專利名稱：具有多自由度機(jī)械手臂的全驅(qū)動磁吸附式多功能爬壁機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于特種機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體來說是一種具有多自由度機(jī)械手臂的全驅(qū)動磁吸附式多功能爬壁機(jī)器人。
背景技術(shù)：
磁吸附爬壁機(jī)器人是特種機(jī)器人的一種，其主要特點是能夠在船舶等大型結(jié)構(gòu)件，以及電站水輪機(jī)葉片等人員難以現(xiàn)場維護(hù)的結(jié)構(gòu)件的導(dǎo)磁壁面爬行，并完成多種作業(yè)方式(如焊接、打磨、缺陷檢測、夾取等)的一種自動化機(jī)械裝置。爬壁機(jī)器人應(yīng)具有吸附、移動和作業(yè)三種功能。吸附功能應(yīng)確保其可靠地吸附在結(jié)構(gòu)件導(dǎo)磁壁面，在移動和作業(yè)時不會掉落；移動功能應(yīng)使其具備前后移動、左右轉(zhuǎn)動功能，移動過程穩(wěn)定，且能適應(yīng)不同曲率的作業(yè)壁面。爬壁機(jī)器人常見的吸附方式有固定軌道式、真空吸附、磁足式磁吸附、履帶式磁吸附、磁輪式磁吸附以及間隙式磁吸附五大類。與吸附方式相匹配的移動方式有導(dǎo)軌式、足式、履帶式和輪式四大類；作業(yè)機(jī)構(gòu)通常是直角坐標(biāo)系機(jī)械手臂或多關(guān)節(jié)機(jī)械手臂。磁足式爬壁機(jī)器人是靠磁足提供的吸附力吸附在壁面上，由于其行走特點決定了其吸附力必須可調(diào)，多采用電磁鐵提供吸附力，如日本日立公司研制的八足磁吸附爬壁機(jī)器人。足式爬壁機(jī)器人步法控制比較復(fù)雜，運動靈活性不好。另外，采用電磁鐵提供吸附力，需要消耗電能，且存在意外斷電造成的安全隱患。磁輪式爬壁機(jī)器人是靠磁輪的吸附力吸附在導(dǎo)磁壁面上。申請日為2004年I月5日、申請?zhí)枮?00410016429. 6的專利文獻(xiàn)涉及的“磁輪吸附式爬壁機(jī)器人”，其技術(shù)方案為包括左輪結(jié)構(gòu)、支承架、檢測結(jié)構(gòu)、滾輪、碼盤、位置校正結(jié)構(gòu)、右輪結(jié)構(gòu)，左輪結(jié)構(gòu)和右輪結(jié)構(gòu)相同，對稱固定在支承架的兩側(cè)，檢測結(jié)構(gòu)固定在支承架的前邊，滾輪和碼盤固定在支承架的中間，位置校正結(jié)構(gòu)連接在支承架最右側(cè)，其可適應(yīng)壁面的曲率，繞支承架作一定角度的轉(zhuǎn)動，在機(jī)器人運動過程中校正機(jī)器人的位姿。本發(fā)明可完成石油筒壁等危險環(huán)境中的焊縫檢測。上述發(fā)明的特點是運動靈活性較好，但是由于磁輪的有效吸附面積小，磁能利用率不高，負(fù)載能力較差。履帶式磁吸附爬壁機(jī)器人是靠安裝在履帶式移動機(jī)構(gòu)上的吸塊吸附在導(dǎo)磁壁面上。申請日為2000年I月26日、申請?zhí)枮?0200795. 9的專利文獻(xiàn)涉及的“履帶式永磁爬壁機(jī)構(gòu)”，其主要技術(shù)方案為本爬行機(jī)構(gòu)由車體，動力部分和行走機(jī)構(gòu)三部分組成，車體是一個箱形柔性結(jié)構(gòu)，在內(nèi)部安裝動力部分，動力部分是兩個電動機(jī)及其減速機(jī)構(gòu)，其輸出軸分別帶動車體兩側(cè)的主動鏈輪。行走機(jī)構(gòu)安置在車體兩側(cè)，由主動鏈輪，導(dǎo)輪，永磁鐵及鏈條張緊機(jī)構(gòu)組成，每一主動鏈輪帶動三根封閉式鏈條，在三根鏈條之間的兩個間隙處，沿鏈條全長視負(fù)重均勻布置永磁鐵。其特點是負(fù)載能力強(qiáng)，但是其運動靈活性較差，特別是在進(jìn)行轉(zhuǎn)向運動時，由于履帶和導(dǎo)磁壁面之間接觸面積大，轉(zhuǎn)向阻力大，轉(zhuǎn)向半徑大，轉(zhuǎn)向靈活性差。[0008]間隙吸附式爬壁機(jī)器人是靠安裝在底盤上的與導(dǎo)磁壁面間具有一定間隙的永磁體吸附在導(dǎo)磁壁面上。申請日為2005年10月8日、申請?zhí)枮?00510086383. X的專利文獻(xiàn)涉及的“輪式非接觸磁吸附爬壁機(jī)器人”，其技術(shù)方案為包括輪式移動機(jī)構(gòu)和永磁吸附裝置，輪式移動機(jī)構(gòu)包括底盤、安裝在底盤上的驅(qū)動機(jī)構(gòu)、由驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動的驅(qū)動輪。所述驅(qū)動輪對稱布置，采用差動驅(qū)動方式，依靠驅(qū)動輪的差速實現(xiàn)在導(dǎo)磁壁面上的轉(zhuǎn)向；永磁吸附裝置安裝在所述底盤上，所述永磁吸附裝置和導(dǎo)磁壁面間是非接觸的，磁能利用率高，吸附能力強(qiáng)。上述專利特點是吸附力大，但是由于所有的驅(qū)動輪都是不能相對車體轉(zhuǎn)向的圓柱輪，轉(zhuǎn)向阻力大，轉(zhuǎn)向靈活性差。直角坐標(biāo)系機(jī)械手臂由直線運動副構(gòu)成，申請日為2006年10月30日、申請?zhí)枮?00620149190. 4的專利文獻(xiàn)涉及的“多軸式機(jī)械手臂”，其特點是有三個直線運動副構(gòu)成，可實現(xiàn)空間任意位置的作業(yè)，結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，但本身占用體積較大，末端工作裝置無法變化角度。多關(guān)節(jié)機(jī)械手臂由多個轉(zhuǎn)動副構(gòu)成，動作靈活，占用體積小，但目前未見多關(guān)節(jié)機(jī)械手臂用在磁吸附式爬壁機(jī)器人領(lǐng)域的報道。