大学、中国计量学院、中科院沈阳自动化研究所均研制了小型双足气压吸附爬壁机器人，同Flipper类似，这些机器人也存在负载能力有限、运动精度不高且需要外接线缆等不足。

专利申请方面，申请号为201510254700.8的中国专利公开了一种船舶立面作业多功能爬行机器人，该机器人采用安装有永磁铁的履带作为行走机构，不具备壁面过渡能力；申请号为201611052172.9的中国专利公开了一种磁吸附爬壁机器人，该机器人采用轮式行走方式，不具备壁面转换功能；申请号为201710076556.2的中国专利公开了一种具有壁面转换功能的越障爬壁机器人，该机器人采用两个单体爬壁机器人和俯仰偏摆机构实现壁面转换，但存在体积大、负载能力弱且运动灵活性较弱等不足。

发明内容

本发明的目的是：针对现有爬壁机器人运动灵活性有限、负载能力较弱且不具备交叉面过渡能力(或过渡能力较弱)等不足，设计一种双足磁吸附爬壁机器人，实现对大型罐体、舰船表体、钢架桥塔等铁质壁面的检测与维护等操作，并具备良好的运动灵活性与交叉面过渡能力，为辅助或代替人类在上述竖直或高空壁面等危险环境下进行检修等操作提供解决方案。