轮足式爬壁机器人

1.本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种轮足式爬壁机器人。


背景技术：

2.目前风电机的维护主要由人工完成，存在风险高、维护强度大、受天气影响等问题。目前的爬壁机器人应用在风电机上主要是磁性单吸盘爬壁机器人，只能在单一壁面行走，越障能力差，无法越障塔筒与塔筒连接的环形法兰处。
3.基于上述理论，为解决上述问题，亟需提出一种可实现能越障塔筒与塔筒连接的环形法兰处以及较大障碍物的轮足式爬壁机器人。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种能越障塔筒与塔筒连接的环形法兰处以及较大障碍物说我轮足式爬壁机器人，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种轮足式爬壁机器人，包括支撑板，所述支撑板的顶部通过铰接轴连接有负载设备，机器人在风电机塔筒上越障时，支撑板始终与风电机塔筒平行，保证了所述负载设备维护风电机的稳定性，所述支撑板的两侧对称设有两组后叉架以及两组分别与后叉架固定连接的前叉架，每组所述后叉架的前后两端外侧设有传动组件；所述传动组件包括固定设于后叉架上的驱动电机、与驱动电机输出端传动连接的主动带轮、设于后叉架上且与支撑板转动连接的第一主轴、固定设于第一主轴外侧面的从动带轮以及传动套接在主动带轮和从动带轮外侧面的同步带；前吸盘或者后吸盘翻越较大障碍物或翻越过渡曲面时，驱动电机驱动主动带轮转动，带动同步带以及从动带轮转动，从而驱动前叉架和后叉架绕所述支撑板旋转，逆时针旋转抬起，顺时针旋转落下，主动带轮、同步带、从动带轮复合装置实现所述机器人精确运动；所述支撑板前后两端设有两组滚珠丝杠，两组所述滚珠丝杠之间以及两组前叉架之间均设有三腔星轮式吸盘，滚珠丝杠设置在所述支撑板上，滚珠丝杠的运行轨迹与所述支撑板垂直，运行时，中间的三腔星轮式吸盘需要越障时，旋转所述滚珠丝杠，使得中间的三腔星轮式吸盘可上升或者下降，所述三腔星轮式吸盘的后端外侧设有电磁离合器，电磁离合器，用来控制所述三腔星轮式吸盘与轴的离合状态，设置了三个电磁离合器，分别为前电磁离合器、中间离合器、后电磁离合器；三个电磁离合器分别对应三腔星轮式吸盘设置；电磁离合器分离状态时，三腔星轮式吸盘可绕叉架轴自由旋转，实现自适应曲面运动状态；不越障时电磁离合器处于闭合状态时，三腔星轮式吸盘不可绕叉架轴自由旋转。
6.所述前叉架上的三腔星轮式吸盘通过第二主轴与前叉架转动连接，位于左侧的所述前叉架上设有前置传感器，前置传感器用来探测所述机器人的运行路况，位于右侧的所述前叉架上设有后置传感器，后置传感器用来检测所述机器人的运行轨迹；所述三腔星轮式吸盘上均设有第一型腔、第二型腔和第三型腔，所述第一型腔、第
二型腔和第三型腔内均设有两个驱动轮，所述第一型腔、第二型腔和第三型腔通过其上的真空吸盘、真空导管与真空泵相接通，所述真空导管上设有闸门，所述闸门连接电缸，电缸控制所述闸门开合控制不同型腔的真空状态。
7.三腔星轮式吸盘设有三个，分别为前吸盘、中间吸盘、后吸盘，每个三腔星轮式吸盘上均含有三个真空腔，即第一型腔、第二型腔和第三型腔，每个真空腔中均含有对应的驱动轮、闸门以及电缸；优选的，位于右侧的所述后叉架上设有驱动器。
8.优选的，所述三腔星轮式吸盘的外侧面转动连接有辅助轮，用于辅助行走越障。
9.本发明的技术效果和优点：该轮足式爬壁机器人，前叉架上的驱动电机、后叉架上的驱动电机借助同步带、主动带轮和从动带轮组合成的同步带轮，驱动前叉架、后叉架旋转一定角度，完成机器人越障；机器人适应翻越不同角度，前置传感器检测到过渡壁面时，前吸盘与前电磁离合器分离，前叉架上的驱动电机通过主动带轮、同步带、从动带轮复合装置，实现前叉架旋转，可避免过渡锐角卡死、无法过渡外角情况；中间的三腔星轮式吸盘经过过渡壁面时，中间的电磁离合器分离，中间的三腔星轮式吸盘自适应过渡壁面；后侧的三腔星轮式吸盘经过过渡壁面时，中间的电磁离合器分离，后叉架上的驱动电机通过主动带轮、同步带、从动带轮复合装置，实现后叉架旋转，该轮足式爬壁机器人能越障塔筒与塔筒连接的环形法兰处、较大障碍物以及内凹角越障。
