一種曲面全位置爬行式移動機器人機構的製作方法
2023-04-27 21:03:41 2
專利名稱：一種曲面全位置爬行式移動機器人機構的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於曲面全位置爬行的新型移動機器人機構，特別涉及一種用於大型結 構件焊接的曲面全位置爬行式移動機器人機構。
背景技術：
現代工業與製造技術的發展，使得重要的大型結構件的應用越來越多，對這類構件的焊 接、檢測與維修等工作必須現場作業，要實現其自動化焊接、檢測與維修等工作，爬行機器 人作為工作平臺是實現的關鍵，而爬行機構是爬行機器人的關鍵技術。
該類爬行機構通常要求能夠不僅能在平面爬行，且能夠在圓柱面、球面等曲面上進行爬 行；對其要求是具有合理的自由度配置、運動靈活、吸附可靠、控制簡單。目前，爬壁機 器人主要有輪式、履帶式和輪履式，採用四輪、履帶式和輪履式爬壁機構時， 一般由前後軸 上各兩個轉動副，共四個轉動副支承前後軸，這就要求前、後軸處於同一平面上時，四個輪 子或兩邊履帶才能可靠地吸附在工件上。以圓柱形儲油罐為例，如圖2所示；當機器人沿I 或III的軌跡移動時，前、後軸處於同一平面，機器人爬行時四輪或兩邊履帶能同時吸附在 工件上。但當機器人沿軌II移動時，前、後軸將不在同一平面內，故上述幾種移動機構都會 出現四輪或兩邊履帶前後軸不能同時與工件接觸的現象；當是球罐時，該現象更嚴重，使得 該類機構不能在圓柱面、球面等表面沿任意路徑爬行，從而無法完成自動化焊接、檢測、維 修等工作。
發明內容
本發明的目的是提供一種用於大型結構件的曲面沿任意路徑爬行的新型全位置爬行式機 器人機構，解決輪式、履帶式或輪履式等爬行式機器人在大型結構件的圓柱面、球面、橢球 面等各種曲面上爬行時四輪或兩履帶不能同時吸附於工件上的問題，提高該類機器人工作的 可靠性。
本發明的目的是通過如下技術方案實現的
一種曲面全位置爬行式移動機器人機構，其特徵在於該爬行式移動機器人機構包括機
器人機架5、左行走機構2、右行走機構4、前軸3、前軸轉動副l、左後軸轉動副6、右後軸 轉動副9以及分別固定於機器人機架上的左驅動電機7和右驅動電機8;所述的左行走機構2 和右行走機構4分別通過轉動副與前軸3相連；左驅動電機7通過左後軸轉動副6與左行走 機構2相連，右驅動電機8通過右後軸轉動副9與右行走機構4相連；所述前軸3通過前軸 轉動副1與機器人機架5相連，且前軸的軸線與前軸轉動副的軸線垂直,前軸轉動副的軸線與 左後軸轉動副和右後軸轉動副的軸線垂直，前軸的軸線、左後軸轉動副的軸線和右後軸轉動副的軸線在同一平面內，構成三點支承。
本發明所所述的左行走機構和右行走機構可採用輪式、履帶式或輪履式。 本發明與現有技術相比，具有以下優點及突出性效果曲面全位置爬行式移動機器人機 構能自動適應各種曲面(包括球面)，使機器人行走機構可靠地貼合在曲面上，特別是機器人 行走機構為輪履式時，採用該機構能在不降低吸附能力的基礎上適應各種曲面，解決輪式、 履帶式或輪履式等爬行式機器人在大型結構件的圓柱面、球面、橢球面等各種曲面上爬行時 四輪或兩履帶不能同時吸附於工件上的問題，提高該類機器人工作的可靠性。
圖1為爬行機構在圓柱壁面上沿任意軌跡爬行原理分析圖。
圖2為本方面提供的曲面全位置爬行式移動機器人機構的結構示意圖。
圖3為本發明應用於輪式移動機器人的機構示意圖。
圖4為本發明應用於履帶式移動機器人的機構示意圖。
圖5為本發明應用於輪履式移動機器人的機構示意圖。
圖中l-前軸轉動副；2-左行走機構；3-前軸；4_右行走機構；5-機器人機架；6-左後 軸轉動副；7-左驅動電機；8-右驅動電機；9-右後軸轉動副；10-左從動輪；11-右從動輪；
12-左驅動輪；13-右驅動輪；14-右從動帶輪；15-左主動帶輪；16-左主動帶輪；17-右主動 帶輪；18-左履帶；19-右履帶。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明的具體結構和工作原理進一步說明。該曲面全位置爬行式移動機
