[实用新型]球面移动机器人

说明书

                    技术领域

本实用新型涉及一种机器人。特别是涉及一种球面移动机器人。

                    背景技术

随着科技的发展，采用爬壁机器人替代人工进行各种危险作业已成为一种趋势。但目前所报道的爬壁机器人绝大部分只能适用于平壁面，对球形壁面的适应性较差。尽管在科研人员的努力下，相继开发出了一些能在球面上作业的机器人，但其适用的范围仍然受到行走方式的制约。如日本东京煤气公司开发的球罐检测机器人(Inspection robot of spherical gas storage tanks《Journal ofthe Japan Society of Precision》1990，56(2)，287～289，通过与球面曲率相等的弧形轨道实现机器人在球面上的移动功能，只能适用于单一半径的球体，且增加了机器人的自重。又如哈尔滨工业大学机器人研究所开发的爬壁机器人，采用双履带移动机构和永磁吸附。只能在导磁性材质的壁面上作业，且越障能力差。同样，尽管日本大阪煤气公司开发的球形储气罐检修机器人，双履带移动机构改变为轮式驱动，但仍然存在上述问题。

                     发明内容

本实用新型就是要解决球面移动机器人适用范围受到球体材质、球体曲率等制约的问题，提供一种具有良好球面适应性的机器人。这种球面移动机器人可适用于不同的材质和曲率半径，且具有跨越球面上障碍物的能力。

本实用新型采用的技术方案为：由移动装置和吸附机构组成的球面移动机器人，移动装置包括机体和六个能进行水平、垂直移动的自解耦缩放机构。六个缩放机构构成三对组合，对称地设置在机体上，真空吸附机构位于每个缩放机构的下方。工作时，只需将缩放机构呈对称分布地放置在作业的球体上，设置在缩放机构下方的真空吸附机构就会稳稳地吸附在球体上，不受材质的影响。由于六个缩放机构都能独立地进行水平、垂直方向的移动，具有12个运动自由度。只要适当组合六个缩放机构的运动，即可实现机器人在球形壁面上的灵活移动，且跨越障碍的能力明显提高。如果在机体上再设置回转机构，就可将运动自由度提高到18个，可进一步提高球面移动机器人的作业灵活性。为了提高机器人在较小曲率半径球体上作业的稳定性，可将六个缩放机构呈相向的双品字设置。采用本技术方案制作的球面移动机器人，可以在2米以上曲率半径的球体上完成喷涂、焊接和检测工作。

                    附图说明

附图1为本实用新型的结构示意图。

附图2为本实用新型回转装置的结构示意图。

附图3为本实用新型缩放机构的安置示意图。

                 具体实施方式

下面，对照附图详细说明本实用新型。

                    实施例一

一种适用于在球形壁面上作业的球面移动机器人，由机体14、真空吸附机构和六个能进行水平、垂直移动的自解耦缩放机构15组成。六个缩放机构15构成三对组合，对称地设置在机体上，真空吸附机构位于每个缩放机构15的下方，以便在作业时稳稳地吸附在球体上。由于缩放机构15采用了自解耦设计，因此能够独立地进行水平、垂直方向的移动，具有12个运动自由度。只要适当组合六个缩放机构15的运动，即可实现机器人在2米以上曲率半径的球形壁面上的灵活移动，且具有较好的越障能力。

                     实施例二

一种适用于2～5米曲率半径球形壁面上作业的球面移动机器人，由移动装置和真空吸附机构组成。机体14上设置六个能自解耦缩放机构15，构成三对组合，对称地设置在机体上。适当组合六个缩放机构15的运动，即可实现机器人在球形壁面上的前进、后退、左移和右移。自解耦缩放机构15包括行走机构3、水平伸缩气缸1和垂直伸缩气缸2。行走机构3呈平行四边形结构，由行走足7、连接板5、上连杆4和下连杆6构成。连接板5和下连杆6与气缸1相铰接。当气缸1作伸缩运动时，带动下连杆6、行走足7相应移动，使足端8实现水平移动。上连杆4的两端分别与垂直伸缩气缸2和行走足7铰接，随着气缸2的上下运动，行走机构3的平行四边形产生变形，从而实现足端8的垂直运动，从而具有较好的越障能力。在一般作业情况下，至少有三个行走足7通过球铰9设置在足端8下端的真空吸盘10，稳稳地吸附在球体上，而另外三个行走足则可根据需求移动，对球形壁面进行检测、喷涂等作业。

                   实施例三

一种对球罐表面进行焊接的球面移动机器人，采用长方形框架结构的机体14上设置了控制系统和回转机构。为减轻自重，可采用铝型材制作各连接杆件，机器人携带的焊接设备不拟超过27Kg。回转机构由回转气缸11、四连杆机构12和回转轴13组成，回转轴13的两端分别与机体14的上下框架转动连接，缩放机构15固定在回转轴13上，四连杆机构12分别与回转气缸11和回转轴13相连接。自解耦缩放机构15构成三对组合，呈相向的双品字设置，中间组合的安置间距大于两端组合的安置间距，三对组合之间的安置距离相等。行走机构3呈平行四边形结构，由行走足7、连接板5、上连杆4和下连杆6构成。上连杆4的两端分别与垂直伸缩气缸2和行走足7铰接，下连杆6的两端分别与气缸1和行走足7铰接。为保证水平、垂直方向运动的独立性，上连杆4与行走足7等长，从上连杆4与垂直伸缩气缸2铰接处至连接板5铰接处的距离，与连接板5等长。真空吸盘10设置在足端8的下端，采用球铰9连接，以便确保真空吸盘10的轴线始终处于作业面的法线方向，真空吸盘10的中间还可配备接触传感器。当真空吸盘10与作业面处于良好的贴合状态，且达到规定的真空度时，传感器向控制系统发出信号。通过遥控方式操纵球面移动机器人，使六个缩放机构15按照所需的焊接轨迹，各自展开、吸附、前进、后退、平移、旋转运动，遇到障碍时还可进行垂直移动，实施焊接。当垂直气缸2的伸缩行程为100mm时，足端8可跨越340mm高度的条形障碍物。