附图说明
10.图1为本发明轮足式爬壁机器人的结构示意图；图2为本发明三腔星轮式吸盘的结构示意图；图3为本发明图2中沿a-a线的剖面图；图4为本发明轮足式爬壁机器人越障内凹型过渡曲面前的状态图；图5为本发明轮足式爬壁机器人前侧三腔星轮式吸盘型腔过渡壁面越障的状态图；图6为本发明轮足式爬壁机器人中间三腔星轮式吸盘型腔过渡壁面越障的状态图；图7为本发明轮足式爬壁机器人后三腔星轮式吸盘型腔过渡壁面越障的状态图；图8为本发明轮足式爬壁机器人完成内直角越障的状态图。
11.图中：1、前置传感器；2、前叉架；3、三腔星轮式吸盘；4、主动带轮；5、同步带；6、从动带轮；7、第一主轴；8、滚珠丝杠；9、电磁离合器；10、驱动轮；11、后叉架；12、真空导管；13、后置传感器；14、第二主轴；15、驱动电机；16、驱动器；17、负载设备；18、支撑板；19、第一型腔；20、第二型腔；21、第三型腔；22、辅助轮；23、闸门；24、电缸；25、真空泵。
具体实施方式
12.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本发明保护的范围。
13.本发明提供了如图1-3所示的一种轮足式爬壁机器人，包括支撑板18，所述支撑板18的顶部通过铰接轴连接有负载设备17，机器人在风电机塔筒上越障时，支撑板18始终与风电机塔筒平行，保证了负载设备17维护风电机的稳定性，所述支撑板18的两侧对称设有两组后叉架11以及两组分别与后叉架11固定连接的前叉架2，每组所述后叉架11的前后两端外侧设有传动组件；所述传动组件包括固定设于后叉架11上的驱动电机15、与驱动电机15输出端传动连接的主动带轮4、设于后叉架11上且与支撑板18转动连接的第一主轴7、固定设于第一主轴7外侧面的从动带轮6以及传动套接在主动带轮4和从动带轮6外侧面的同步带5；前吸盘或者后吸盘翻越较大障碍物或翻越过渡曲面时，驱动电机15驱动主动带轮4转动，带动同步带5以及从动带轮6转动，从而驱动前叉架2和后叉架11绕所述支撑板18旋转，逆时针旋转抬起，顺时针旋转落下，主动带轮4、同步带5、从动带轮6复合装置实现所述机器人精确运动；所述支撑板18前后两端设有两组滚珠丝杠8，两组所述滚珠丝杠8之间以及两组前叉架2之间均设有三腔星轮式吸盘3，滚珠丝杠8设置在所述支撑板18上，滚珠丝杠8的运行轨迹与所述支撑板18垂直，运行时，中间的三腔星轮式吸盘3需要越障时，旋转所述滚珠丝杠8，使得中间的三腔星轮式吸盘3可上升或者下降，所述三腔星轮式吸盘3的后端外侧设有电磁离合器9，电磁离合器9，用来控制所述三腔星轮式吸盘3与轴的离合状态，设置了三个电磁离合器9，分别为前电磁离合器、中间离合器、后电磁离合器；三个电磁离合器9分别对应三腔星轮式吸盘3设置；电磁离合器9分离状态时，三腔星轮式吸盘3可绕叉架轴自由旋转，实现自适应曲面运动状态；不越障时电磁离合器9处于闭合状态时，三腔星轮式吸盘3不可绕叉架轴自由旋转。
14.所述前叉架2上的三腔星轮式吸盘3通过第二主轴14与前叉架2转动连接，位于左侧的所述前叉架2上设有前置传感器1，前置传感器1用来探测所述机器人的运行路况，位于右侧的所述前叉架2上设有后置传感器13，后置传感器13用来检测所述机器人的运行轨迹；所述三腔星轮式吸盘3上均设有第一型腔19、第二型腔20和第三型腔21，所述第一型腔19、第二型腔20和第三型腔21内均设有两个驱动轮10，所述第一型腔19、第二型腔20和第三型腔21通过其上的真空吸盘、真空导管12与真空泵25相接通，所述真空导管12上设有闸门23，所述闸门23连接电缸24，电缸24控制所述闸门23开合控制不同型腔的真空状态。
15.三腔星轮式吸盘3设有三个，分别为前吸盘、中间吸盘、后吸盘，每个三腔星轮式吸盘3上均含有三个真空腔，即第一型腔19、第二型腔20和第三型腔21，每个真空腔中均含有对应的驱动轮10、闸门23以及电缸24；位于右侧的所述后叉架11上设有驱动器16。
16.所述三腔星轮式吸盘3的外侧面转动连接有辅助轮22，用于辅助行走越障。
