磁吸附式爬壁机器人底盘及磁吸附式爬壁机器人的制作方法

1.本实用新型涉及机器人小车技术领域，特别涉及磁吸附式爬壁机器人底盘及磁吸附式爬壁机器人。


背景技术：

2.磁吸附式爬壁机器人用于在人工不容易到达的地方进行检测、清扫等工作。申请公布号为cn109987165a、申请公布日为2019.07.09的中国专利申请公开了一种具有万向轮支撑的磁吸附水下爬行机器人的底盘结构，包括主梁、左前驱动轮组、右前驱动轮组、万向轮，万向轮设置在主梁的末端下方，左前驱动轮组、右前驱动轮组和主梁呈t形布置，左前驱动轮组和右前驱动轮组通过同向驱动直流无刷电机时可以驱动底盘做前后运动，通过驱动各自的直流无刷电机做不同方向运动时可以驱动底盘做左右转弯运动，万向轮具有小圆柱形永磁体轮，能够随前驱动轮做被动的前后和转弯运动，保持底盘的运动稳定性。
3.这种爬壁机器人通过两个轮边电机分别驱动两个前轮，需要较大的轮间距，特别是对于负载较重的场合，通常需要较大功率的电机驱动，这就需要爬壁机器人需要更大的轮间距。对于曲面行走的爬壁机器人而言，较大的轮间距无法适用一些曲率较大的壁面，造成爬壁机器人适应能力较差的技术问题。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种磁吸附式爬壁机器人，用于解决目前的磁吸附式爬壁机器人由于需要较大的轮间距造成无法适用于一些曲率较大的壁面而存在适应能力较差的技术问题，另外，本实用新型的目的还在于提供一种上述磁吸附式爬壁机器人的磁吸附式爬壁机器人底盘。
5.本实用新型的磁吸附式爬壁机器人底盘采用如下技术方案：
6.磁吸附式爬壁机器人底盘包括：
7.底盘架；
8.前轮，设置两个且均设置在底盘架上，两个前轮分别为左前轮和右前轮；
9.后轮，设置在底盘架上；
10.后轮与左前轮、右前轮呈三角形布置；
11.左前轮、右前轮和后轮中至少一个为磁轮和/或底盘架上设有磁体，以用于与所述磁吸附式爬壁机器人底盘所攀爬的壁面相互吸引而对磁吸附式爬壁机器人底盘提供吸附力；
12.两个前轮均连接有驱动模块，两个前轮的驱动模块左右布置，驱动模块包括：
13.驱动电机，用于驱动前轮且处于所驱动前轮的后侧；
14.减速器，具有与驱动电机连接的动力输入轴和与前轮连接的动力输出轴，动力输入轴和动力输出轴均左右延伸且二者前后布置，以使驱动电机处于减速器背向另一个驱动模块减速器的一侧。
15.有益效果：本实用新型的机器人底盘中，通过后轮和两前轮对底盘架稳定支撑，在磁轮或者磁体的作用下吸附在底盘所攀爬的壁面上，驱动模块驱动前轮运动，需要转向时可以控制两前轮对应的驱动电机，实现两前轮的差速运动，两个前轮的驱动电机处于所驱动前轮的后侧，不占用两个前轮之间的空间，底盘的轮间距较小，并且驱动电机处于减速器背向另一个驱动模块减速器的一侧，驱动电机的尺寸不受轮间距的限制，能够适用较大尺寸的驱动电机，解决了目前的磁吸附式爬壁机器人由于需要较大的轮间距造成无法适用于一些曲率较大的壁面而存在适应能力较差的技术问题。
16.进一步的，所述底盘架包括底盘防护壳，所述减速器和驱动电机均设置在底盘防护壳内，所述驱动电机外凸设置。通过底盘防护壳可以对减速器和驱动电机防护，提高减速器和驱动电机的寿命。
17.进一步的，所述减速器为蜗轮蜗杆减速器。蜗轮蜗杆减速器能够实现自锁，便于控制底盘的运动。
18.进一步的，所述左前轮和右前轮均为磁轮。磁轮与攀爬壁面相互吸引效果较好，底盘行驶较为稳定。
19.进一步的，所述左前轮和右前轮均摆动配置在底盘架上，左前轮轮轴和右前轮轮轴均连接有万向节或者柔性传动轴，并通过万向节或者柔性传动轴与减速器的动力输出轴传动连接。磁吸附式爬壁机器人底盘行走时，左前轮和右前轮均可以根据攀爬壁面的情况摆动，使左前轮和右前轮均能够与壁面良好接触，行驶过程中较为稳定。
