[发明专利]具有多自由度机械手臂的全驱动磁吸附式多功能爬壁机器人

权利要求书

1.一种具有多自由度机械手臂的全驱动磁吸附式多功能爬壁机器人，包括爬行机构（1）、操作机构，其特征在于：

所述操作机构包括多功能机械手臂（2）和末端工作模块（3），多功能机械手臂（2）的底座（26）固定在爬行机构（1）的平台上，末端工作模块（3）固定在多功能机械手臂（2）的末端；

所述多功能机械手臂（2）包括底座（26）、转台（27）、大臂（28）、小臂（29）、回转机构以及驱动模块，驱动模块底座（26）固定在爬行机构（1）的车架（6）上；驱动模块包括电机（18）和减速器（14），所述的转台（27）安装在底座（26）上，电机（18）和减速器（14）驱动其相对于底座（26）做水平回转，所述的大臂（28）安装在转台（27）上，电机（18）和减速器（14）驱动其相对转台（27）竖直转动，所述小臂（29）安装在大臂（28）上，电机（18）和减速器（14）驱动其相对大臂（28）竖直转动，所述的旋转模块（30）安装在小臂（29）的末端，相对小臂（29）做轴向转动，旋转模块（30）具有一个轴向转动自由度，其轴向转动的轴心和小臂（29）与旋转模块（30）之间轴向转动的轴心相互垂直；旋转模块（30）的末端与末端工作模块（3）连接；

所述爬行机构（1）包括采用驱动转向一体化磁轮的前轮模块（5）、采用永磁间隙吸附装置的后轮模块（4）、连接前后轮的车架（6）和安装在车架（6）上的电机（18）驱动控制器；爬行机构（1）为三轮结构，三轮均为驱动轮，采用依靠两后轮的差速及前轮的受控转向实现在导磁壁面上的转向；

后轮模块（4）包括底盘（8）、环绕车轮（9）安装在后轮底盘（8）上的永磁体（7）、穿过底盘（8）的两后轮、带动车轮（9）的减速器（14）、驱动减速器（14）的直流电机（12），后轮模块（4）的两后轮对称布置；前轮模块（5）为驱动转向一体化磁轮，包括永磁体（7）和车轮（9），前轮的永磁体（7）采用沿厚度方向磁化的环形永磁体。

2.根据权利要求1所述的具有多自由度机械手臂的全驱动磁吸附式多功能爬壁机器人，其特征在于：所述驱动转向一体化磁轮包括车体固定框架、转台框架、转向驱动机构、车轮驱动机构和滚轮；所述车体固定框架和转台框架之间设置有一个被动的侧倾转动结构，转台框架和磁轮之间设置有独立转向结构；所述侧倾转动结构包括在转台框架前、后安装的侧倾转轴，以及在车体固定框架安装的自润滑滑动轴承；所述转台框架包括依次相连的转台下支撑板、转台支撑立柱、转台盖板和转台上支撑板；所述转向驱动机构包括转向电机安装板和安装在其上的转向驱动电机，转向驱动电机采用直流无刷盘式电机，电机输出轴接行星齿轮减速器（17），再通过一级锥齿轮传动和一级圆柱齿轮传动带动转向轴（19）；所述车轮驱动机构包括驱动电机安装板和安装在其上的车轮滚动驱动减速电机，电机输出轴接行星齿轮减速器（17），通过同步带（13）传动带动磁轮滚动；所述滚轮为磁轮，所述转向驱动电机和车轮滚动驱动减速电机互为独立的驱动结构；侧倾转轴一端安装在车体固定框架上，另一端转台下支撑板连接，转台上支撑板、转台支撑立柱和转台下支撑板连接，转台盖板与转台上支撑板连接，圆锥滚子轴承安装在两个支撑板上，转向轴（19）支承在圆锥滚子轴承上，转向轴（19）与60齿直齿齿轮连接，角度传感器输入轴与转向轴（19）固接，角度传感器支撑杆与转台上支撑板连接，角度传感器与角度传感器支撑杆连接，转向电机安装板与转台上支撑板连接，转向减速电机与转向电机安装板连接，20齿直齿锥齿轮（16）固接在转向减速电机输出轴上，与之相啮合的40齿直齿锥齿轮（23）连接安装在锥齿轮轴（22）上，锥齿轮轴（22）由安装在转台上支撑板的第一深沟球轴承支承，锥齿轮轴（22）的另一侧与19齿直齿齿轮通过平键联接，19齿直齿齿轮与60齿直齿齿轮啮合，转向轴（19）的下端与转向基板连接，车轮左侧安装板、车轮右侧安装板、驱动电机安装板与转向基板连接，驱动减速电机与驱动电机安装板连接，小同步带（13）轮轴与驱动减速电机的输出轴固接，小同步带（13）轮通过平键联接安装在小同步带（13）轮轴上，车轮永磁体（24）和车轮轭铁（25）通过平键联接安装在车轮轴上，车轮轴通过第一深沟球轴承和第二深沟球轴承支承在车轮左侧安装板和车轮右侧安装板之间，大同步带（13）轮通过平键联接安装在车轮轴的另一侧，大同步带（13）轮和小同步带（13）轮之间由同步带（13）联接，张紧辊轮与张紧辊轮支撑杆之间通过螺钉连接，张紧辊轮支撑杆通过螺钉安装在车轮左侧安装板上，驱动减速电机与车轮轴之间通过同步带（13）传动；转向驱动机构还包括转向轴（19），转向轴（19）下部安装有车轮驱动机构及滚轮；所述转向轴（19）线与车轮轴线垂直正交；所述驱动减速电机为直流有刷电机。