一種三平面分支六自由度并聯爬壁機器人的制作方法
【專利摘要】一種三平面分支六自由度并聯爬壁機器人，其主要包括動平臺、激光槍、三個平面分支、復位機構和三個牽引腿，平面分支包括兩個可伸縮的驅動腿，上端用橫軸與動平臺呈復合萬向副聯接，下端與永磁吸盤呈復合球副聯接；牽引腿可剛性伸出、柔性縮回和擺動，上端與動平臺球副聯接，下端與永磁吸盤球副聯接；復位機構通過橫軸使平面分支復位；壓彈簧使牽引腿復位，各腿與永磁吸盤協調運動，實現在磁性工件壁面爬行。吸附定位后，吸盤吸附力始終作用于動平臺，爬壁機器人變成并聯機器人，動平臺帶動激光槍可修復大型裝備和工件缺陷。本發明具有結構簡單、吸附能力強、運動靈活、控制簡單、自重輕并且具有快速平動爬壁與大載荷六自由度靈活操作雙重功能。
【專利說明】一種三平面分支六自由度并聯爬壁機器人
【技術領域】
[0001]本發明涉及機器人，特別涉及一種具有爬壁功能的并聯機器人。
【背景技術】
[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的機器人，近20年成為國內外機器人領域研究的熱點和前沿。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、核設備檢查測厚等。
[0003]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的實現方法及所述方法的機器人；中國專利CN101181913公開了一種串聯式模塊化爬壁機器人；中國專利CN101537619公開了一種模塊化可重構蠕蟲式爬壁機器人；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。
[0004]申請號為201310104113.1的變胞爬壁并聯機器人雖然吸附能力強、結構簡單、運動靈活度高，卻有以下不足:1、自由度為三，不能保證快速平動爬壁；2、定位后動平臺相對吸附工件加工與操作自由度也為三，靈活性還是較差，不能滿足復雜運動要求；3、驅動腿彈性復位精度較低，影響定位加工操作精度；4、牽引腿結構較復雜，尚待改進。
[0005]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備、裝備及大工件表面缺陷現場修復和再制造一直是爬壁類機器人設計、研制和應用中面臨的難題。特別是爬壁機器人應能快速平動爬壁，并滿足動平臺相對吸附工件的六自由度靈活加工與大載荷操作是尚待解決的關鍵問題。

【發明內容】
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[0006]本發明目的在于提供一種用于極端條件下大型設備、裝備及大工件表面缺陷現場修復和再制造，吸附能力強、結構簡單、運動靈活、控制簡單、自重輕并且具有平動爬壁與大載荷六自由度靈活操作雙重功能的三平面分支六自由度并聯爬壁機器人。
[0007]本發明主要包括動平臺、激光槍、復位機構、結構相同的三個平面分支和三個牽引腿，其中激光槍與動平臺中心固連，三個平面分支與三個牽引腿在動平臺與吸附的工件之間呈圓周交替均布。
[0008]所述三個結構相同的平面分支包括兩個結構相同的由兩節可伸縮桿構成的驅動腿，該兩個驅動腿的上端分別通過轉動副與橫軸兩端聯接，該橫軸兩端開有相互平行且垂直橫軸軸線的轉動副孔，該橫軸中間固連一個凸輪，該凸輪兩側通過轉動副與動平臺聯接，上述兩個驅動腿的下端通過復合球副與永磁吸盤A聯接，在永磁吸盤A和復合球副之間設有吸盤復位彈簧A。