20.进一步的，底盘架上设有左前轮铰接座，左前轮铰接座铰接在底盘架上，且左前轮铰接座的铰接轴线水平延伸并垂直于左前轮的轴线，左前轮轮轴在左前轮轮轴延伸方向上滑动配置在左前轮铰接座上。通过左前轮铰接座与左前轮轮轴配合，能够约束左前轮轮轴的摆动，使左前轮摆动方向受控，底盘运动时稳定性更好。
21.进一步的，所述左前轮铰接座上设置有滑动轴承，左前轮轮轴通过滑动轴承滑动装配在左前轮铰接座上。通过滑动轴承提高左前轮铰接座与左前轮轮轴的配合精度。
22.进一步的，底盘架上设有右前轮铰接座，右前轮铰接座铰接在底盘架上，且右前轮铰接座的铰接轴线水平延伸并垂直于右前轮的轴线，右前轮轮轴在右前轮轮轴延伸方向上滑动配置在右前轮铰接座上。通过右前轮铰接座与右前轮轮轴配合，能够约束右前轮轮轴的摆动，使右前轮摆动方向受控，底盘运动时稳定性更好。
23.进一步的，所述右前轮铰接座上设置有滑动轴承，右前轮轮轴通过滑动轴承滑动装配在右前轮铰接座上。通过滑动轴承提高右前轮铰接座与右前轮轮轴的配合精度。
24.本实用新型磁吸附爬壁机器人的技术方案：
25.磁吸附式爬壁机器人包括底盘和设置在底盘上的器件安装座，底盘包括：
26.底盘架；
27.前轮，设置两个且均设置在底盘架上，两个前轮分别为左前轮和右前轮；
28.后轮，设置在底盘架上；
29.后轮与左前轮、右前轮呈三角形布置；
30.左前轮、右前轮和后轮中至少一个为磁轮和/或底盘架上设有磁体，以用于与所述底盘所攀爬的壁面相互吸引而对底盘提供吸附力；
31.两个前轮均连接有驱动模块，两个前轮的驱动模块左右布置，驱动模块包括：
32.驱动电机，用于驱动前轮且处于所驱动前轮的后侧；
33.减速器，具有与驱动电机连接的动力输入轴和与前轮连接的动力输出轴，动力输入轴和动力输出轴均左右延伸且二者前后布置，以使驱动电机处于减速器背向另一个驱动模块减速器的一侧。
34.有益效果：本实用新型的磁吸附爬壁机器人中，通过后轮和两前轮对底盘架稳定支撑，在磁轮或者磁体的作用下吸附在底盘所攀爬的壁面上，驱动模块驱动前轮运动，需要转向时可以控制两前轮对应的驱动电机，实现两前轮的差速运动，两个前轮的驱动电机处于所驱动前轮的后侧，不占用两个前轮之间的空间，底盘的轮间距较小，并且驱动电机处于减速器背向另一个驱动模块减速器的一侧，驱动电机的尺寸不受轮间距的限制，能够适用较大尺寸的驱动电机，解决了目前的磁吸附式爬壁机器人由于需要较大的轮间距造成无法适用于一些曲率较大的壁面而存在适应能力较差的技术问题。
35.进一步的，所述底盘架包括底盘防护壳，所述减速器和驱动电机均设置在底盘防护壳内，所述驱动电机外凸设置。通过底盘防护壳可以对减速器和驱动电机防护，提高减速器和驱动电机的寿命。
36.进一步的，所述减速器为蜗轮蜗杆减速器。蜗轮蜗杆减速器能够实现自锁，便于控制底盘的运动。
37.进一步的，所述左前轮和右前轮均为磁轮。磁轮与攀爬壁面相互吸引效果较好，底盘行驶较为稳定。
38.进一步的，所述左前轮和右前轮均摆动配置在底盘架上，左前轮轮轴和右前轮轮轴均连接有万向节或者柔性传动轴，并通过万向节或者柔性传动轴与减速器的动力输出轴传动连接。磁吸附式爬壁机器人底盘行走时，左前轮和右前轮均可以根据攀爬壁面的情况摆动，使左前轮和右前轮均能够与壁面良好接触，行驶过程中较为稳定。
39.进一步的，底盘架上设有左前轮铰接座，左前轮铰接座铰接在底盘架上，且左前轮铰接座的铰接轴线水平延伸并垂直于左前轮的轴线，左前轮轮轴在左前轮轮轴延伸方向上滑动配置在左前轮铰接座上。通过左前轮铰接座与左前轮轮轴配合，能够约束左前轮轮轴的摆动，使左前轮摆动方向受控，底盘运动时稳定性更好。