綜上所述，現(xiàn)有的機(jī)械手臂爬壁機(jī)器人本身占用體積較大，末端工作裝置無法變化角度，還有運動靈活性較好而負(fù)載能力差，或者是負(fù)載能力強(qiáng)而運動靈活性差，未能較好地解決爬壁機(jī)器人移動和吸附的矛盾，并且綜合性能不好。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是為克服已有技術(shù)在運動靈活性和負(fù)載能力兩方面綜合性能的不足，解決爬壁機(jī)器人吸附和移動的矛盾，并且針對機(jī)械手臂靈活性存在不足的問題，提供一種能夠在導(dǎo)磁壁面上可靠地吸附并靈活移動，能夠?qū)崿F(xiàn)多種作業(yè)方式，小巧靈活的具有多自由度機(jī)械手臂的全驅(qū)動磁吸附式多功能爬壁機(jī)器人。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術(shù)方案如下一種具有多自由度機(jī)械手臂的全驅(qū)動磁吸附式多功能爬壁機(jī)器人，包括爬行機(jī)構(gòu)、操作機(jī)構(gòu)，其特征在于所述操作機(jī)構(gòu)包括多功能機(jī)械手臂和末端工作模塊，多功能機(jī)械手臂的底座固定在爬行機(jī)構(gòu)的平臺上，末端工作模塊固定在多功能機(jī)械手臂的末端。所述多功能機(jī)械手臂包括底座、轉(zhuǎn)臺、大臂、小臂、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)以及驅(qū)動模塊，驅(qū)動模塊底座固定在爬行機(jī)構(gòu)的車架上；驅(qū)動模塊包括電機(jī)和減速器，所述的轉(zhuǎn)臺安裝在底座上，電機(jī)和減速器驅(qū)動其相對于底座做水平回轉(zhuǎn)，所述的大臂安裝在轉(zhuǎn)臺上，電機(jī)和減速器驅(qū)動其相對轉(zhuǎn)臺豎直轉(zhuǎn)動，所述小臂安裝在大臂上，電機(jī)和減速器驅(qū)動其相對大臂豎直轉(zhuǎn)動，所述的旋轉(zhuǎn)模塊安裝在小臂的末端，相對小臂做軸向轉(zhuǎn)動，旋轉(zhuǎn)模塊具有一個軸向轉(zhuǎn)動自由度，其軸向轉(zhuǎn)動的軸心和小臂與旋轉(zhuǎn)模塊之間軸向轉(zhuǎn)動的軸心相互垂直；旋轉(zhuǎn)模塊的末端與末端工作模塊連接。所述爬行機(jī)構(gòu)包括采用驅(qū)動轉(zhuǎn)向一體化磁輪的前輪模塊、采用永磁間隙吸附裝置的后輪模塊、連接前后輪的車架和安裝在車架上的電機(jī)驅(qū)動控制器；爬行機(jī)構(gòu)為三輪結(jié)構(gòu)，三輪均為驅(qū)動輪，采用前輪受控轉(zhuǎn)向、依靠兩后輪的差速及前輪的受控轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)在導(dǎo)磁壁面上的轉(zhuǎn)向。后輪模塊包括底盤、環(huán)繞車輪安裝在后輪底盤上的永磁體、穿過底盤的兩后輪、帶動車輪的減速器、驅(qū)動減速器的直流電機(jī)，后輪模塊的兩后輪對稱布置。前輪模塊為驅(qū)動轉(zhuǎn)向一體化磁輪，包括永磁體和車輪，前輪的永磁體采用沿厚度方向磁化的環(huán)形永磁體。進(jìn)一步的，驅(qū)動轉(zhuǎn)向一體化磁輪裝置，包括車體固定框架、轉(zhuǎn)臺框架、轉(zhuǎn)向驅(qū)動機(jī)構(gòu)、車輪驅(qū)動機(jī)構(gòu)和滾輪；所述車體固定框架和轉(zhuǎn)臺框架之間設(shè)置有一個被動的側(cè)傾轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)臺框架和磁輪之間設(shè)置有獨立轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)；所述側(cè)傾轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)包括在轉(zhuǎn)臺框架前、后安裝的側(cè)傾轉(zhuǎn)軸，以及在車體固定框架安裝的自潤滑滑動軸承；所述轉(zhuǎn)臺框架包括依次相連的轉(zhuǎn)臺下支撐板、轉(zhuǎn)臺支撐立柱、轉(zhuǎn)臺蓋板和轉(zhuǎn)臺上支撐板；所述轉(zhuǎn)向驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)向電機(jī)安裝板和安裝在其上的轉(zhuǎn)向驅(qū)動電機(jī)，轉(zhuǎn)向驅(qū)動電機(jī)采用直流無刷盤式電機(jī)，電機(jī)輸出軸接行星齒輪減速器，再通過一級錐齒輪傳動和一級圓柱齒輪傳動帶動轉(zhuǎn)向軸；所述車輪驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動電機(jī)安裝板和安裝在其上的車輪滾動驅(qū)動減速電機(jī)，電機(jī)輸出軸接行星齒輪減速器，通過同步帶傳動帶動磁輪滾動；所述滾輪為磁輪，所述轉(zhuǎn)向驅(qū)動電機(jī)和車輪滾動驅(qū)動減速電機(jī)互為獨立的驅(qū)動結(jié)構(gòu)；側(cè)傾轉(zhuǎn)軸一端安裝在車體固定框架上，另一端轉(zhuǎn)臺下支撐板連接，轉(zhuǎn)臺上支撐板、轉(zhuǎn)臺支撐立柱和轉(zhuǎn)臺下支撐板連接，轉(zhuǎn)臺蓋板與轉(zhuǎn)臺上支撐板連接，圓錐滾子軸承安裝在兩個支撐板上，轉(zhuǎn)向軸支承在圓錐滾子軸承上，轉(zhuǎn)向軸與60齒直齒齒輪連接，角度傳感器輸入軸與轉(zhuǎn)向軸固接，角度傳感器支撐桿與轉(zhuǎn)臺上支撐板連接，角度傳感器與角度傳感器支撐桿連接，轉(zhuǎn)向電機(jī)安裝板與轉(zhuǎn)臺上支撐板連接，轉(zhuǎn)向減速電機(jī)與轉(zhuǎn)向電機(jī)安裝板連接，20齒直齒錐齒輪固接在轉(zhuǎn)向減速電機(jī)