[0009]所述三個結構相同的三個牽引腿包括永磁吸盤B、吸盤復位彈簧B、拉彈簧、拉桿、絲母、套、絲杠、軸承、電動機B、壓彈簧和球副，其中套是一端封閉、另一端為開口、外側設有圓柱凸臺的套筒，其封閉端通過球副與動平臺聯接，電動機B設在套的封閉端的套筒內，該電動機B的轉軸朝向套的開口端，該轉軸與絲杠的一端同軸相連，該絲杠靠近電動機B轉軸的一端套有軸承，該軸承外環固定在套的內壁上；上述絲杠為一端開口、外壁帶有螺紋的圓柱筒；絲母為兩端開口、內壁帶有螺紋的圓柱筒，該絲母大口徑端與上述絲杠螺紋聯接，該絲母外壁軸向設有凹槽，套的開口端設有鍵，該鍵置于上述絲母的凹槽內；壓彈簧上端與動平臺聯接，下端與套的圓柱凸臺聯接，實現牽引腿復位；上述拉桿上端設有短粗圓柱，與上述絲杠下端的圓柱孔滑動配合，該拉桿中部為細長圓柱，與上述絲母小口徑端圓柱通孔滑動配合，該拉桿下端設有圓柱凸臺，該圓柱凸臺與拉彈簧下端固連，該拉彈簧上端與套的圓柱凸臺固連，上述拉桿下端與通過球副與永磁吸盤B聯接，吸盤復位彈簧B置于拉桿下端與永磁吸盤B之間。吸附定位后，電動機B正轉，帶動絲杠轉動并驅動絲母和拉桿沿其軸線向下移，實現牽引腿剛性伸長；待吸盤吸附工件，電動機B反轉，驅動絲母沿其軸線向上移動，通過拉彈簧牽引拉桿，對動平臺施加彈簧牽引力，確保增大吸附力。爬行時，動平臺和絲母繼續上移，迫使拉桿和永磁吸盤B脫離工件，同時拉桿上端圓柱插入絲母下端圓孔，利用圓柱與圓孔之間的空氣阻尼避免吸盤脫離工件后拉彈簧導致的沖擊，實現牽引腿柔性縮回。
[0010]所述的復位機構包括機架，壓板，絲杠軸，電動機A，其中機架上、下端分別與電動機A和動平臺中心固連，電動機A與絲杠軸同軸連接，壓板為中間帶有絲母的三角板，與絲杠軸構成螺旋副；定位前，電動機驅動絲杠使壓板下移，壓向橫軸的凸輪，迫使三個平面分支同時復位，由于復位是剛性的，復位精度高；三個平面分支的永磁吸盤吸附定位后，電動機驅動絲杠使壓板上移，脫離三個橫軸的凸輪，使系統成為六自由度并聯機器人。
[0011]本發明的爬壁過程:六個吸盤都吸附工件后，三個平面分支驅動腿伸長，牽引腿縮回，帶動其三個吸盤脫離工件；三個平面分支驅動腿伸長不同，使動平臺及牽引腿相對工件向預定方向平移；所有牽引腿伸長，帶動其三個吸盤吸附工件后，三個平面分支逐個縮回帶動其吸盤脫離工件，復位機構迫使三個平面分支復位；壓彈簧迫使所有相同伸長的牽引腿相對動臺復位，三個平面分支再伸長，驅動腿吸盤吸附工件新點位，實現邁步。重復上述過程，可以實現該機器人沿工件壁面任意方向平動爬行。
[0012]本發明的定位操作過程:牽引腿電動機正轉，通過螺旋傳動實現該腿剛性伸長和吸附工件；復位機構迫使三個平面分支復位和吸附工件；牽引腿電動機反轉，驅動絲母沿其軸線向上移，拉彈簧牽引拉桿，實現該腿柔性縮回，將吸盤吸附力傳給動平臺。該機器人變成三平面分支六自由度并聯機器人，實現六自由度定點操作加工。
[0013]本發明與現有技術相比具有如下優點:結構簡單、吸附能力強、運動靈活、控制簡單、自重輕并且具有快速平動爬壁與大載荷六自由度靈活操作雙重功能，可以完成極端條件下對太空站、核/水電站、采礦/冶金/裝卸設備、采/輸/儲油氣設備、大型艦船/飛機等大型設備、裝備及大工件表面缺陷現場修復和再制造，探傷檢查、除銹、噴漆及軍事偵查等任務。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發明沒有復位機構的立體示意簡圖。
[0015]圖2是本發明的平面分支結構示意簡圖。
[0016]圖3是本發明的主視剖面示意簡圖。[0017]圖中:1-平面分支，2-牽引腿，3-磁性工件，4-激光槍，5-動平臺，6復位機構；1_1永磁吸盤A，1-2吸盤復位彈簧A，1-3復合球副，1-4伸縮腿，1-5轉動副，1-6橫軸；2_1永磁吸盤B，2-2吸盤復位彈簧B，2-3拉彈簧，2-4拉桿，2-5絲母，2-6套，2-7絲杠，2-8軸承，2-9電動機B，2-10壓彈簧，2-11球副；6-1壓板，6-2絲杠軸，6_3機架，6-4電動機A
【具體實施方式】