40.进一步的，所述左前轮铰接座上设置有滑动轴承，左前轮轮轴通过滑动轴承滑动装配在左前轮铰接座上。通过滑动轴承提高左前轮铰接座与左前轮轮轴的配合精度。
41.进一步的，底盘架上设有右前轮铰接座，右前轮铰接座铰接在底盘架上，且右前轮铰接座的铰接轴线水平延伸并垂直于右前轮的轴线，右前轮轮轴在右前轮轮轴延伸方向上滑动配置在右前轮铰接座上。通过右前轮铰接座与右前轮轮轴配合，能够约束右前轮轮轴的摆动，使右前轮摆动方向受控，底盘运动时稳定性更好。
42.进一步的，所述右前轮铰接座上设置有滑动轴承，右前轮轮轴通过滑动轴承滑动装配在右前轮铰接座上。通过滑动轴承提高右前轮铰接座与右前轮轮轴的配合精度。
附图说明
43.图1是本实用新型吸附式爬壁机器人底盘具体实施例1中的结构示意图；
44.图2是本实用新型吸附式爬壁机器人底盘具体实施例1中左前轮轴与左前轮铰接座的装配结构示意图；
45.图3是本实用新型吸附式爬壁机器人底盘具体实施例2中的结构示意图；
46.图中：1
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底盘架；11
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底盘防护壳；12
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后轮安装板；2
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左前轮；21
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左前轮轮轴；3
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右前轮；4
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后轮；41
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后轮轮架；42
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后轮体；5
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驱动模块；51
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驱动电机；52
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减速器；521
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动力输出轴；6
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万向节；7
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左前轮铰接座；8
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磁块。
具体实施方式
47.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型，即所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
48.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