17.以下结合附图1-4对本发明的轮足式爬壁机器人的具体实施方式作详细说明：如图1所示，为本发明一种轮足式爬壁机器人的总装图，机器人在单一曲面壁上行走时，前侧的电磁离合器9、中间的电磁离合器9、后侧的电磁离合器9均处于闭合状态，三腔星轮式吸盘3与曲面壁接触的型腔处于真空负压状态，机器人吸附在曲面壁上不滑落，借助驱动器16，三腔星轮式吸盘3与曲面壁接触型腔的驱动轮10工作，带动机器人前进；机械臂
根据工况自由旋转完成维护任务。
18.如图2-3所示，为本发明三腔星轮式吸盘3的装配图，三腔星轮式吸盘3均有第一型腔19、第二型腔20和第三型腔21，第一型腔19、第二型腔20和第三型腔21均有两个驱动轮10，驱动三腔星轮式吸盘3移动，型第一型腔19、第二型腔20和第三型腔21的真空负压通过真空吸盘、真空导管12、电缸24控制闸门23开合，控制不同型腔的真空状态。
19.如图4-8所示，为本发明轮足式爬壁机器人内直角越障图，机器人越障内凹型过渡曲面时，前置传感器1检测到过渡壁面时，前侧的三腔星轮式吸盘3与前侧的电磁离合器9分离，前侧的三腔星轮式吸盘3对应真空泵25停止工作，前叉架2上的驱动电机15通过主动带轮4、同步带5、从动带轮6，实现前叉架2旋转，可避免过渡锐角卡死、无法过渡外角情况，前侧的三腔星轮式吸盘3型腔自适应过渡壁面，当前侧的三腔星轮式吸盘3型腔与过渡壁面结合后，前侧的三腔星轮式吸盘3对应真空泵25工作，前侧的三腔星轮式吸盘3型腔对应电缸24控制对应闸门23打开，形成真空状态，前侧的三腔星轮式吸盘3吸附在过渡壁面上，前侧的三腔星轮式吸盘3型腔对应的驱动轮10工作，前侧的三腔星轮式吸盘3在过渡壁面上行走；中间的三腔星轮式吸盘3过渡壁面越障时，中间的电磁离合器9分离，中间的三腔星轮式吸盘3对应真空泵25停止工作，旋转滚珠丝杠8工作正传，中间的三腔星轮式吸盘3提升，前三腔星轮式吸盘3与后三腔星轮式吸盘3对应的驱动轮10继续工作，前三腔星轮式吸盘3在过渡壁面上行走，后三腔星轮式吸盘3在原壁面上行走，当中间三腔星轮式吸盘3到达过渡壁面位置后，旋转滚珠丝杠8工作反转，中间三腔星轮式吸盘3下降，中间三腔星轮式吸盘3自适应过渡壁面，当中间三腔星轮式吸盘3型腔与过渡壁面结合后，中间三腔星轮式吸盘3应电缸24控制闸门23打开，形成真空负压状态，中间三腔星轮式吸盘3吸附在过渡壁面上，中间三腔星轮式吸盘3型腔对应的驱动轮10工作；后三腔星轮式吸盘3经过过渡壁面时，后电磁离合器9分离，后三腔星轮式吸盘3对应真空泵25停止工作，后叉架11上的驱动电机15通过主动带轮4、同步带5、从动带轮6，实现后叉架11逆时针旋转，后三腔星轮式吸盘3脱离原壁面，后置传感器13检测后三腔星轮式吸盘3状态，机器人的前三腔星轮式吸盘3和中间三腔星轮式吸盘3所对应的驱动轮10开始工作，机器人沿过渡壁面移动，当后三腔星轮式吸盘3到达过渡壁面位置后，主动带轮4、同步带5、从动带轮6传动，实现后叉架11顺时针旋转，后三腔星轮式吸盘3自适应过渡壁面，一直到后三腔星轮式吸盘3型腔与过渡壁面结合，后电磁离合器9结合，后三腔星轮式吸盘3型腔对应的驱动轮10工作，机器人完成内直角越障。
20.该轮足式爬壁机器人，前叉架2上的驱动电机15、后叉架11上的驱动电机15借助同步带5、主动带轮4和从动带轮6组合成的同步带轮，驱动前叉架2、后叉架11旋转一定角度，完成机器人越障；机器人适应翻越不同角度，前置传感器1检测到过渡壁面时，前吸盘与前电磁离合器9分离，前叉架2上的驱动电机15通过主动带轮4、同步带5、从动带轮6复合装置，实现前叉架2旋转，可避免过渡锐角卡死、无法过渡外角情况；中间的三腔星轮式吸盘3经过过渡壁面时，中间的电磁离合器9分离，中间的三腔星轮式吸盘3自适应过渡壁面；后侧的三腔星轮式吸盘3经过过渡壁面时，中间的电磁离合器9分离，后叉架11上的驱动电机15通过主动带轮4、同步带5、从动带轮6复合装置，实现后叉架11旋转，该轮足式爬壁机器人能越障塔筒与塔
筒连接的环形法兰处、较大障碍物以及内凹角越障。
21.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。