[0018]在圖1和圖3所示的三平面分支六自由度并聯爬壁機器人的示意圖中，激光槍4與動平臺5中心固連，結構相同的三個平面分支I與三個牽引腿在動平臺與磁性工件3之間呈圓周交替均布。如圖2所示，三個結構相同的平面分支包括兩個結構相同的由兩節可伸縮桿構成的驅動腿1-4，該兩個驅動腿的上端分別通過轉動副1-5與橫軸1-6兩端聯接，該橫軸兩端開有相互平行且垂直橫軸軸線的轉動副孔，該橫軸中間固連一個凸輪，該凸輪兩側通過轉動副與動平臺聯接，上述兩個驅動腿的下端通過復合球副1-3與永磁吸盤1-1聯接，在永磁吸盤和復合球副之間設有吸盤復位彈簧1-2。三個結構相同的三個牽引腿2中的套2-6是一端封閉、另一端為開口、外側設有圓柱凸臺的套筒，其封閉端通過球副2-11與動平臺聯接，電動機B2-9設在套的封閉端的套筒內，該電動機B的轉軸朝向套的開口端，該轉軸與絲杠2-7的一端同軸相連，該絲杠靠近電動機B轉軸的一端套有軸承2-8，該軸承外環固定在套的內壁上；上述絲杠為一端開口、外壁帶有螺紋的圓柱筒；絲母2-5為兩端開口、內壁帶有螺紋的圓柱筒，該絲母大口徑端與上述絲杠螺紋聯接，該絲母外壁軸向設有凹槽，套的開口端設有鍵，該鍵置于上述絲母的凹槽內；壓彈簧2-10上端與動平臺聯接，下端與套的圓柱凸臺聯接，實現牽引腿復位；拉桿2-4上端設有短粗圓柱，與上述絲杠下端的圓柱孔滑動配合，該拉桿中部為細長圓柱，與上述絲母小口徑端圓柱通孔滑動配合，該拉桿下端設有圓柱凸臺，該圓柱凸臺與拉彈簧2-3下端固連，該拉彈簧上端與套的圓柱凸臺固連，上述拉桿下端與通過球副與永磁吸盤B2-1聯接，吸盤復位彈簧B2-2置于拉桿下端與永磁吸盤B之間。復位機構6中的機架6-3上、下端分別與電動機A6-4和動平臺中心固連，電動機A與絲杠軸6-2同軸連接，壓板6-1為中間帶有絲母的三角板，與絲杠軸構成螺旋副；定位前，電動機驅動絲杠使壓板下移，壓向橫軸的凸輪，迫使三個平面分支同時剛性復位；三個平面分支的永磁吸盤吸附定位后，電動機驅動絲杠使壓板上移，脫離三個橫軸的凸輪，使系統成為六自由度并聯機器人。
【權利要求】
1.一種三平面分支六自由度并聯爬壁機器人，其特征在于:它的激光槍與動平臺中心固連，機構相同的三個平面分支與三個牽引腿在動平臺與吸附的工件之間呈圓周交替均布；所述三個結構相同的平面分支包括兩個結構相同的由兩節可伸縮桿構成的驅動腿，該兩個驅動腿的上端分別通過轉動副與橫軸兩端聯接，該橫軸兩端開有相互平行且垂直橫軸軸線的轉動副孔，該橫軸中間固連一個凸輪，該凸輪兩側通過轉動副與動平臺聯接，上述兩個驅動腿的下端通過復合球副與永磁吸盤A聯接，在永磁吸盤A和復合球副之間設有吸盤復位彈簧A ;所述三個結構相同的三個牽引腿包括永磁吸盤B、吸盤復位彈簧B、拉彈簧、拉桿、絲母、套、絲杠、軸承、電動機B、壓彈簧和球副，其中套是一端封閉、另一端為開口、外側設有圓柱凸臺的套筒，其封閉端通過球副與動平臺聯接，電動機B設在套的封閉端的套筒內，該電動機B的轉軸朝向套的開口端,該轉軸與絲杠的一端同軸相連，該絲杠靠近電動機B轉軸的一端套有軸承，該軸承外環固定在套的內壁上；上述絲杠為一端開口、外壁帶有螺紋的圓柱筒；絲母為兩端開口、內壁帶有螺紋的圓柱筒，該絲母大口徑端與上述絲杠螺紋聯接，該絲母外壁軸向設有凹槽，套的開口端設有鍵，該鍵置于上述絲母的凹槽內；壓彈簧上端與動平臺聯接，下端與套的圓柱凸臺聯接；上述拉桿上端設有短粗圓柱，與上述絲杠下端的圓柱孔滑動配合，該拉桿中部為細長圓柱，與上述絲母小口徑端圓柱通孔滑動配合，該拉桿下端設有圓柱凸臺，該圓柱凸臺與拉彈簧下端固連，該拉彈簧上端與套的圓柱凸臺固連，上述拉桿下端通過球副與永磁吸盤B聯接，吸盤復位彈簧B置于拉桿下端與永磁吸盤B之間；復位機構包括機架，壓板，絲杠軸，電動機A，其中機架上、下端分別與電動機A和動平臺中心固連，電動機A與絲杠軸同軸連接，壓板為中間帶有絲母的三角板，與絲杠軸構成螺旋副。
【文檔編號】B62D57/024GK103612684SQ201310651656
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年12月5日 優先權日:2013年12月5日
【發明者】路懿, 周科科, 路揚, 葉妮佳 申請人:燕山大學