49.需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
50.以下结合实施例对本实用新型的特征和性能作进一步的详细描述。
51.本实用新型吸附式爬壁机器人底盘的具体实施例1：
52.如图1所示，磁吸附式爬壁机器人底盘包括底盘架1，底盘架1呈t形，包括底盘防护壳11和设置在底盘防护壳11后侧的后轮安装板12。
53.本实施例中底盘架1上设置三个轮，分别为左前轮2、右前轮3和后轮4，后轮4与左前轮2、右前轮3呈三角形布置。后轮4为万向轮，包括转动装配在后轮安装板12上的后轮轮架41和转动装配在后轮轮架41上的后轮体42。
54.左前轮2和右前轮3均连接有驱动模块5，两个前轮的驱动模块5左右对称布置，两个驱动模块5的结构相同，本实施例中以左前轮2和左前轮2连接的驱动模块5为例详细说明。
55.驱动模块5包括驱动电机51和减速器52，驱动电机51用于驱动前轮，减速器52具有与驱动电机51连接的动力输入轴和与前轮连接的动力输出轴521，动力输入轴和动力输出轴521均左右延伸且二者前后布置，以使驱动电机51处于减速器52背向另一个驱动模块5减速器52的一侧。驱动电机51处于所驱动前轮的后侧，左侧的驱动电机51处于左前轮2的后侧，右侧的驱动电机51处于右前轮3的后侧，这样设置驱动电机51不占用两前轮之间的空间，使两前轮的间距较小，能够适应曲率较大的壁面。
56.本实施例中减速器52为蜗轮蜗杆减速器，其他实施例中，减速器还可以是齿轮减
速器。驱动电机51和减速器52均设置在底盘防护壳11内，通过底盘防护壳11对驱动电机51和减速器52防护，提高底盘的寿命。驱动电机51一端与减速器52连接，另一端外凸设置，此处底盘防护壳11包括罩住驱动电机外凸一端的罩盖（图中未示出），可以减小底盘防护壳11的体积。由于两个驱动模块5的驱动电机51相背设置，驱动电机51的体积可以做的比较大，同时不增大两前轮的轮距，能够使用较大功率的驱动电机51。
57.如图1和图2所示，左前轮轮轴21连接有万向节6，左前轮轮轴21通过万向节6与动力输出轴521传动连接，左前轮2摆动装配在底盘防护壳11上。底盘架1上设有左前轮铰接座7，左前轮铰接座7铰接在底盘架1上且左前轮铰接座7的铰接轴线水平延伸并垂直于左前轮2的轴线，左前轮轮轴21沿左前轮轮轴21延伸方向与左前轮铰接座7滑动配合，同时能够相对左前轮铰接座7转动，通过左前轮铰接座7能够约束左前轮轮轴21的摆动，使左前轮2摆动方向受控，底盘运动时稳定性更好。
58.为了保证配合精度，左前轮铰接座7上设有滑动轴承，左前轮轮轴21通过滑动轴承与左前轮铰接座7配合，实现左前轮2相对于左前轮铰接座7的滑动和转动。其他实施例中，左前轮轮轴可以直接与左前铰接座滑动配合。
59.右前轮3的结构与左前轮2的结构相同，右前轮轮轴与右侧的万向节连接，右前轮轮轴通过万向节与右侧驱动模块中减速器的动力输出轴传动连接，右前轮摆动装配在底盘防护壳11上。底盘架1上设有右前轮铰接座，右前轮铰接座铰接在底盘架上且右前轮铰接座的铰接轴线水平延伸并垂直于右前轮的轴线，右前轮轮轴沿右前轮轮轴延伸方向与右前轮铰接座滑动配合，同时能够相对右前铰接座转动，为了保证配合精度，右前轮铰接座上也设置有滑动轴承，右前轮轮轴通过滑动轴承与右前轮铰接座配合，实现右前轮3相对于右前轮铰接座的滑动和转动。其他实施例中，右前轮轮轴可以直接与右前铰接座滑动配合。
