一種含擺動牽引腿三自由度爬壁并聯(lián)機器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機器人，特別涉及一種爬壁并聯(lián)機器人。
【背景技術(shù)】
[0002]爬壁機器人是一種可以在垂直墻壁上攀爬完成超出人極限的自動化作業(yè)的機器人，近20年成為國內(nèi)外機器人領(lǐng)域研宄的熱點和前沿。目前爬壁機器人已用于儲油罐探傷檢查、艦船噴漆、軍事偵查、高樓消防、清潔和噴涂、核設(shè)備檢查測厚等。
[0003]近年來，中國專利CN103171640A公開了一種基于永磁吸附結(jié)構(gòu)的爬壁機器人；中國專利CN103332232A公開了一種鋼板爬壁機器人，其行走裝置由履帶構(gòu)成；中國專利CN102673673A公開了一種用于磁吸附爬壁機器人的新型萬向滾動磁輪裝置；中國專利200710016408.8公開了一種鐵基罐體爬壁機器人；中國專利CN1739925公開了一種非接觸磁吸附輪式爬壁機器人；中國專利CN1428226公開了一種履帶式多吸盤爬壁機器人；中國專利CN102343588A公開了一種磁盤吸附式爬壁機器人；中國專利02158876公開了一種五足爬壁機器人；中國專利CN101746429A公開了一種六足仿生濕吸爬壁機器人。中國專利CN103191895A公開了一種能垂直拐彎的爬壁機器人對中央空調(diào)水平和豎直管道內(nèi)的積塵進行清理。中國專利CN102476664A公開了一種輪足式爬壁機器人機構(gòu)，采用負壓吸附和真空吸附結(jié)構(gòu)爬壁。美國專利US3690393公開了一種在薄壁金屬面磁盤吸附式越障爬壁機器人。
[0004]雖然上述爬壁類機器人各具特色，但用于極端條件下大型設(shè)備、裝備及大工件表面缺陷現(xiàn)場修復(fù)和再制造一直是爬壁類機器人設(shè)計、研制和應(yīng)用中面臨的難題。特別是爬壁機器人應(yīng)能快速爬壁與快速轉(zhuǎn)向，并滿足動平臺相對吸附工件的多自由度靈活加工與大載荷操作是尚待解決的關(guān)鍵問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0005]本發(fā)明目的在于提供一種吸附能力強、驅(qū)動數(shù)少、結(jié)構(gòu)簡單、運動靈活、控制簡單、自重輕，并且具有快速爬壁與大載荷三自由度靈活操作雙重功能的含擺動牽引腿三自由度爬壁并聯(lián)機器人。
[0006]本發(fā)明主要包括動平臺、3個結(jié)構(gòu)相同的驅(qū)動腿、3個結(jié)構(gòu)相同的牽引腿、復(fù)位機構(gòu)、牽引腿擺動機構(gòu)和激光槍。3個驅(qū)動腿與3個牽引腿在動平臺與吸附的工件之間呈圓周交替均布。
[0007]所述動平臺包括上三角板、下三角板和6個圓柱，6個導(dǎo)向桿圓柱在上、下三角板之間圓周均布，并與上、下三角板垂直固連。
[0008]所述激光槍與下三角板底面中心同軸固連。
[0009]所述驅(qū)動腿是一種轉(zhuǎn)動副-驅(qū)動移動副-球副型可伸縮直線支鏈，所述驅(qū)動移動副包括電動缸缸套、電動缸伸縮桿和直線電機，電動缸缸套的上端設(shè)有圓臺，并通過轉(zhuǎn)動副與設(shè)在上述上三角板角上的水平孔轉(zhuǎn)動聯(lián)接，該電動缸缸套的下端與電動缸伸縮桿的一端連接，該電動缸伸縮桿的另一端通過球副與永磁吸盤聯(lián)接，吸盤吸附在磁性工件壁面上。
[0010]所述牽引腿包括壓帽，壓套，小彈簧，大彈簧，緩沖彈簧，拉桿，球套，轉(zhuǎn)盤，套管，永磁吸盤；其中，壓帽與壓套的一端螺紋固連，該壓套的腔內(nèi)設(shè)有小彈簧，該壓套的另一端設(shè)有通孔，拉桿的一端設(shè)有圓柱凸臺，該圓柱凸臺位于壓套圓柱腔內(nèi)小彈簧的下面，拉桿與壓套通孔滑動配合，拉桿下端與套管上端螺紋聯(lián)接，該套管下端通過球副與永磁吸盤聯(lián)接；吸盤吸附在磁性工件壁面上；轉(zhuǎn)盤上端面設(shè)有一個球凹面，在球凹面中間設(shè)有通孔，通孔軸線交于球心且與轉(zhuǎn)盤軸線偏距平行，轉(zhuǎn)盤的圓周端面上設(shè)有與其平行的兩圈凹槽，上面的一圈凹槽與設(shè)在動平臺下三角板角上的通孔轉(zhuǎn)動配合，另一圈凹槽用來設(shè)纏繞的牽引繩，上述轉(zhuǎn)盤上的球凹面內(nèi)設(shè)有半球形的球套，該球套中間設(shè)有通孔，通孔軸線交于球心且垂直于平面；大彈簧套在壓帽的圓錐凸臺下端面與球套平面之間的壓套和拉桿上，保證牽引腿對動平臺施加彈性牽引力；在上述套管上面的拉桿上套有緩沖彈簧，避免永磁吸盤脫離工件時牽引腿沖擊下三角板。
