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CN111824281A - 一种壁面全方位移动机构 - Google Patents

一种壁面全方位移动机构 Download PDF

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CN111824281A
CN111824281A CN202010698553.4A CN202010698553A CN111824281A CN 111824281 A CN111824281 A CN 111824281A CN 202010698553 A CN202010698553 A CN 202010698553A CN 111824281 A CN111824281 A CN 111824281A
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李斌
韩世凯
王聪
刘铜
梁志达
刘启宇
刘春�
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Abstract

本发明属于机械自动化工程领域，具体地说是一种壁面全方位移动机构，包括左旋驱动装置、右旋驱动装置及车体吸附装置，左旋驱动装置和右旋驱动装置各有两个，对角线安装于车体吸附装置上；左旋驱动装置和右旋驱动装置结构类似，都是由驱动电机通过锥齿轮传动驱动麦克纳姆轮旋转实现整个装置的运动；左旋驱动装置和右旋驱动装置配合车体吸附装置可以实现机构在钢铁壁面的全方位移动，通过左旋驱动装置和右旋驱动装置的转向配合可以实现在壁面的前进后退、左移右移、斜向移动、转弯运动等全方位移动。本发明具有结构轻量化、一体化、壁面环境适应性强，易于安装、操控精准的特点。

Description

一种壁面全方位移动机构
技术领域
本发明属于机械自动化工程领域，具体地说是一种壁面全方位移动机构。
背景技术
爬壁移动机构是将移动技术和壁面吸附技术相结合的特种机构，能实现在垂直壁面以及顶棚壁面等危险环境移动，并能携带工具完成一定的作业任务，大大扩展了爬壁移动机构的应用范围。目前，现有的爬壁移动机构大多结构比较复杂，运动效率较低，在壁面运动不灵活只能前进后退，转弯半径大，不能横移和斜向移动。在攀爬弧形或者曲面的钢铁壁面时，吸附可靠性不高，不能实现全方位移动导致在钢铁壁面的适应性较差。研究新型的壁面全方位移动机构是亟待解决的问颗。
发明内容
为了解决目前爬壁移动机构攀爬弧形或者曲面的钢铁壁面存在的上述问题，提高爬壁移动机构的运动效率和壁面移动灵活性，本发明的目的在于提供一种能够在圆筒内、外壁上和各种曲面上进行攀爬作业的壁面全方位移动机构。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明包括右旋驱动装置、左旋驱动装置及车体吸附装置，其中右旋驱动装置及左旋驱动装置均为两个，两个所述右旋驱动装置与两个所述左旋驱动装置交错安装于所述车体吸附装置的对角线位置；所述右旋驱动装置包括右旋电机、右旋输入轴承座、右旋传动机构、右旋输出轴承座、右旋输出轴及右旋麦克纳姆轮，所述左旋驱动装置包括左旋电机、左旋输入轴承座、左旋传动机构、左旋输出轴承座、左旋输出轴及左旋麦克纳姆轮，该右旋输入轴承座、右旋输出轴承座、左旋输入轴承座及左旋输出轴承座分别安装于所述车体吸附装置上，所述右旋电机及左旋电机分别安装于车体吸附装置内，该右旋电机的输出轴与所述右旋输入轴承座转动连接，所述右旋输出轴与右旋输出轴承座转动连接，所述右旋电机的输出轴通过所述右旋传动机构与右旋输出轴的一端相连，该右旋输出轴的另一端连接有右旋麦克纳姆轮；所述左旋电机的输出轴与左旋输入轴承座转动连接，所述左旋输出轴与左旋输出轴承座转动连接，所述左旋电机的输出轴通过所述左旋传动机构与左旋输出轴的一端相连，该左旋输出轴的另一端连接有左旋麦克纳姆轮。
其中：所述右旋传动机构包括右旋小锥齿轮及右旋大锥齿轮，该右旋小锥齿轮的一端为与所述右旋大锥齿轮啮合传动的锥齿轮，另一端的内圈与所述右旋电机的输出轴相连，另一端的外圈与所述右旋输入轴承座转动连接。
所述右旋输出轴通过右旋输出轴承与右旋输出轴承座转动连接，该右旋输出轴上安装有右旋轴套，所述右旋轴套的一端与所述右旋输出轴承抵接，另一端与所述右旋麦克纳姆轮抵接。