輸出軸上，與之相嚙合的40齒直齒錐齒輪連接安裝在錐齒輪軸上，錐齒輪軸由安裝在轉(zhuǎn)臺上支撐板的第一深溝球軸承支承，錐齒輪軸的另一側(cè)與19齒直齒齒輪通過平鍵聯(lián)接，19齒直齒齒輪與60齒直齒齒輪嚙合，轉(zhuǎn)向軸的下端與轉(zhuǎn)向基板連接，車輪左側(cè)安裝板、車輪右側(cè)安裝板、驅(qū)動電機(jī)安裝板與轉(zhuǎn)向基板連接，驅(qū)動減速電機(jī)與驅(qū)動電機(jī)安裝板連接，小同步帶輪軸與驅(qū)動減速電機(jī)的輸出軸固接，小同步帶輪通過平鍵聯(lián)接安裝在小同步帶輪軸上，車輪永磁體和車輪軛鐵通過平鍵聯(lián)接安裝在車輪軸上，車輪軸通過第一深溝球軸承和第二深溝球軸承支承在車輪左側(cè)安裝板和車輪右側(cè)安裝板之間，大同步帶輪通過平鍵聯(lián)接安裝在車輪軸的另一側(cè)，大同步帶輪和小同步帶輪之間由同步帶聯(lián)接，張緊輥輪與張緊輥輪支撐桿之間通過螺釘連接，張緊輥輪支撐桿通過螺釘安裝在車輪左側(cè)安裝板上，驅(qū)動減速電機(jī)與車輪軸之間通過同步帶傳動；轉(zhuǎn)向驅(qū)動機(jī)構(gòu)還包括轉(zhuǎn)向軸，轉(zhuǎn)向軸下部安裝有車輪驅(qū)動機(jī)構(gòu)及滾輪；所述轉(zhuǎn)向軸線與車輪軸線垂直正交；所述驅(qū)動減速電機(jī)為直流有刷電機(jī)。進(jìn)一步的，所述的永磁間隙吸附裝置環(huán)繞后輪安裝在底盤上，所述永磁間隙吸附裝置和導(dǎo)磁壁面間是非接觸式的，通過調(diào)節(jié)底盤和導(dǎo)磁壁面之間的距離設(shè)定所述永磁吸附裝置和導(dǎo)磁壁面間的氣隙。所述末端工作模塊包括焊接模塊、打磨模塊或夾取模塊，三種模塊通過法蘭結(jié)構(gòu)分別與多功能機(jī)械手臂的末端連接。進(jìn)一步的，所述底盤為低碳鋼，作為軛鐵與環(huán)繞車輪安裝在后輪底盤上的永磁體一起構(gòu)成磁路。進(jìn)一步的，減速器包括第一級行星齒輪減速器和第二級渦輪蝸桿減速器，直流電機(jī)后接二級減速器帶動車輪，第二級渦輪蝸桿減速器通過螺釘連接安裝在后輪底盤上。所述的多功能機(jī)械手臂，大臂為箱形結(jié)構(gòu)，由薄板拼接而成，其橫截面為中空的封閉形狀；底座、轉(zhuǎn)臺、小臂及其他連接件均為薄壁結(jié)構(gòu)，由薄板彎折或焊接而成。箱形結(jié)構(gòu)就是薄板拼接而成的封閉結(jié)構(gòu)，其截面為中空的封閉形狀，類似箱子的截面；薄壁結(jié)構(gòu)的特征在于有薄板拼接而成，但其不一定為封閉的箱形結(jié)構(gòu)。本實用新型的優(yōu)點在于I、本實用新型所述爬行裝置采用接觸式磁輪吸附(即驅(qū)動轉(zhuǎn)向一體化磁輪)和非接觸式間隙吸附(即包括永磁間隙吸附裝置)的復(fù)合方式，三輪結(jié)構(gòu)，所有車輪均為驅(qū)動輪，采用冗余控制轉(zhuǎn)向方式，依靠兩后輪的差速及前輪的受控轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)在導(dǎo)磁壁面上的轉(zhuǎn)向，通過前輪轉(zhuǎn)向角度的精確控制提高了爬壁機(jī)器人轉(zhuǎn)向精度，運動靈活性好，可繞車體中心轉(zhuǎn)向，最小轉(zhuǎn)向半徑為0，機(jī)器人可在導(dǎo)磁壁面可靠吸附并實現(xiàn)自主靈活移動。2、本實用新型所述的多功能爬壁機(jī)器人搭載有多功能機(jī)械手臂，手臂具有5個自由度，分別是I個水平回轉(zhuǎn)自由度、2個豎直轉(zhuǎn)動自由度和2個軸向轉(zhuǎn)動自由度，手臂末端可換裝焊接模塊、打磨模塊或夾取模塊三種不同的工作裝置，已實現(xiàn)多種工作方式。3、本實用新型所述的多功能爬壁機(jī)器人在吸附式爬行裝置、多功能機(jī)械手臂和末端工作模塊的相互配合下，能在大型鋼結(jié)構(gòu)表面全位置自主靈活移動、可靠吸附，依靠多功能機(jī)械手臂末端換裝不同的工作裝置，可對大型鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接、打磨、監(jiān)測等多種作業(yè)。4、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)引入冗余控制方式，依靠兩后輪的差速及前輪的受控轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)在導(dǎo)磁壁面上的轉(zhuǎn)向，通過前輪轉(zhuǎn)向角度的精確控制提高了爬壁機(jī)器人轉(zhuǎn)向精度。5、本實用新型爬行機(jī)構(gòu)為三輪全驅(qū)動吸附式爬行機(jī)構(gòu)，操作機(jī)構(gòu)為多功能機(jī)械手臂；所述爬行機(jī)構(gòu)的前輪模塊可實現(xiàn)驅(qū)動轉(zhuǎn)向一體化的功能，后輪模塊的吸附力可通過底盤與導(dǎo)磁壁面之間的間隙進(jìn)行調(diào)整；所述的末端工作裝置可根據(jù)不同的工況換裝在多功能機(jī)械手臂的末端，實現(xiàn)多種作業(yè)方式。 6、驅(qū)動轉(zhuǎn)向一體化磁輪的驅(qū)動減速電機(jī)與車輪軸之間通過同步帶傳動，通過調(diào)節(jié)傳動中心距可以獲得較大的安裝空間，安裝較大功率的驅(qū)動減速電機(jī)從而提高驅(qū)動力矩。7、驅(qū)動轉(zhuǎn)向一體化磁輪設(shè)置了獨立的轉(zhuǎn)向自由度且使轉(zhuǎn)向軸線與車輪軸線垂直正交，可以實現(xiàn)車輪的獨立轉(zhuǎn)向，提高爬壁機(jī)器人運動靈活性。8、驅(qū)動轉(zhuǎn)向一體化磁輪設(shè)置了被動的側(cè)傾自由度且通過側(cè)傾限制塊限制側(cè)傾轉(zhuǎn)角在正負(fù)10度以內(nèi)，使爬壁機(jī)器人具有了較好的曲面適應(yīng)能力。9、驅(qū)動轉(zhuǎn)向一體化磁輪的側(cè)傾限制塊通過機(jī)械限位實現(xiàn)限制側(cè)傾角度的功能。10、驅(qū)動轉(zhuǎn)向一體化磁輪的轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)和車輪滾動都設(shè)置有獨立的驅(qū)動機(jī)構(gòu)。

