一种可旋转磁吸附轮组、爬行方法和爬壁机器人

技术领域

本发明涉及爬壁机器人技术领域，尤其是指一种可旋转磁吸附轮组和爬壁机器人。

背景技术

爬壁机器人是可以在垂直墙壁上攀爬并完成作业的自动化机器人。爬壁机器人又称为壁面移动机器人，因为垂直壁面作业超出人的极限，因此又称为极限作业机器人。爬壁机器人必须具备吸附和移动两个基本功能，而常见吸附方式有负压吸附和永磁吸附两种。其中负压方式可以通过吸盘内产生负压而吸附于壁面上，不受壁面材料的限制；永磁吸附方式则有永磁体和电磁铁两种方式，只适用于吸附导磁性壁面。爬壁机器人主要用于石化企业对圆柱形大罐进行探伤检查或喷漆处理，或进行建筑物的清洁和喷涂。在核工业中用来检查测厚等，还可以用于消防和造船等行业。

对于爬壁机器人，在实际使用过程中，存在以下技术缺陷：一方面，为了实现机器人在崎岖不平的壁面上做爬壁操作，需要实时对吸附单元的位置进行调整，此时，除了驱动轮体转动的驱动源外，还需要另外安装驱动源驱动吸附单元动作，其占用空间大，重量重，不利于机器人小型化和轻型化设计；另一方面，由于吸附单元的位置需要进行移动或转动，以此适应性地吸附在不同坡度的壁面上时，而能够转动或移动的吸附组件吸附在壁面上后，稳定性不佳，容易打滑，导致机器人爬壁失败。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中爬壁机器人的轮组体积大，稳定性差，爬壁效果不好的技术缺陷。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种可旋转磁吸附轮组，包括：

轮体组件，所述轮体组件包括驱动源、中心轴、主动轮和从动轮，所述驱动源驱动主动轮转动，所述主动轮和从动轮位于中心轴的两侧；

啮合组件，所述啮合组件包括依次设置的第一固定件、第一移动件、第二固定件和第二移动件，所述第一固定件与主动轮固定设置，所述第二固定件与中心轴固定设置，所述第一固定件和第一移动件上设置有能够啮合的齿轮，所述第二固定件和第二移动件上设置有能够啮合的齿轮；

吸附旋转组件，所述吸附旋转组件包括安装件和设置在安装件上的吸附单元，所述安装件分别与第一移动件和第二移动件连接；

调节组件，所述调节组件能够带动第一移动件和第二移动件同步移动；

当需要调整吸附单元的位置时，所述调节组件带动所述第一移动件移动并与第一固定件啮合，所述第二移动件与第二固定件分离，所述主动轮带动所述安装件同步转动以调整吸附单元的位置；

当不需要调整吸附单元的位置时，所述调节组件带动第二移动件移动并与第二固定件啮合，所述第一固定件与第一移动件分离。

作为优选的，所述调节组件包括杆体、电磁铁、定位件和弹性件，所述杆体穿设在所述安装件上，所述杆体的一端与第一移动件固定，所述杆体的另一端与第二移动件固定，所述弹性件套设在杆体上，所述弹性件的一端抵接第二移动件，所述弹性件的另一端抵接安装件；

所述电磁铁设置在安装件上，所述定位件设置在第二移动件上；

当电磁铁通电时，所述电磁铁产生磁性并吸附定位件以使得第二移动件与杆体沿第一方向移动，所述第二移动件移动并与第二固定件分离，所述杆体移动以使得第一移动件与第一固定件啮合；

当电磁铁断电时，所述电磁铁的磁性消失，所述弹性件产生的弹力以推动第二移动件和杆体沿第二方向移动，所述第二移动件移动并与第二固定件啮合，所述杆体移动以使得第一移动件与第一固定件分离；

其中，所述第二方向与第一方向相反。

作为优选的，所述弹性件为弹簧。

作为优选的，所述调节组件具有多个，多个所述调节组件绕所述安装件的周向均匀设置。

作为优选的，所述安装件为环形，所述环形的安装件环绕所述中心轴设置。

作为优选的，所述安装件与所述中心轴之间设置有转动轴承。

作为优选的，所述吸附单元为负压吸附单元或磁吸附单元。

作为优选的，所述吸附单元与安装座之间设置有力传感器。

本发明公开了一种可旋转磁吸附轮组的爬行方法，基于上述的可旋转磁吸附轮组，包括以下步骤：

获取待爬壁面位置；

所述调节组件工作，使得第一移动件与第一固定件啮合，所述主动轮转动以带动吸附单元转动并朝向待爬壁面；

所述调整组件工作，使得所述第一移动件与第一固定件脱离，所述吸附单元停止转动，所述主动轮继续带动可旋转磁吸附轮组动作。

本发明公开了一种爬壁机器人，基于上述的可旋转磁吸附轮组，包括前行走模块和后行走模块，所述前行走模块与后行走模块连接，所述前行走模块包括可旋转磁吸附轮组，所述后行走模块包括可旋转磁吸附轮组。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