60.本实施例中，右前轮3、左前轮2为磁轮，右前轮3和左前轮2的外周通过螺栓固定有磁块8，通过磁块8与磁吸附式爬壁机器人所攀爬壁面的吸附作用，保证磁吸附式爬壁机器人能够稳定行走工作。在磁吸附式爬壁机器人底盘行走时，左前轮2和右前轮3均可以根据攀爬壁面的情况摆动，使左前轮2和右前轮3均能够与壁面良好接触。本实施例中，万向节6可以活动的角度有限，左前轮铰接座7和右前轮铰接座的转动角度有一定范围，防止两个前轮偏摆过度。其他实施例中，左前轮铰接座和右前轮铰接座的转动角度不限定时，依靠磁轮的吸附作用，左前轮和右前轮稳定吸附在所攀爬的壁面上，摆动幅度也不会过大。当然，其他实施例中，根据实际的需要，如果需要限制前轮的摆动幅度，可以在底盘架上设置挡块对前轮轮轴进行挡止，限制前轮的摆动幅度。其他实施例中，磁轮并不限于表面设置磁块的形式，磁轮上也可以在内部设置磁体。
61.本实施例中的磁吸附式爬壁机器人底盘还包括控制器，控制器用于控制两个驱动模块5的驱动电机51的转速，在工作时，左前轮2和右前轮3在驱动模块5的作用下向前运动，需要转向时，通过控制器控制两个驱动模块5的驱动电机51的转速实现两个前轮的差速运动，进而实现底盘行进方向的调整。
62.本实用新型磁吸附式爬壁机器人底盘的具体实施例2，本实施例中磁吸附式爬壁机器人底盘的结构与上述具体实施例1的区别仅在于，如图3所示，本实施例中后轮4为磁性全向轮，磁性全向轮处于底盘架1的后侧。
63.本实用新型磁吸附式爬壁机器人底盘的具体实施例3，本实施例中磁吸附式爬壁
机器人底盘的结构与上述具体实施例1的区别仅在于，本实施例中底盘架为开放式平板，驱动模块均设置在平板上。
64.本实用新型磁吸附式爬壁机器人底盘的具体实施例4，本实施例中磁吸附式爬壁机器人底盘的结构与上述具体实施例1的区别仅在于，本实施例中左前轮和右前轮均直接转动装配在底盘架上，此时左前轮和右前轮相对于底盘架不能摆动，为了能够适应攀爬壁面，本实施例中左前轮和右前轮上可以设置弹性片，将两个前轮上的磁块固定在弹片上。当然，其他实施例中，两个前轮也可以是刚性轮，此时两个前轮依然能够与曲率较小的壁面接触。其他实施例中，左前轮和右前轮中可以仅有一个摆动装配在底盘架上。
65.本实用新型磁吸附式爬壁机器人底盘的具体实施例5，本实施例中磁吸附式爬壁机器人底盘的结构与上述具体实施例1的区别仅在于，本实施例中，左前轮与底盘架之间、右前轮与底盘架之间设置空气弹簧，通过空气弹簧使两个前轮能够在一定范围内上下活动。
66.本实用新型磁吸附式爬壁机器人底盘的具体实施例6，本实施例中磁吸附式爬壁机器人底盘的结构与上述具体实施例1的区别仅在于，左前轮轮轴和右前轮轮轴均连接有柔性传动轴，并通过柔性传动轴与减速器的动力输出轴传动连接。
67.本实用新型磁吸附式爬壁机器人底盘的具体实施例7，本实施例中磁吸附式爬壁机器人底盘的结构与上述具体实施例1的区别仅在于，本实施例中，驱动电机处于底盘防护壳内，此时底盘防护壳体积较大，并不外凸。
68.本实用新型磁吸附式爬壁机器人底盘的具体实施例8，本实施例中磁吸附式爬壁机器人底盘的结构与上述具体实施例1的区别仅在于，本实施例中，底盘架上固定有磁体，通过磁体与底盘所攀爬避免之间的吸附作用对底盘提供吸附力。此时前轮和后轮相对底盘架不能摆动。其他实施例中，在前轮均为磁轮时，也可在底盘架上固定磁体。其他实施例中，后轮也可以是磁轮。
69.本实用新型磁吸附式爬壁机器人的具体实施例，磁吸附式爬壁机器人包括底盘和设置在底盘上的器件安装座，其中器件安装座用于安装传感器、探测仪等器件。底盘的结构与上述磁吸附式爬壁机器人底盘的任意一实施例中所述的结构相同，不再赘述。
70.以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，本实用新型的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本实用新型的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本实用新型的保护范围内。