圖I為本實用新型總體外觀圖。圖2為吸附式爬行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為后輪模塊結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為永磁間隙吸附裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為驅(qū)動轉(zhuǎn)向一體化磁輪結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為前輪過轉(zhuǎn)向軸和錐齒輪軸的剖視圖。圖7為磁輪剖視圖。圖8為多功能機(jī)械手臂結(jié)構(gòu)示意圖。[0044]圖9為打磨模塊結(jié)構(gòu)示意圖。圖10為焊接模塊結(jié)構(gòu)示意圖。圖11為夾取模塊結(jié)構(gòu)示意圖。附圖中爬行機(jī)構(gòu)I，多功能機(jī)械手臂2，末端工作模塊3，后輪模塊4，前輪模塊5，車架6，永磁體7，底盤8，車輪9，渦輪蝸桿減速器10，行星齒輪減速器11，直流電機(jī)12，同步帶13，減速器14，轉(zhuǎn)向基礎(chǔ)板15，20齒直齒錐齒輪16，行星齒輪減速器17，電機(jī)18，轉(zhuǎn)向軸19，60齒圓柱齒輪20，19齒圓柱齒輪21，錐齒輪軸22，40齒直齒錐齒輪23，車輪永磁體24，車輪軛鐵25，底座26，轉(zhuǎn)臺27，大臂28，，小臂29，旋轉(zhuǎn)模塊30，打磨砂輪31，支撐外殼32，驅(qū)動裝置33，焊槍34，連接件35，焊縫識別系統(tǒng)36，夾取機(jī)構(gòu)37和夾具38。
具體實施方式
一種具有多自由度機(jī)械手臂的全驅(qū)動磁吸附式多功能爬壁機(jī)器人包括爬行機(jī)構(gòu)、操作機(jī)構(gòu)，所述操作機(jī)構(gòu)包括多功能機(jī)械手臂和末端工作模塊，多功能機(jī)械手臂的底座固定在爬行機(jī)構(gòu)的平臺上，末端工作模塊固定在多功能機(jī)械手臂的末端。所述多功能機(jī)械手臂包括底座、轉(zhuǎn)臺、大臂、小臂、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)以及驅(qū)動模塊，驅(qū)動模塊底座固定在爬行機(jī)構(gòu)的車架上；驅(qū)動模塊包括電機(jī)和減速器，所述的轉(zhuǎn)臺安裝在底座上，電機(jī)和減速器驅(qū)動其相對于底座做水平回轉(zhuǎn)，所述的大臂安裝在轉(zhuǎn)臺上，電機(jī)和減速器驅(qū)動其相對轉(zhuǎn)臺豎直轉(zhuǎn)動，所述小臂安裝在大臂上，電機(jī)和減速器驅(qū)動其相對大臂豎直轉(zhuǎn)動，所述的旋轉(zhuǎn)模塊安裝在小臂的末端，相對小臂做軸向轉(zhuǎn)動，旋轉(zhuǎn)模塊具有一個軸向轉(zhuǎn)動自由度，其軸向轉(zhuǎn)動的軸心和小臂與旋轉(zhuǎn)模塊之間軸向轉(zhuǎn)動的軸心相互垂直；旋轉(zhuǎn)模塊的末端與末端工作模塊連接。所述爬行機(jī)構(gòu)包括采用驅(qū)動轉(zhuǎn)向一體化磁輪的前輪模塊、采用永磁間隙吸附裝置的后輪模塊、連接前后輪的車架和安裝在車架上的電機(jī)驅(qū)動控制器；爬行機(jī)構(gòu)為三輪結(jié)構(gòu)，三輪均為驅(qū)動輪，依靠兩后輪的差速及前輪的受控轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)在導(dǎo)磁壁面上的轉(zhuǎn)向；方式在導(dǎo)磁壁面上的轉(zhuǎn)向。后輪模塊包括底盤、環(huán)繞車輪安裝在后輪底盤上的永磁體、穿過底盤的兩后輪、帶動車輪的減速器、驅(qū)動減速器的直流電機(jī)，后輪模塊的兩后輪對稱布置。前輪模塊為驅(qū)動轉(zhuǎn)向一體化磁輪，包括永磁體和車輪，前輪的永磁體采用沿厚度方向磁化的環(huán)形永磁體。進(jìn)一步的，驅(qū)動轉(zhuǎn)向一體化磁輪裝置，包括車體固定框架、轉(zhuǎn)臺框架、轉(zhuǎn)向驅(qū)動機(jī)構(gòu)、車輪驅(qū)動機(jī)構(gòu)和滾輪；所述車體固定框架和轉(zhuǎn)臺框架之間設(shè)置有一個被動的側(cè)傾轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)臺框架和磁輪之間設(shè)置有獨立轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)；所述側(cè)傾轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)包括在轉(zhuǎn)臺框架前、后安裝的側(cè)傾轉(zhuǎn)軸，以及在車體固定框架安裝的自潤滑滑動軸承；所述轉(zhuǎn)臺框架包括依次相連的轉(zhuǎn)臺下支撐板、轉(zhuǎn)臺支撐立柱、轉(zhuǎn)臺蓋板和轉(zhuǎn)臺上支撐板；所述轉(zhuǎn)向驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)向電機(jī)安裝板和安裝在其上的轉(zhuǎn)向驅(qū)動電機(jī)，轉(zhuǎn)向驅(qū)動電機(jī)采用直流無刷盤式電機(jī)，電機(jī)輸出軸接行星齒輪減速器，再通過一級錐齒輪傳動和一級圓柱齒輪傳動帶動轉(zhuǎn)向軸；