1、本发明，驱动源驱动主动轮转动，通过主动轮和从动轮配合，即可实现可旋转磁吸附轮组前进；在可旋转磁吸附轮组前进时，当需要调整吸附单元的位置时，调节组件工作，使得第一移动件与第一固定件啮合，第二移动件与第二固定件分离，由于第一固定件与主动轮固定，如此，当主动轮转动时，即可带动吸附单元绕轮组的中心线转动；当吸附组件转动至目标位置后，调节组件工作，第一移动件与第一固定件分离，第二移动件与第二固定件啮合，安装件不会发生旋转，如此，吸附模块的位置也固定。

2、本发明通过主动轮带动安装件和安装件上的吸附单元同步动作，不需要另外安装驱动源，结构紧凑，有利于机器人小型化和轻型化发展。并且，由于第一固定件和第一移动件啮合，第一固定件与主动轮固定，可以保证安装件和吸附单元能够稳定动作；而第二固定件和第二移动件啮合，可以保证安装件与吸附单元稳定固定。

3、本发明中的爬壁机器人，稳定性好，方便吸附单元的位置调整，爬壁效果好，结构紧凑。

附图说明

图1为本发明可旋转磁吸附轮组的结构示意图；

图2为隐藏部分机架的可旋转磁吸附轮组的结构示意图；

图3为图2在A区域的局部放大图；

图4为本发明可旋转磁吸附轮组的主视图；

图5为本发明隐藏第一固定件和第一移动件的结构示意图；

图6为爬壁机器人的结构示意图；

图7为衔接模块的结构示意图。

说明书附图标记说明：10、机架；11、中心轴；20、主动轮；21、驱动源；30、从动轮；40、吸附单元；50、第一固定件；51、第一移动件；52、第二移动件；53、第二固定件；60、安装件；70、杆体；71、电磁铁；72、定位件；73、弹性件；80、力传感器；90、前行走模块；91、后行走模块；92、衔接模块；921、转轴固定块；922、后梁轴座；923、无油衬套；924、衔接轴。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

参照图1-图5所示，本发明公开了一种可旋转磁吸附轮组，包括轮体组件、啮合组件、吸附旋转组件和调节组件。

轮体组件包括驱动源21、中心轴11、主动轮20和从动轮30，驱动源21驱动主动轮20转动，所述主动轮20和从动轮30位于中心轴11两侧。其中，中心轴11与机架10固定，是固定不动的。

啮合组件包括依次设置的第一固定件50、第一移动件51、第二固定件53和第二移动件52，第一固定件50与主动轮20固定设置，第二固定件53与从动轮30固定设置，第一固定件50和第一移动件51上设置有能够啮合的齿轮，第二固定件53和第二移动件52上设置有能够啮合的齿轮。

吸附旋转组件包括安装件60和设置在安装件60上的吸附单元40，安装件60分别与第一移动件51和第二移动件52连接。

调节组件能够带动第一移动件51和第二移动件52同步移动。

当需要调整吸附单元40的位置时，调节组件带动第一移动件51移动并与第一固定件50啮合，第二移动件52与第二固定件53分离，主动轮20带动安装件60同步转动以调整吸附单元40的位置。

当不需要调整吸附单元40的位置时，调节组件带动第二移动件52移动并与第二固定件53啮合，第一固定件50与第一移动件51分离。

本发明的工作原理是：本发明中，驱动源21驱动主动轮20转动，通过主动轮20和从动轮30配合，即可实现可旋转磁吸附轮组前进。在可旋转磁吸附轮组前进时，当需要调整吸附单元40的位置时，调节组件工作，使得第一移动件51与第一固定件50啮合，第二移动件52与第二固定件53分离，由于第一固定件50与主动轮20固定，如此，当主动轮20转动时，即可带动吸附单元40绕轮组的中心线转动；当吸附组件转动至目标位置后，调节组件工作，第一移动件51与第一固定件50分离，第二移动件52与第二固定件53啮合，安装件60不会发生旋转，如此，吸附模块的位置也固定。