所述左旋传动机构包括左旋小锥齿轮及左旋大锥齿轮，该左旋小锥齿轮的一端为与所述左旋大锥齿轮啮合传动的锥齿轮，另一端的内圈与所述左旋电机的输出轴相连，另一端的外圈与所述左旋输入轴承座转动连接。
所述左旋输出轴通过左旋输出轴承与左旋输出轴承座转动连接，该左旋输出轴上安装有左旋轴套，所述左旋轴套的一端与所述左旋输出轴承抵接，另一端与所述左旋麦克纳姆轮抵接。
所述车体吸附装置包括车体及电磁铁，该车体底板的外表面安装有通电产生吸力的电磁铁，供所述车体吸附装置吸附于壁面之上。
所述电磁铁为多个，呈矩阵状均匀安装于所述车体底板的外表面；所述车体吸附装置的吸力大小通过电磁铁的通电数量调节，该车体吸附装置磁力吸附点位置通过不同位置所述电磁铁通电调节。
本发明的优点与积极效果为：
1.本发明提出了一种电磁吸附加麦克纳姆轮驱动的新型壁面全方位移动机构，实现了在钢铁壁面的全方位移动。
2.本发明可根据壁面结构形式的不同改变左旋驱动装置和右旋驱动装置的转动方向，实现机构的前进后退、左移右移、斜向移动、转弯运动等全方位移动。
3.本发明采用轮式移动平台，能够在曲面、圆弧等复杂工作界面实施检测等工作。
4.本发明面向钢铁壁面环境的新型移动机构轻量化、一体化、环境适应性强，易于安装、操控精准。
5.本发明可以实现变吸力吸附和变位置吸附，便于移动。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为本发明右旋驱动装置的立体结构示意图；
图3为本发明左旋驱动装置的立体结构示意图；
图4为本发明车体吸附装置的结构示意图；
图5a为本发明在壁面吸附全方位移动运动控制示意图之一；
图5b为本发明在壁面吸附全方位移动运动控制示意图之二；
图5c为本发明在壁面吸附全方位移动运动控制示意图之三；
图5d为本发明在壁面吸附全方位移动运动控制示意图之四；
图5e为本发明在壁面吸附全方位移动运动控制示意图之五；
图5f为本发明在壁面吸附全方位移动运动控制示意图之六；
图5g为本发明在壁面吸附全方位移动运动控制示意图之七；
图5h为本发明在壁面吸附全方位移动运动控制示意图之八；
图5i为本发明在壁面吸附全方位移动运动控制示意图之九；
图5j为本发明在壁面吸附全方位移动运动控制示意图之十；
其中：1为右旋驱动装置，2为左旋驱动装置，3车体吸附装置，4为右旋电机，5为右旋输入轴承，6为右旋输入轴承座，7为右旋小锥齿轮，8为右旋大锥齿轮，9为右旋输出轴承座，10为右旋输出轴承，11为右旋轴套，12为右旋输出轴，13为右旋麦克纳姆轮，14为左旋电机，15为左旋输入轴承，16为左旋输入轴承座，17为左旋小锥齿轮，18为左旋大锥齿轮，19为左旋输出轴承座，20为左旋输出轴承，21为左旋轴套，22为左旋输出轴，23为左旋麦克纳姆轮，24为前部安装板，25为顶板，26为侧板，27为后部安装板，28底板，29为电磁铁。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
如图1所示，本发明包括右旋驱动装置1、左旋驱动装置2及车体吸附装置3，其中右旋驱动装置1及左旋驱动装置2均为两个，用于产生移动机构的推进力，两个右旋驱动装置1与两个左旋驱动装置2交错安装于车体吸附装置3的对角线位置，即两个右旋驱动装置1分别安装于车体吸附装置3的左后方和右前方，两个左旋驱动装置2分别安装于车体吸附装置3的左前方和右后方。
如图2所示，本实施例的右旋驱动装置1包括右旋电机4、右旋输入轴承5、右旋输入轴承座6、右旋传动机构、右旋输出轴承座9、右旋输出轴承10、右旋轴套11、右旋输出轴12及右旋麦克纳姆轮13，该右旋输入轴承座6及右旋输出轴承座9分别安装于车体吸附装置3上，右旋电机4安装于车体吸附装置3内，该右旋电机4的输出轴通过右旋输入轴承5与右旋输入轴承座6转动连接，右旋输出轴12通过右旋输出轴承10与右旋输出轴承座9转动连接，右旋电机4的输出轴通过右旋传动机构与右旋输出轴12的一端相连，该右旋输出轴12的另一端连接有右旋麦克纳姆轮13。本实施例的右旋传动机构包括右旋小锥齿轮7及右旋大锥齿轮8，该右旋小锥齿轮7的一端为与右旋大锥齿轮8啮合传动的锥齿轮，另一端的内圈与右旋电机4的输出轴相连，另一端的外圈安装于右旋输入轴承座6上、与右旋输入轴承座6相对转动。本实施例的右旋输出轴12上安装有右旋轴套11，右旋轴套11的一端与右旋输出轴承10抵接，另一端与右旋麦克纳姆轮13抵接。
