[发明专利]一种磁吸附式爬壁机器人

说明书

本发明公开了一种磁吸附式爬壁机器人，包括机身、悬架、车轮、驱动机构，车轮为磁性轮，安装在悬架上，通过驱动机构驱动，所述的车轮分为三组，分别为前轮、中轮、后轮，相应地悬架也分为前悬架、中悬架、后悬架；前悬架与中悬架之间通过转动副连接，可相对转动；中悬架与后悬架之间通过直线副连接，可相对平移。本发明的爬壁机器人中的被动式悬架结构，可以保证机器人运动过程中各个车轮始终与壁面接触，且变形后悬架不会产生其它作用力影响吸附机构，保证机器人在小曲率的复杂壁面上运动过程中各个车轮始终吸附在壁面上。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种适用于小曲率壁面的磁吸附式爬壁机器人。

背景技术

随着爬壁机器人对吸附稳定性要求的日益提高，被动式悬架因为其被动变形的稳定性、较低的刚度以及无需额外的控制系统等优点，越来越受到人们的重视。与传统悬架相比，被动式悬架可以进一步提高爬壁机器人运动过程中的吸附稳定性，保证机器人运动过程中各个车轮与壁面之间不发生脱离。

被动式悬架中没有采用主动控制的驱动去控制悬架变形，因此控制难度上比主动式悬架降低了很多，并且具有稳定的变形能力。运动过程中，被动式悬架的变形驱动力来源于吸附机构与壁面之间的吸附力，在吸附力的作用下被动式悬架能够完全地适应壁面。

被动式悬架有多种结构形式，包括了钢板弹簧悬架、空气弹簧悬架、螺旋弹簧悬架、扭转弹簧悬架。钢板弹簧悬架俗称板簧悬架，由于其刚度和质量较大，且结构体积较大，因此板簧悬架常用于汽车的大型悬架系统；空气弹簧悬架是以空气为减震介质制成的弹簧，由于其成本昂贵和结构复杂，还需要搭配空气压缩机、储气瓶等，空气弹簧在常规悬架结构中具有较大应用难度；螺旋弹簧悬架的结构简单，易于加工生产，因此应用最为广泛，其弹性曲线为直线，一定程度上会影响悬架的性能；扭杆弹簧悬架单位质量储能高，可以有效减少悬架重量，但其较高的成本及安装设计的复杂性限制了扭杆弹簧的广泛应用。

被动式悬架的主要研究难点在于被动自由度的设计，悬架的被动自由度将决定悬架在复杂地形上运动过程中的适应能力，过多的被动自由度会导致机构存在一定的冗余自由度，从而机器人的运动不受到控制。设计被动自由度的过程中，需要被动自由度能够被地形和相关约束力完全限制，以保证机器人运动过程中悬架自由度完全限制的同时，能够被动地适应地形的变化，从而吸附机构与壁面的距离维持在安全范围内。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足和问题，本发明提供一种稳定、可靠的适用于小曲率壁面的磁吸附式爬壁机器人，用于实现爬壁机器人对地形的适应和壁面的吸附。

本发明技术方案的具体内容如下：

一种磁吸附式爬壁机器人，包括机身、悬架、车轮、驱动机构，车轮为磁性轮，安装在悬架上，通过驱动机构驱动，其特征在于：所述的车轮分为三组，分别为前轮、中轮、后轮，相应地悬架也分为前悬架、中悬架、后悬架；前悬架与中悬架之间通过转动副连接，可相对转动；中悬架与后悬架之间通过直线副连接，可相对平移。

进一步地，前悬架有效长度等于中悬架与后悬架的有效长度之和，悬架通过悬架机身连接支座与机身相连，两个悬架机身连接支座分别连接在前悬架有效长度中点处，及中悬架与后悬架有效长度之和的中点处。

进一步地，车轮具有倾转自由度；所述驱动机构包括驱动电机、电机固定座和法兰轴承，所述驱动电机安装在电机固定座上，车轮安装在驱动电机的转轴上，电机固定座通过法兰轴承与悬架相连接。

本发明的爬壁机器人中的被动式悬架结构，可以保证机器人运动过程中各个车轮始终与壁面接触，且变形后悬架不会产生其它作用力影响吸附机构，保证机器人在小曲率的复杂壁面上运动过程中各个车轮始终吸附在壁面上；悬架结构中每个车轮都具有一个沿前进方向旋转的倾转自由度，当车轮一侧位于壁面凸起位置上时，能够通过车轮的倾转保证车轮的另一侧与壁面接触，进而减小因车轮部分悬空造成的吸附力不足和打滑问题。