本发明通过主动轮20带动安装件60和安装件60上的吸附单元40同步动作，不需要另外安装驱动源21，结构紧凑，有利于机器人小型化和轻型化发展。并且，由于第一固定件50和第一移动件51啮合，第一固定件50与主动轮20固定，可以保证安装件60和吸附单元40能够稳定动作；而第二固定件53和第二移动件52啮合，可以保证安装件60与吸附单元40稳定固定。

进一步的，调节组件包括杆体70、电磁铁71、定位件72和弹性件73，杆体70穿设在安装件60上，杆体70的一端与第一移动件51固定，杆体70的另一端与第二移动件52固定，弹性件73套设在杆体70上，弹性件73的一端抵接第二移动件52，弹性件73的另一端抵接安装件60。

电磁铁71设置在安装件60上，定位件72设置在第二移动件52上。

当电磁铁71通电时，电磁铁71产生磁性并吸附定位件72以使得第二移动件52与杆体70沿第一方向移动，第二移动件52移动并与第二固定件53分离，杆体70移动以使得第一移动件51与第一固定件50啮合。

当电磁铁71断电时，电磁铁71的磁性消失，弹性件73产生的弹力以推动第二移动件52和杆体70沿第二方向移动，第二移动件52移动并与第二固定件53啮合，杆体70移动以使得第一移动件51与第一固定件50分离。

其中，第二方向与第一方向相反。通过电磁铁71，可以实现第一移动件51和第二移动件52的同步动作，实现第一移动件51与第一固定件50啮合或者第二移动件52与第二固定件53啮合。电磁铁71和定位件72皆具有多个，电磁铁71和定位件72一一对应设置。而弹性件73产生弹性力，在电磁铁71吸附定位件72时，第二移动件52克服弹性件73的弹性力，使得第二移动件52靠近安装件60。在第二移动件52靠近安装件60时，杆体70带动第一移动件51远离安装件60，此时，第一移动件51即与第一固定件50啮合，主动轮20转动以实现第一移动件51和安装件60同步转动。定位件72为铁磁性材料，定位件72能够被磁铁吸附。

弹性件73为弹簧。弹簧套设在杆体70上，杆体70可为双头螺柱。

调节组件具有多个，多个调节组件绕安装件60的周向均匀设置。具体的，调节组件可为两个，两个调节组件相对于安装件60对称设置。通过两个调节组件配合，可以保证第一移动件51和第二移动件52受力均匀，稳定性更佳。

本发明中，安装件60为环形，环形的安装件60环绕中心轴11设置。在安装件60与中心轴11之间设置有转动轴承。如此，安装件60即可绕中心轴11转动。通过设置转动轴承，可以减小安装件60绕中心轴11转动的摩擦力。

吸附单元40为负压吸附单元40或磁吸附单元40。负压吸附单元40通过吸盘内产生负压而吸附于壁面上，不受壁面材料的限制，磁吸附单元40为永磁体，磁吸附单元40适用于吸附导磁性壁面。

进一步的，在吸附单元40与安装座之间设置有力传感器80。通过力传感器80，可以实时监测吸附单元40与壁面之间的吸附力。

本发明公开了一种可旋转磁吸附轮组的爬行方法，基于上述的可旋转磁吸附轮组，包括以下步骤：

获取待爬壁面位置；

调节组件工作，使得第一移动件51与第一固定件50啮合，主动轮20转动以带动吸附单元40转动并朝向待爬壁面；

调整组件工作，使得第一移动件51与第一固定件50脱离，吸附单元40停止转动，主动轮20继续带动可旋转磁吸附轮组动作。

参照图6-图7所示，本发明公开了一种爬壁机器人，基于上述可旋转磁吸附轮组，包括前行走模块90和后行走模块91，前行走模块90与后行走模块91连接，前行走模块90包括可旋转磁吸附轮组，后行走模块91包括可旋转磁吸附轮组

本发明包括前行走模块90和后行走模块91，前行走模块90与后行走模块91连接，前行走模块90包括两个平行设置的可旋转磁吸附轮组，后行走模块91包括两个平行设置的可旋转磁吸附轮组。前行走模块90和后行走模块91之间设置有衔接模块92，衔接模块92由铰接轴、无油衬套923、后梁轴座922、转轴固定块921构成。无油衬套923和后梁轴座922固定安装在后行走模块91的车架上，衔接轴924一端与后梁轴座922固定安装，另一端与电控柜支架固定连接，转轴固定块921安装在后行走模块91衔接轴924一端。当地面不平整时，前、后行走模块91分别在各自磁铁模块的吸附下让行走车轮紧贴地面，前、后行走模块91自动偏转合适的角度来适应壁面。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。