所述車輪驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動電機(jī)安裝板和安裝在其上的車輪滾動驅(qū)動減速電機(jī)，電機(jī)輸出軸接行星齒輪減速器，通過同步帶傳動帶動磁輪滾動；所述滾輪為磁輪，所述轉(zhuǎn)向驅(qū)動電機(jī)和車輪滾動驅(qū)動減速電機(jī)互為獨立的驅(qū)動結(jié)構(gòu)；側(cè)傾轉(zhuǎn)軸一端安裝在車體固定框架上，另一端轉(zhuǎn)臺下支撐板連接，轉(zhuǎn)臺上支撐板、轉(zhuǎn)臺支撐立柱和轉(zhuǎn)臺下支撐板連接，轉(zhuǎn)臺蓋板與轉(zhuǎn)臺上支撐板連接，圓錐滾子軸承安裝在兩個支撐板上，轉(zhuǎn)向軸支承在圓錐滾子軸承上，轉(zhuǎn)向軸與60齒直齒齒輪連接，角度傳感器輸入軸與轉(zhuǎn)向軸固接，角度傳感器支撐桿與轉(zhuǎn)臺上支撐板連接，角度傳感器與角度傳感器支撐桿連接，轉(zhuǎn)向電機(jī)安裝板與轉(zhuǎn)臺上支撐板連接，轉(zhuǎn)向減速電機(jī)與轉(zhuǎn)向電機(jī)安裝板連接，20齒直齒錐齒輪固接在轉(zhuǎn)向減速電機(jī)輸出軸上，與之相嚙合的40齒直齒錐齒輪連接安裝在錐齒輪軸上，錐齒輪軸由安裝在轉(zhuǎn)臺上支撐板的第一深溝球軸承支承，錐齒輪軸的另一側(cè)與19齒直齒齒輪通過平鍵聯(lián)接，19齒直齒齒輪與60齒直齒齒輪嚙合，轉(zhuǎn)向軸的下端與轉(zhuǎn)向基板連接，車輪左側(cè)安裝板、車輪右側(cè)安裝板、驅(qū)動電機(jī)安裝板與轉(zhuǎn)向基板連接，驅(qū)動減速電機(jī)與驅(qū)動電機(jī)安裝板連接，小同步帶輪軸與驅(qū)動減速電機(jī)的輸出軸固接，小同步帶輪通過平鍵聯(lián)接安裝在小同步帶輪軸上，車輪永磁體和車輪軛鐵通過平鍵聯(lián)接安裝在車輪軸上，車輪軸通過第一深溝球軸承和第二深溝球軸承支承在車輪左側(cè)安裝板和車輪右側(cè)安裝板之間，大同步帶輪通過平鍵聯(lián)接安裝在車輪軸的另一側(cè)，大同步帶輪和小同步帶輪之間由同步帶聯(lián)接，張緊輥輪與張緊輥輪支撐桿之間通過螺釘連接，張緊輥輪支撐桿通過螺釘安裝在車輪左側(cè)安裝板上，驅(qū)動減速電機(jī)與車輪軸之間通過同步帶傳動；轉(zhuǎn)向驅(qū)動機(jī)構(gòu)還包括轉(zhuǎn)向軸，轉(zhuǎn)向軸下部安裝有車輪驅(qū)動機(jī)構(gòu)及滾輪；所述轉(zhuǎn)向軸線與車輪軸線垂直正交；所述驅(qū)動減速電機(jī)為直流有刷電機(jī)。進(jìn)一步的，所述的永磁間隙吸附裝置環(huán)繞后輪安裝在底盤上，所述永磁間隙吸附裝置和導(dǎo)磁壁面間是非接觸式的，通過調(diào)節(jié)底盤和導(dǎo)磁壁面之間的距離設(shè)定所述永磁吸附裝置和導(dǎo)磁壁面間的氣隙。所述末端工作模塊包括焊接模塊、打磨模塊或夾取模塊，三種模塊通過法蘭結(jié)構(gòu)分別與多功能機(jī)械手臂的末端連接。進(jìn)一步的，所述底盤為低碳鋼，作為軛鐵與環(huán)繞車輪安裝在后輪底盤上的永磁體一起構(gòu)成磁路。進(jìn)一步的，減速器包括第一級行星齒輪減速器和第二級渦輪蝸桿減速器，直流電機(jī)后接二級減速器帶動車輪，第二級渦輪蝸桿減速器通過螺釘連接安裝在后輪底盤上。所述的多功能機(jī)械手臂，大臂為箱形結(jié)構(gòu)，由薄板拼接而成，其橫截面為中空的封閉形狀；底座、轉(zhuǎn)臺、小臂及其他連接件均為薄壁結(jié)構(gòu)，由薄板彎折或焊接而成。箱形結(jié)構(gòu)就是薄板拼接而成的封閉結(jié)構(gòu)，其截面為中空的封閉形狀，類似箱子的截面；薄壁結(jié)構(gòu)的特征在于有薄板拼接而成，但其不一定為封閉的箱形結(jié)構(gòu)。
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步詳細(xì)描述本實用新型。圖I所示的具有5自由度機(jī)械手臂的差動驅(qū)動磁吸附式多功能爬壁機(jī)器人由三部分組成，包括吸附式爬行機(jī)構(gòu)I、多功能機(jī)械手臂2和末端工作模塊3，多功能機(jī)械手臂2的底座安裝在吸附式爬行機(jī)構(gòu)I的安裝平臺上，末端工作模塊3安裝在多功能機(jī)械手臂2的末端，末端工作模塊3有三個種類，分別是焊接模塊、打磨模塊和夾取模塊，圖I所示的末端工作模塊為焊接模塊。如圖2所示，吸附式爬行裝置由三部分構(gòu)成，包括采用驅(qū)動轉(zhuǎn)向一體化磁輪的前輪模塊5、采用永磁間隙吸附裝置的后輪模塊4和連接前后輪的車架6。如圖3所示，后輪底盤8采用低碳鋼(如Q235)制造，除作為支撐后輪結(jié)構(gòu)的功能夕卜，還作為軛鐵與環(huán)繞車輪安裝在后輪底盤8上的永磁體7—起構(gòu)成磁路的一部分，直流電機(jī)12接二級減速器帶動車輪9，第一級為行星齒輪減速器11，第二級為渦輪蝸桿減速器10，渦輪蝸桿減速器通過螺釘連接安裝在后輪底盤8上。永磁間隙吸附裝置如圖4所示，由12塊厚度方向充磁的釹鐵硼永磁體組成，每個后輪各布置6塊永磁體，N極和S極交錯排列構(gòu)成磁路，環(huán)繞后輪安裝在底盤上，所述永磁間隙吸附裝置和導(dǎo)磁壁面間是非接觸的，通過調(diào)節(jié)底盤和導(dǎo)磁壁面之間的距離設(shè)定所述永磁吸附裝置和導(dǎo)磁壁面間的氣隙。圖5是前輪的三維模型圖，圖6是前輪過轉(zhuǎn)向軸和錐齒輪軸的剖視圖，圖7是過前輪車輪軸的剖視圖。其中，直流無刷電機(jī)及行星齒輪減速器17經(jīng)過20齒直齒錐齒輪16和40齒直齒錐齒輪23傳動帶動錐齒輪軸22旋轉(zhuǎn)，錐齒輪軸22再通過19齒圓柱齒輪21和60齒圓柱齒輪20傳動帶動轉(zhuǎn)向軸19旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)向軸19與轉(zhuǎn)向基礎(chǔ)板15通過螺釘聯(lián)接固定。