器人機構，含有前軸轉動副l，左行走機構2，前軸3，右行走機構4，機器人機架5，左後 軸轉動副6,左驅動電機7，右驅動電機8和右後軸轉動副9;前軸3通過前軸轉動副1與機 器人機架5相連，且前軸3的軸線與前軸轉動副1的軸線垂直；左行走機構2和右行走機構 4分別通過轉動副與前軸3相連；固定於機器人機架上的左驅動電機7通過左後軸轉動副6 與左行走機構2相連，固定於機器人機架上的右驅動電機8通過右後軸轉動副9與右行走機 構4相連，並驅動左行走機構2和右行走機構4，如圖2所示。行走機構可為輪式、履帶式 和輪履式。前軸3的軸線與前軸轉動副的軸線垂直，前軸轉動副的軸線與左後軸轉動副6和右 後軸轉動副9的軸線垂直，前軸的軸線、左後軸轉動副的軸線和右後軸轉動副的軸線在同一 平面內，構成三點支承。由於三點支承能夠適應各種曲面的爬。當該機構在曲面上爬行時， 由於前軸上的輪子或履帶能繞前軸上的轉動副轉動，前後軸可處於不同平面上，使該機構能 自動適應曲面變化，而不會出現四輪或兩履帶不能同時附著在曲面上的問題。圖l為爬行機 構沿圓柱曲面任意軌跡爬行時的原理分析圖，其中沿軌跡I、 III爬行時，前、後軸軸線始終 是在同一平面上，而沿軌跡II爬行時，由於爬行軌跡為空間曲面，其前、後軸軸線不在同一 平面上，若機器人前後軸軸線在同一平面上時，左右行走機構將無法適應曲面變化。行走機構可採用輪式、履帶式和輪履式。圖3為本發明應用於輪式移動機器人的機構示 意圖。圖3中，行走機構為輪式，左從動輪IO、左驅動輪12構成左行走機構，右從動輪ll 與右驅動輪13構成右行走機構；左從動輪10、右從動輪11與前軸3以轉動副相連，左驅動 輪12與左驅動電機7輸出軸以固定副相連，右驅動輪13與右驅動電機8輸出軸以固定副相 連。通過左驅動電機7驅動左主動輪12，右驅動電機8驅動右主動輪13使機器人在曲面上 爬行。
圖4為本發明應用於履帶式移動機器人的機構示意圖。圖4中左從動帶輪14、左主動帶 輪16及左履帶18構成左行走機構。左從動帶輪14與前軸3以固定副相連，左主動帶輪16 與左驅動電機7輸出軸以固定副相連；右從動帶輪15、右主動帶輪17及右履帶19構成右行 走機構；右從動帶輪15與前軸3以固定副相連，右主動帶輪17與右驅動電機8以固定副相 連，通過左驅動電機7驅動左行走機構，右驅動電機8驅動右行走機構使機器人在曲面上爬 行。
圖5為本發明應用於輪履式移動機器人的機構示意圖。圖5中左從動輪10、左主動輪12、 左從動帶輪14、左主動帶輪16及左履帶18構成左行走機構；右從動輪ll、右從動帶輪15、 右主動輪13、右主動帶輪17及右履帶19構成右行走機構。其中，左從動輪IO、左從動帶輪 14與前軸3以轉動副相連，左主動輪12、左主動帶輪16與左驅動電機7以固定副相連；右 主動輪13、右主動帶輪17與右驅動電機8以固定副相連；通過左驅動電機7驅動左主動輪 12、左主動帶輪16，右驅動電機8驅動右主動輪13、右主動帶輪17使機器人在曲面上爬行。 由於前軸轉動副1的軸線與左後軸轉動副6、右後軸轉動副9的軸線垂直，且在同一平面內， 構成三點支承。由於三點支承能夠適應各種曲面的爬形。當該機構在曲面上爬行時，由於前 軸上的輪子或履帶輪能繞前軸上的轉動副轉動，前後軸可處於不同平面上，使該機構能自動 適應曲面變化，而不會出現四輪或兩履帶不能同時附著在曲面上的問題。
權利要求
1、一種曲面全位置爬行式移動機器人機構，其特徵在於該爬行式移動機器人機構包括機器人機架(5)、左行走機構(2)、右行走機構(4)、前軸(3)、前軸轉動副(1)、左後軸轉動副(6)、右後軸轉動副(9)以及分別固定於機器人機架上的左驅動電機(7)和右驅動電機(8)；所述的左行走機構(2)和右行走機構(4)分別通過轉動副與前軸(3)相連；所述的左驅動電機(7)通過左後軸轉動副(6)與左行走機構(2)相連，所述的右驅動電機(8)通過右後軸轉動副(9)與右行走機構(4)相連；所述前軸(3)通過前軸轉動副(1)與機器人機架(5)相連，且前軸的軸線與前軸轉動副的軸線垂直，前軸轉動副的軸線與左後軸轉動副和右後軸轉動副的軸線垂直，前軸的軸線、左後軸轉動副的軸線和右後軸轉動副的軸線在同一平面內，構成三點支承。
2.按照權利要求1所述的曲面全位置爬行式移動機器人機構，其特徵在於所述的左行 走機構和右行走機構採用輪式、履帶式或輪履式。
全文摘要
曲面全位置爬行式移動機器人機構，涉及一種用於大型結構件焊接的曲面全位置爬行式移動機器人機構。本發明含有前軸轉動副，左行走機構，前軸，右行走機構，機器人機架，左後軸轉動副，左驅動電機，右驅動電機和右後軸轉動副；前軸通過前軸轉動副與機器人機架相連，且前軸軸線與前軸轉動副軸線垂直；左、右行走機構通過轉動副與前軸相連；固定於機器人機架上的左、右驅動電機通過左、右後軸轉動副分別與左、右行走機構相連，並驅動左、右行走機構。行走機構可為輪式、履帶式和輪履式。前軸轉動副軸線與後軸轉動副軸線垂直，且在同一平面內，構成三點支承，故能適應各種曲面爬行，解決機器人在曲面上爬行時行走機構不能同時吸附於工件上的問題。
文檔編號B62D57/00GK101654124SQ20091009152
公開日2010年2月24日 申請日期2009年8月26日 優先權日2009年8月26日
發明者毛志偉, 潘際鑾 申請人:清華大學