如图3所示，本实施例的左旋驱动装置2包括左旋电机14、左旋输入轴承15、左旋输入轴承座16、左旋传动机构、左旋输出轴承座19、左旋输出轴承20、左旋轴套21、左旋输出轴22及左旋麦克纳姆轮23，该左旋输入轴承座16及左旋输出轴承座19分别安装于车体吸附装置3上，左旋电机14安装于车体吸附装置3内，该左旋电机14的输出轴通过左旋输入轴承15与左旋输入轴承座16转动连接，左旋输出轴22通过左旋输出轴承20与左旋输出轴承座19转动连接，左旋电机14的输出轴通过左旋传动机构与左旋输出轴12的一端相连，该左旋输出轴22的另一端连接有左旋麦克纳姆轮23。本实施例的左旋传动机构包括左旋小锥齿轮17及左旋大锥齿轮18，该左旋小锥齿轮17的一端为与左旋大锥齿轮1)啮合传动的锥齿轮，另一端的内圈与左旋电机14的输出轴相连，另一端的外圈安装于左旋输入轴承座16上、与左旋输入轴承座16相对转动。本实施例的左旋输出轴22上安装有左旋轴套21，左旋轴套21的一端与左旋输出轴承20抵接，另一端与左旋麦克纳姆轮23抵接。
如图4所示，本实施例的车体吸附装置3包括车体及电磁铁29，车体为由前部安装板24、顶板25、侧板26、后部安装板27及底板28组成的中空长方体，该车体的底板28的外表面安装有电磁铁29，供车体吸附装置3吸附于壁面之上。电磁铁29为多个，呈矩阵状均匀安装于底板28的外表面；本实施例的电磁铁29为九个，呈三行三列的矩阵状布置，当电磁铁29通电时产生吸力，使得车体吸附装置3整体吸附于壁面之上。通过控制电磁铁29通电的数量可以控制车体吸附装置3产生的吸力大小，通过控制不同位置电磁铁29通电可以控制车体吸附装置3磁力吸附点的位置。电磁铁29可由安装于车体内部的电源供电。
本发明的右旋麦克纳姆轮13、左旋麦克纳姆轮23均为现有技术。
本发明的工作原理为：
两个左旋驱动装置2和两个右旋驱动装置1呈对角线安装于车体吸附装置3之上，左旋驱动装置2中的左旋电机14通过左旋小锥齿轮17与左旋大锥齿轮18的传动将运动传递到左旋麦克纳姆轮23上，右旋驱动装置1中的右旋电机4通过右旋小锥齿轮7与右旋大锥齿轮8的传动将运动传递到右旋麦克纳姆轮13上。通过配合调节两个左旋驱动装置2中的左旋麦克纳姆轮23和两个右旋驱动装置1中的右旋麦克纳姆轮13的转动方向，同时车体吸附装置3中的电磁铁29通电产生吸力吸附在钢铁壁面，可以实现机构在钢铁壁面的前进后退、左移右移、斜向移动和转弯运动等全方位移动。具体为
如图5a～5j所示，为在壁面吸附全方位移动运动控制示意图，其中图5a车体吸附装置3左前方和右后方的两个左旋麦克纳姆轮23与车体吸附装置3左后方和右前方的两个右旋麦克纳姆轮13等速正转，实现移动机构前进运动；图5b车体吸附装置3左前方和右后方的两个左旋麦克纳姆轮23与车体吸附装置3左后方和右前方的两个右旋麦克纳姆轮13等速反转，实现移动机构后退运动；图5c车体吸附装置3左前方和右后方的两个左旋麦克纳姆轮23等速正转，同时车体吸附装置3左后方和右前方的两个右旋麦克纳姆轮13等速反转，实现移动机构右移运动；图5d车体吸附装置3左前方和右后方的两个左旋麦克纳姆轮23等速反转，同时车体吸附装置3左后方和右前方的两个右旋麦克纳姆轮13等速正转，实现移动机构左移运动；图5e车体吸附装置3左前方的左旋麦克纳姆轮23和车体吸附装置3左后方的右旋麦克纳姆轮13等速反转，同时车体吸附装置3右前方的右旋麦克纳姆轮13和车体吸附装置3右后方的左旋麦克纳姆轮23等速正转，实现移动机构左转弯运动；图5f车体吸附装置3左前方的左旋麦克纳姆轮23和车体吸附装置3左后方的右旋麦克纳姆轮13等速正转，同时车体吸附装置3右前方的右旋麦克纳姆轮13和车体吸附装置3右后方的左旋麦克纳姆轮23等速反转，实现移动机构右转弯运动；图5g车体吸附装置3左后方和右前方的两个右旋麦克纳姆轮13等速正转，同时车体吸附装置3左前方和右后方的两个左旋麦克纳姆轮23不转，实现移动机构斜向左前方运动；图5h车体吸附装置3左前方和右后方的两个左旋麦克纳姆轮23等速反转，同时车体吸附装置3左后方和右前方的两个右旋麦克纳姆轮13不转，实现移动机构斜向左后方运动；图5i车体吸附装置3左前方和右后方的两个左旋麦克纳姆轮23等速正转，同时车体吸附装置3左后方和右前方的两个右旋麦克纳姆轮13不转，实现移动机构斜向右前方运动；图5j车体吸附装置3左后方和右前方的两个右旋麦克纳姆轮13等速反转，同时车体吸附装置3左前方和右后方的两个左旋麦克纳姆轮23不转，实现移动机构斜向右后方运动。
本发明具有体积小、方便快捷、全方位移动等优点，同时能够实现多种仪器设备的搭载使用。