前輪驅(qū)動電機(jī)及減速器14采用直流有刷電機(jī)和行星齒輪減速器，通過同步帶13傳動帶動前輪。前輪為磁輪，結(jié)構(gòu)見圖7。磁輪由I塊永磁體和2塊軛鐵構(gòu)成。所述永磁體采用沿厚度方向磁化的環(huán)形永磁體，永磁體可采用高性能永磁材料如NdFeB等制造,軛鐵采用低碳鋼(如Q235等)制造。具體的說，驅(qū)動轉(zhuǎn)向一體化磁輪的側(cè)傾轉(zhuǎn)軸一端由安裝在車體固定框架上的滑動軸承支承，另一端與轉(zhuǎn)臺下支撐板通過螺紋聯(lián)接固接，轉(zhuǎn)臺上支撐板、轉(zhuǎn)臺支撐立柱和轉(zhuǎn)臺下支撐板通過螺釘連接，轉(zhuǎn)臺蓋板與轉(zhuǎn)臺上支撐板通過螺釘連接，兩個圓錐滾子軸承面對面安裝在兩個支撐板上，轉(zhuǎn)向軸支承在這兩個圓錐滾子軸承上，轉(zhuǎn)向軸與60齒直齒齒輪通過平鍵連接，角度傳感器輸入軸與轉(zhuǎn)向軸固接，角度傳感器支撐桿與轉(zhuǎn)臺上支撐板通過螺釘連接，角度傳感器與角度傳感器支撐桿通過螺釘連接，轉(zhuǎn)向電機(jī)安裝板與轉(zhuǎn)臺上支撐板通過螺釘連接，轉(zhuǎn)向減速電機(jī)與轉(zhuǎn)向電機(jī)安裝板通過螺釘連接，20齒直齒錐齒輪固接在轉(zhuǎn)向減速電機(jī)輸出軸上，與之相嚙合的40齒直齒錐齒輪通過平鍵聯(lián)接安裝在錐齒輪軸上，錐齒輪軸由安裝在轉(zhuǎn)臺上支撐板的深溝球軸承支承，錐齒輪軸的另一側(cè)與齒直齒齒輪通過平鍵聯(lián)接，19齒直齒齒輪與60齒直齒齒輪嚙合，轉(zhuǎn)向軸的下端與轉(zhuǎn)向基板通過螺釘連接，車輪左側(cè)安裝板、車輪右側(cè)安裝板、驅(qū)動電機(jī)安裝板與轉(zhuǎn)向基板通過螺釘連接，驅(qū)動減速電機(jī)與驅(qū)動電機(jī)安裝板通過螺釘連接，小同步帶輪軸與驅(qū)動減速電機(jī)的輸出軸固接，小同步帶輪通過平鍵聯(lián)接安裝在小同步帶輪軸上，車輪永磁體和車輪軛鐵通過平鍵聯(lián)接安裝在車輪軸上，車輪軸通過兩個深溝球軸承支承在車輪左側(cè)安裝板和車輪右側(cè)安裝板之間，大同步帶輪通過平鍵聯(lián)接安裝在車輪軸35的另一側(cè)，大同步帶輪和小同步帶輪之間由同步帶聯(lián)接，張緊輥輪與張緊輥輪支撐桿之間通過螺釘連接，張緊輥輪支撐桿通過螺釘安裝在車輪左側(cè)安裝板上。參閱圖8，本實用新型的機(jī)械手臂，包括底座26 ;轉(zhuǎn)臺27通過水平方向的轉(zhuǎn)動副安裝在底座26上；大臂28通過豎直方向的轉(zhuǎn)動副安裝在轉(zhuǎn)臺27上；小臂29通過豎直方向的轉(zhuǎn)動副安裝在大臂28上；旋轉(zhuǎn)模塊30通過沿小臂29方向的軸向轉(zhuǎn)動副連接在小臂29上；旋轉(zhuǎn)模塊30自身具有一個軸向轉(zhuǎn)動副，該轉(zhuǎn)動副的軸心與小臂29和旋轉(zhuǎn)模塊30之間的軸向轉(zhuǎn)動副的軸心相互垂直；各運動副均采用伺服電機(jī)和諧波減速器驅(qū)動；底座26、轉(zhuǎn)臺27、大臂28、小臂29、選轉(zhuǎn)模塊30的主體結(jié)構(gòu)材料均為高強(qiáng)度鋁合金；大臂28采用箱形結(jié)構(gòu)，其他結(jié)構(gòu)件均采用薄壁結(jié)構(gòu)，以減輕結(jié)構(gòu)自重。采用上述結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)臺27可相對底座26水平回轉(zhuǎn)，大臂28可相對轉(zhuǎn)臺27豎直轉(zhuǎn)動，小臂29可繞大臂28豎直轉(zhuǎn)動,旋轉(zhuǎn)模塊30可相對小臂29軸向轉(zhuǎn)動,旋轉(zhuǎn)模塊30的輸出端和輸入端可相對軸向轉(zhuǎn)動，從而帶動末端工作裝置做軸向轉(zhuǎn)動。以上各運動副使機(jī)械臂具有5個自由度，分別是I個水平回轉(zhuǎn)自由度、2個豎直轉(zhuǎn)動自由度和2個軸向轉(zhuǎn)動自由度。通過程序控制使各驅(qū)動模塊協(xié)調(diào)動作，從而實現(xiàn)機(jī)械臂在工作半徑內(nèi)任意位置和任意角度的作業(yè)。圖9所示為末端工作模塊3中的打磨模塊，由打磨砂輪31、支撐外殼32和驅(qū)動裝置33三部分組成；圖10所示為末端工作模塊3中的焊接模塊，由焊槍34、連接件35和焊縫識別系統(tǒng)36組成，連接件35的一端固定焊槍34，另一端與多功能機(jī)械手臂2的末端相連；圖11為末端工作模塊3中的夾取模塊，由夾取機(jī)構(gòu)37和夾具38組成，夾取機(jī)構(gòu)37可選用成熟的夾取產(chǎn)品，夾具38連接在夾取機(jī)構(gòu)37的輸出端，根據(jù)夾取對象的不同可設(shè)計成不同的形狀。冗余控制轉(zhuǎn)向方式是依靠兩后輪的差速及前輪的受控轉(zhuǎn)向共同實現(xiàn)在導(dǎo)磁壁面上的轉(zhuǎn)向，控制上有冗余之處，這種方式使爬行機(jī)器人轉(zhuǎn)向過程的受力更好，運動更精確。旋轉(zhuǎn)模塊分為兩部分，兩部分可相對轉(zhuǎn)動，市場上有成熟產(chǎn)品如SCHUNK公司的prl模塊。本實用新型不僅僅局限于以上實施例，在本實用新型保護(hù)范圍內(nèi)的任何修改，都認(rèn)為落入本實用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。工作時，爬行機(jī)構(gòu)吸附在結(jié)構(gòu)件表面，三輪輪為驅(qū)動輪，多功能機(jī)械手臂各關(guān)節(jié)自由度靠伺服電機(jī)驅(qū)動，由程序控制轉(zhuǎn)動角度和速度，以實現(xiàn)末端工作模塊的定位、姿態(tài)調(diào)整和工作軌跡調(diào)整；末端工作模塊有三種，分別是焊接模塊、打磨模塊和夾取模塊，在不同的工況下?lián)Q裝不同的末端工作模塊。爬行機(jī)構(gòu)、多功能機(jī)械手臂和末端工作模塊之間靠程序?qū)崿F(xiàn)協(xié)調(diào)動作，以完成作業(yè)需求。本實用新型所述的多功能爬壁機(jī)器人的爬行機(jī)構(gòu)為三輪全驅(qū)動吸附式爬行機(jī)構(gòu)，操作機(jī)構(gòu)為多功能機(jī)械手臂；所述爬行機(jī)構(gòu)的前輪模塊驅(qū)動轉(zhuǎn)向一體化磁輪；后輪模塊的吸附力可通過底盤與導(dǎo)磁壁面之間的間隙進(jìn)行調(diào)整；所述的末端工作裝置可根據(jù)不同的工況換裝在多功能機(jī)械手臂的末端，實現(xiàn)多種作業(yè)方式。