[0011]所述復(fù)位機構(gòu)主要包括電動機A，套，軸承，絲杠，絲母，壓板組，其中，套下端與電動機A凸臺同軸配合固連，套上端的外圓柱與上三角板的中心通孔同軸配合固連，軸承外環(huán)與套的內(nèi)通孔同軸配合固連，軸承內(nèi)環(huán)與絲杠下部的外圓柱同軸配合固連，電動機A的驅(qū)動軸與絲杠下端的內(nèi)孔同軸配合鍵聯(lián)接，絲母與絲桿上部螺紋配合聯(lián)接；所述壓板組包括上板，下板，3個壓叉和3個圓錐罩，其中，上、下板中心設(shè)有通孔，上述絲母外圓柱與上、下板中心通孔同軸配合固連，上、下板圓周均布設(shè)有上下對稱的6個通孔，與上述動平臺的導(dǎo)向桿圓柱滑動配合；下板外緣設(shè)有3個螺紋通孔，分別用于固連3個壓叉，其3個壓叉的位置分別對應(yīng)于上述驅(qū)動腿的上端圓臺；上板外緣設(shè)有3個螺紋通孔，分別用于固連3個圓錐罩，其3個圓錐罩的位置分別對應(yīng)于上述下三角板角上的通孔。壓板組位于動平臺之上，與動平臺同軸。
[0012]所述牽引腿擺動機構(gòu)包括動平臺的下三角板，電動機B，驅(qū)動輪，牽引繩，3個轉(zhuǎn)盤和2個導(dǎo)向輪；其中，電動機B固定在下三角板上，驅(qū)動輪設(shè)在下三角板下面，與電動機B驅(qū)動軸同軸固連，導(dǎo)向輪設(shè)在下三角板下面、上述三個轉(zhuǎn)盤之間，并與下三角板轉(zhuǎn)動聯(lián)接，驅(qū)動輪、轉(zhuǎn)盤和導(dǎo)向輪的軸線相互平行；牽引繩無滑動纏繞在驅(qū)動輪和上述轉(zhuǎn)盤的凹槽，并繞過導(dǎo)向輪，實現(xiàn)3個轉(zhuǎn)盤隨電動機B同步轉(zhuǎn)動。
[0013]該機器人具有爬行與定位加工雙重功能，其工作原理說明如下:
[0014]爬行工作原理:1.所有6個吸盤都吸附工件，復(fù)位機構(gòu)通過上板帶動圓錐罩壓向牽引腿上端，迫使壓帽滑向圓錐罩中心，并壓縮牽引腿大、小彈簧變形；又通過下板帶動壓叉壓向驅(qū)動腿上端圓臺，迫使驅(qū)動腿復(fù)位。2.驅(qū)動腿縮短，迫使驅(qū)動腿下端吸盤脫離工件。3.牽引腿擺動機構(gòu)通過驅(qū)動輪和牽引繩驅(qū)動3個轉(zhuǎn)盤同步轉(zhuǎn)動，迫使?fàn)恳韧较蝾A(yù)定方向擺動邁步；4.驅(qū)動腿再伸長，其下端吸盤吸附工件，動平臺離開工件，直到接觸壓套下端，迫使?fàn)恳认露宋P脫離工件。5.牽引腿擺動機構(gòu)再迫使?fàn)恳认露宋P向預(yù)定方向邁步。6.驅(qū)動腿縮短，直到牽引腿下端吸盤吸附工件的新位置，開始邁下步。
[0015]爬壁時，至少3個吸盤吸附工件，復(fù)位機構(gòu)迫使驅(qū)動腿復(fù)位，牽引腿擺動機構(gòu)迫使3個牽引腿同步轉(zhuǎn)動與擺動，再與3個驅(qū)動腿交替互動，實現(xiàn)該機器人在工件壁爬行。定位加工時，6個吸盤吸附工件，復(fù)位機構(gòu)和牽引腿擺動機構(gòu)失效，牽引腿對動平臺施加無運動約束的彈性牽引力，爬壁機器人變成三自由度并聯(lián)機器人，動平臺帶動激光槍焊修大型裝備。
[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點:結(jié)構(gòu)簡單、吸附力大、自重輕、運動靈活、控制容易，具有大載荷三自由度靈活操作和快速爬壁與轉(zhuǎn)向功能，可以完成極端條件下對太空站、核/水電站、采礦/冶金/裝卸設(shè)備、采/輸/儲油氣設(shè)備、大型艦船/飛機等大型設(shè)備、裝備及大工件表面缺陷現(xiàn)場修復(fù)和再制造，探傷檢查、除銹、噴漆及軍事偵查等任務(wù)。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明的立體示意簡圖。
[0018]圖2是本發(fā)明的剖視圖。
[0019]圖3是本發(fā)明牽引腿擺動機構(gòu)的立體示意簡圖。
[0020]圖中:1-磁性工件、2-驅(qū)動腿、2-1吸盤A、2-2電動缸伸縮桿、2_3電動缸缸套、2_4直線電機、2-5圓臺、3-牽引腿、3-1吸盤B、3-2套管、3-3緩沖彈簧、3_4拉桿、3_5球套、3_6轉(zhuǎn)盤、3-7大彈簧、3-8小彈簧、3-9壓套、3-10壓帽、4-動平臺、4-1下三角板、4-2上三角板、
4-3導(dǎo)向桿圓柱、5-復(fù)位機構(gòu)、5-1電動機A、5-2套、5_3軸承、5