Claims (7)

1.一种壁面全方位移动机构，其特征在于：包括右旋驱动装置(1)、左旋驱动装置(2)及车体吸附装置(3)，其中右旋驱动装置(1)及左旋驱动装置(2)均为两个，两个所述右旋驱动装置(1)与两个所述左旋驱动装置(2)交错安装于所述车体吸附装置(3)的对角线位置；所述右旋驱动装置(1)包括右旋电机(4)、右旋输入轴承座(6)、右旋传动机构、右旋输出轴承座(9)、右旋输出轴(12)及右旋麦克纳姆轮(13)，所述左旋驱动装置(2)包括左旋电机(14)、左旋输入轴承座(16)、左旋传动机构、左旋输出轴承座(19)、左旋输出轴(22)及左旋麦克纳姆轮(23)，该右旋输入轴承座(6)、右旋输出轴承座(9)、左旋输入轴承座(16)及左旋输出轴承座(19)分别安装于所述车体吸附装置(3)上，所述右旋电机(4)及左旋电机(14)分别安装于车体吸附装置(3)内，该右旋电机(4)的输出轴与所述右旋输入轴承座(6)转动连接，所述右旋输出轴(12)与右旋输出轴承座(9)转动连接，所述右旋电机(4)的输出轴通过所述右旋传动机构与右旋输出轴(12)的一端相连，该右旋输出轴(12)的另一端连接有右旋麦克纳姆轮(13)；所述左旋电机(14)的输出轴与左旋输入轴承座(16)转动连接，所述左旋输出轴(22)与左旋输出轴承座(19)转动连接，所述左旋电机(14)的输出轴通过所述左旋传动机构与左旋输出轴(22)的一端相连，该左旋输出轴(22)的另一端连接有左旋麦克纳姆轮(23)。
2.根据权利要求1所述的壁面全方位移动机构，其特征在于：所述右旋传动机构包括右旋小锥齿轮(7)及右旋大锥齿轮(8)，该右旋小锥齿轮(7)的一端为与所述右旋大锥齿轮(8)啮合传动的锥齿轮，另一端的内圈与所述右旋电机(4)的输出轴相连，另一端的外圈与所述右旋输入轴承座(6)转动连接。
3.根据权利要求1所述的壁面全方位移动机构，其特征在于：所述右旋输出轴(12)通过右旋输出轴承(10)与右旋输出轴承座(9)转动连接，该右旋输出轴(12)上安装有右旋轴套(11)，所述右旋轴套(11)的一端与所述右旋输出轴承(10)抵接，另一端与所述右旋麦克纳姆轮(13)抵接。
4.根据权利要求1所述的壁面全方位移动机构，其特征在于：所述左旋传动机构包括左旋小锥齿轮(17)及左旋大锥齿轮(18)，该左旋小锥齿轮(17)的一端为与所述左旋大锥齿轮(18)啮合传动的锥齿轮，另一端的内圈与所述左旋电机(14)的输出轴相连，另一端的外圈与所述左旋输入轴承座(16)转动连接。
5.根据权利要求1所述的壁面全方位移动机构，其特征在于：所述左旋输出轴(22)通过左旋输出轴承(20)与左旋输出轴承座(19)转动连接，该左旋输出轴(22)上安装有左旋轴套(21)，所述左旋轴套(21)的一端与所述左旋输出轴承(20)抵接，另一端与所述左旋麦克纳姆轮(23)抵接。
6.根据权利要求1所述的壁面全方位移动机构，其特征在于：所述车体吸附装置(3)包括车体及电磁铁(29)，该车体底板的外表面安装有通电产生吸力的电磁铁(29)，供所述车体吸附装置(3)吸附于壁面之上。
7.根据权利要求6所述的壁面全方位移动机构，其特征在于：所述电磁铁(29)为多个，呈矩阵状均匀安装于所述车体底板的外表面；所述车体吸附装置(3)的吸力大小通过电磁铁(29)的通电数量调节，该车体吸附装置(3)磁力吸附点位置通过不同位置所述电磁铁(29)通电调节。
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