權(quán)利要求1.一種具有多自由度機(jī)械手臂的全驅(qū)動磁吸附式多功能爬壁機(jī)器人，包括爬行機(jī)構(gòu)(I)、操作機(jī)構(gòu)，其特征在于 所述操作機(jī)構(gòu)包括多功能機(jī)械手臂(2)和末端工作模塊(3)，多功能機(jī)械手臂(2)的底座(26)固定在爬行機(jī)構(gòu)(I)的平臺上，末端工作模塊(3)固定在多功能機(jī)械手臂(2)的末端; 所述多功能機(jī)械手臂(2)包括底座(26)、轉(zhuǎn)臺(27)、大臂(28)、小臂(29)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)以及驅(qū)動模塊，驅(qū)動模塊底座(26)固定在爬行機(jī)構(gòu)(I)的車架(6)上；驅(qū)動模塊包括電機(jī)(18)和減速器(14)，所述的轉(zhuǎn)臺(27)安裝在底座(26)上，電機(jī)(18)和減速器(14)驅(qū)動其相對于底座(26)做水平回轉(zhuǎn)，所述的大臂(28)安裝在轉(zhuǎn)臺(27)上，電機(jī)(18)和減速器(14)驅(qū)動其相對轉(zhuǎn)臺(27 )豎直轉(zhuǎn)動，所述小臂(29 )安裝在大臂(28 )上，電機(jī)(18 )和減速器(14)驅(qū)動其相對大臂(28)豎直轉(zhuǎn)動，所述的旋轉(zhuǎn)模塊(30)安裝在小臂(29)的末端，相對小臂(29)做軸向轉(zhuǎn)動，旋轉(zhuǎn)模塊(30)具有一個軸向轉(zhuǎn)動自由度，其軸向轉(zhuǎn)動的軸心和小臂(29)與旋轉(zhuǎn)模塊(30)之間軸向轉(zhuǎn)動的軸心相互垂直；旋轉(zhuǎn)模塊(30)的末端與末端工作模塊(3)連接； 所述爬行機(jī)構(gòu)(I)包括采用驅(qū)動轉(zhuǎn)向一體化磁輪的前輪模塊(5)、采用永磁間隙吸附裝置的后輪模塊(4)、連接前后輪的車架(6)和安裝在車架(6)上的電機(jī)(18)驅(qū)動控制器；爬行機(jī)構(gòu)(I)為三輪結(jié)構(gòu)，三輪均為驅(qū)動輪，采用依靠兩后輪的差速及前輪的受控轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)在導(dǎo)磁壁面上的轉(zhuǎn)向； 后輪模塊(4)包括底盤(8)、環(huán)繞車輪(9)安裝在后輪底盤(8)上的永磁體(7)、穿過底盤(8)的兩后輪、帶動車輪(9)的減速器(14)、驅(qū)動減速器(14)的直流電機(jī)(12)，后輪模塊(4)的兩后輪對稱布置，前輪模塊(5)為驅(qū)動轉(zhuǎn)向一體化磁輪，包括永磁體(7)和車輪(9)，前輪的永磁體(7 )采用沿厚度方向磁化的環(huán)形永磁體。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有多自由度機(jī)械手臂的全驅(qū)動磁吸附式多功能爬壁機(jī)器人，其特征在于所述驅(qū)動轉(zhuǎn)向一體化磁輪包括車體固定框架、轉(zhuǎn)臺框架、轉(zhuǎn)向驅(qū)動機(jī)構(gòu)、車輪驅(qū)動機(jī)構(gòu)和滾輪；所述車體固定框架和轉(zhuǎn)臺框架之間設(shè)置有一個被動的側(cè)傾轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)臺框架和磁輪之間設(shè)置有獨立轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)；所述側(cè)傾轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)包括在轉(zhuǎn)臺框架前、后安裝的側(cè)傾轉(zhuǎn)軸，以及在車體固定框架安裝的自潤滑滑動軸承；所述轉(zhuǎn)臺框架包括依次相連的轉(zhuǎn)臺下支撐板、轉(zhuǎn)臺支撐立柱、轉(zhuǎn)臺蓋板和轉(zhuǎn)臺上支撐板；所述轉(zhuǎn)向驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)向電機(jī)安裝板和安裝在其上的轉(zhuǎn)向驅(qū)動電機(jī)，轉(zhuǎn)向驅(qū)動電機(jī)采用直流無刷盤式電機(jī)，電機(jī)輸出軸接行星齒輪減速器(11)，再通過一級錐齒輪傳動和一級圓柱齒輪傳動帶動轉(zhuǎn)向軸(19);所述車輪驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動電機(jī)安裝板和安裝在其上的車輪滾動驅(qū)動減速電機(jī)，電機(jī)輸出軸接行星齒輪減速器(11 )，通過同步帶(13)傳動帶動磁輪滾動；所述滾輪為磁輪，所述轉(zhuǎn)向驅(qū)動電機(jī)和車輪滾動驅(qū)動減速電機(jī)互為獨立的驅(qū)動結(jié)構(gòu)；側(cè)傾轉(zhuǎn)軸一端安裝在車體固定框架上，另一端轉(zhuǎn)臺下支撐板連接，轉(zhuǎn)臺上支撐板、轉(zhuǎn)臺支撐立柱和轉(zhuǎn)臺下支撐板連接，轉(zhuǎn)臺蓋板與轉(zhuǎn)臺上支撐板連接，圓錐滾子軸承安裝在兩個支撐板上，轉(zhuǎn)向軸(19)支承在圓錐滾子軸承上，轉(zhuǎn)向軸(19)與60齒直齒齒輪連接，角度傳感器輸入軸與轉(zhuǎn)向軸(19)固接，角度傳感器支撐桿與轉(zhuǎn)臺上支撐板連接，角度傳感器與角度傳感器支撐桿連接，轉(zhuǎn)向電機(jī)安裝板與轉(zhuǎn)臺上支撐板連接，轉(zhuǎn)向減速電機(jī)與轉(zhuǎn)向電機(jī)安裝板連接，20齒直齒錐齒輪(16)固接在轉(zhuǎn)向減速電機(jī)輸出軸上，與之相嚙合的40齒直齒錐齒輪(23)連接安裝在錐齒輪軸(22)上，錐齒輪軸(22)由安裝在轉(zhuǎn)臺上支撐板的第一深溝球軸承支承，錐齒輪軸(22)的另一側(cè)與19齒直齒齒輪通過平鍵聯(lián)接，19齒直齒齒輪與60齒直齒齒輪嚙合，轉(zhuǎn)向軸(19)的下端與轉(zhuǎn)向基板連接，車輪左側(cè)安裝板、車輪右側(cè)安裝板、驅(qū)動電機(jī)安裝板與轉(zhuǎn)向基板連接，驅(qū)動減速電機(jī)與驅(qū)動電機(jī)安裝板連接，小同步帶(13 )輪軸與驅(qū)動減速電機(jī)的輸出軸固接，小同步帶(13)輪通過平鍵聯(lián)接安裝在小同步帶(13)輪軸上，車輪永磁體(24)和車輪軛鐵(25)通過平鍵聯(lián)接安裝在車輪軸上，車輪軸通過第一深溝球軸承和第二深溝球軸承支承在車輪左側(cè)安裝板和車輪右側(cè)安裝板之間，大同步帶(13)輪通過平鍵聯(lián)接安裝在車輪軸的另一側(cè)，大同步帶(13)輪和小同步帶(13)輪之間由同步帶(13)聯(lián)接，張緊輥輪與張緊輥輪支撐桿之間通過螺釘連接，張緊輥輪支撐桿通過螺釘安裝在車輪左側(cè)安裝板上，驅(qū)動減速電機(jī)與車輪軸之間通過同步帶(13)傳動；轉(zhuǎn)向驅(qū)動機(jī)構(gòu)還包括轉(zhuǎn)向軸(19)，轉(zhuǎn)向軸(19)下部安裝有車輪驅(qū)動機(jī)構(gòu)及滾輪；所述轉(zhuǎn)向軸(19)線與車輪軸線垂直正交；所述驅(qū)動減速電機(jī)為直流有刷電機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有多自由度機(jī)械手臂的全驅(qū)動磁吸附式多功能爬壁機(jī)器人，其特征在于所述的永磁間隙吸附裝置環(huán)繞后輪安裝在底盤(8)上，所述永磁間隙吸附裝置和導(dǎo)磁壁面間是非接觸式的，通過調(diào)節(jié)底盤(8)和導(dǎo)磁壁面之間的距離設(shè)定所述永磁吸附裝置和導(dǎo)磁壁面間的氣隙。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有多自由度機(jī)械手臂的全驅(qū)動磁吸附式多功能爬壁機(jī)器人，其特征在于所述末端工作模塊(3)包括焊接模塊、打磨模塊或夾取模塊，三種模塊通過法蘭結(jié)構(gòu)分別與多功能機(jī)械手臂(2)的末端連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有多自由度機(jī)械手臂的全驅(qū)動磁吸附式多功能爬壁機(jī)器人，其特征在于所述底盤(8)為低碳鋼，作為軛鐵與環(huán)繞車輪安裝在后輪底盤(8)上的永磁體(7 ) 一起構(gòu)成磁路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有多自由度機(jī)械手臂的全驅(qū)動磁吸附式多功能爬壁機(jī)器人，其特征在于減速器(14)包括第一級行星齒輪減速器(11)和第二級渦輪蝸桿減速器(10)，直流電機(jī)(12)后接二級減速器帶動車輪，第二級渦輪蝸桿減速器(10)通過螺釘連接安裝在后輪底盤(8)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有多自由度機(jī)械手臂的全驅(qū)動磁吸附式多功能爬壁機(jī)器人，其特征在于所述的多功能機(jī)械手臂(2)，大臂(28)為箱形結(jié)構(gòu)，由薄板拼接而成，其橫截面為中空的封閉形狀；底座(26)、轉(zhuǎn)臺、小臂(29)及其他連接件均為薄壁結(jié)構(gòu)，由薄板彎折或焊接而成，箱形結(jié)構(gòu)就是薄板拼接而成的封閉結(jié)構(gòu)，其截面為中空的封閉形狀；薄壁結(jié)構(gòu)的特征在于有薄板拼接而成。
專利摘要本實用新型屬于特種機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體來說是一種具有多自由度機(jī)械手臂的全驅(qū)動磁吸附式多功能爬壁機(jī)器人，包括爬行機(jī)構(gòu)、操作機(jī)構(gòu)，所述操作機(jī)構(gòu)包括多功能機(jī)械手臂和末端工作模塊，多功能機(jī)械手臂的底座固定在爬行機(jī)構(gòu)的平臺上，末端工作模塊固定在多功能機(jī)械手臂的末端。本實用新型的優(yōu)點在于搭載有多功能機(jī)械手臂，手臂具有5個自由度，分別是1個水平回轉(zhuǎn)自由度、2個豎直轉(zhuǎn)動自由度和2個軸向轉(zhuǎn)動自由度，手臂末端可換裝焊接模塊、打磨模塊或夾取模塊三種不同的工作裝置，已實現(xiàn)多種工作方式。
文檔編號B62D57/024GK202805181SQ20122026533
公開日2013年3月20日 申請日期2012年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月7日
發(fā)明者桂仲成, 陳博翁, 栗園園, 官雪梅, 張帆, 李永龍, 徐立強(qiáng), 金之鉑, 徐進(jìn)峰 申請人:中國東方電氣集團(tuán)有限公司