專利名稱：球面移動機器人的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種機器人。特別是涉及一種球面移動機器人。
背景技術：
隨著科技的發展，采用爬壁機器人替代人工進行各種危險作業已成為一種趨勢。但目前所報道的爬壁機器人絕大部分只能適用于平壁面，對球形壁面的適應性較差。盡管在科研人員的努力下，相繼開發出了一些能在球面上作業的機器人，但其適用的范圍仍然受到行走方式的制約。如日本東京煤氣公司開發的球罐檢測機器人(Inspection robot of spherical gas storage tanks《Journal ofthe Japan Society of Precision》1990，56(2)，287～289，通過與球面曲率相等的弧形軌道實現機器人在球面上的移動功能，只能適用于單一半徑的球體，且增加了機器人的自重。又如哈爾濱工業大學機器人研究所開發的爬壁機器人，采用雙履帶移動機構和永磁吸附。只能在導磁性材質的壁面上作業，且越障能力差。同樣，盡管日本大阪煤氣公司開發的球形儲氣罐檢修機器人，雙履帶移動機構改變為輪式驅動，但仍然存在上述問題。
發明內容
本實用新型就是要解決球面移動機器人適用范圍受到球體材質、球體曲率等制約的問題，提供一種具有良好球面適應性的機器人。這種球面移動機器人可適用于不同的材質和曲率半徑，且具有跨越球面上障礙物的能力。
本實用新型采用的技術方案為由移動裝置和吸附機構組成的球面移動機器人，移動裝置包括機體和六個能進行水平、垂直移動的自解耦縮放機構。六個縮放機構構成三對組合，對稱地設置在機體上，真空吸附機構位于每個縮放機構的下方。工作時，只需將縮放機構呈對稱分布地放置在作業的球體上，設置在縮放機構下方的真空吸附機構就會穩穩地吸附在球體上，不受材質的影響。由于六個縮放機構都能獨立地進行水平、垂直方向的移動，具有12個運動自由度。只要適當組合六個縮放機構的運動，即可實現機器人在球形壁面上的靈活移動，且跨越障礙的能力明顯提高。如果在機體上再設置回轉機構，就可將運動自由度提高到18個，可進一步提高球面移動機器人的作業靈活性。為了提高機器人在較小曲率半徑球體上作業的穩定性，可將六個縮放機構呈相向的雙品字設置。采用本技術方案制作的球面移動機器人，可以在2米以上曲率半徑的球體上完成噴涂、焊接和檢測工作。
附圖1為本實用新型的結構示意圖。
附圖2為本實用新型回轉裝置的結構示意圖。
附圖3為本實用新型縮放機構的安置示意圖。
具體實施方式
下面，對照附圖詳細說明本實用新型。
實施例一一種適用于在球形壁面上作業的球面移動機器人，由機體14、真空吸附機構和六個能進行水平、垂直移動的自解耦縮放機構15組成。六個縮放機構15構成三對組合，對稱地設置在機體上，真空吸附機構位于每個縮放機構15的下方，以便在作業時穩穩地吸附在球體上。由于縮放機構15采用了自解耦設計，因此能夠獨立地進行水平、垂直方向的移動，具有12個運動自由度。只要適當組合六個縮放機構15的運動，即可實現機器人在2米以上曲率半徑的球形壁面上的靈活移動，且具有較好的越障能力。
實施例二一種適用于2～5米曲率半徑球形壁面上作業的球面移動機器人，由移動裝置和真空吸附機構組成。機體14上設置六個能自解耦縮放機構15，構成三對組合，對稱地設置在機體上。適當組合六個縮放機構15的運動，即可實現機器人在球形壁面上的前進、后退、左移和右移。自解耦縮放機構15包括行走機構3、水平伸縮氣缸1和垂直伸縮氣缸2。行走機構3呈平行四邊形結構，由行走足7、連接板5、上連桿4和下連桿6構成。連接板5和下連桿6與氣缸1相鉸接。當氣缸1作伸縮運動時，帶動下連桿6、行走足7相應移動，使足端8實現水平移動。上連桿4的兩端分別與垂直伸縮氣缸2和行走足7鉸接，隨著氣缸2的上下運動，行走機構3的平行四邊形產生變形，從而實現足端8的垂直運動，從而具有較好的越障能力。在一般作業情況下，至少有三個行走足7通過球鉸9設置在足端8下端的真空吸盤10，穩穩地吸附在球體上，而另外三個行走足則可根據需求移動，對球形壁面進行檢測、噴涂等作業。
實施例三一種對球罐表面進行焊接的球面移動機器人，采用長方形框架結構的機體14上設置了控制系統和回轉機構。為減輕自重，可采用鋁型材制作各連接桿件，機器人攜帶的焊接設備不擬超過27Kg。回轉機構由回轉氣缸11、四連桿機構12和回轉軸13組成，回轉軸13的兩端分別與機體14的上下框架轉動連接，縮放機構15固定在回轉軸13上，四連桿機構12分別與回轉氣缸11和回轉軸13相連接。自解耦縮放機構15構成三對組合，呈相向的雙品字設置，中間組合的安置間距大于兩端組合的安置間距，三對組合之間的安置距離相等。行走機構3呈平行四邊形結構，由行走足7、連接板5、上連桿4和下連桿6構成。上連桿4的兩端分別與垂直伸縮氣缸2和行走足7鉸接，下連桿6的兩端分別與氣缸1和行走足7鉸接。為保證水平、垂直方向運動的獨立性，上連桿4與行走足7等長，從上連桿4與垂直伸縮氣缸2鉸接處至連接板5鉸接處的距離，與連接板5等長。真空吸盤10設置在足端8的下端，采用球鉸9連接，以便確保真空吸盤10的軸線始終處于作業面的法線方向，真空吸盤10的中間還可配備接觸傳感器。當真空吸盤10與作業面處于良好的貼合狀態，且達到規定的真空度時，傳感器向控制系統發出信號。通過遙控方式操縱球面移動機器人，使六個縮放機構15按照所需的焊接軌跡，各自展開、吸附、前進、后退、平移、旋轉運動，遇到障礙時還可進行垂直移動，實施焊接。當垂直氣缸2的伸縮行程為100mm時，足端8可跨越340mm高度的條形障礙物。
權利要求1.一種由移動裝置、吸附機構組成的球面移動機器人，其特征在于所述的移動裝置包括機體(14)和六個能進行水平、垂直移動的自解耦縮放機構(15)，六個縮放機構(15)構成三對組合，對稱地設置在機體(14)上，真空吸附機構位于每個縮放機構(15)的下方。
2.根據權利要求1所述的球面移動機器人，其特征在于所述的縮放機構(15)包括行走機構(3)和一對分別控制水平、垂直移動的自解耦驅動裝置組成，行走機構(3)呈平行四邊形結構，由行走足(7)、連接板(5)、上連桿(4)和下連桿(6)構成，上連桿(4)和下連桿(6)的一端分別與一對自解耦驅動裝置相連接，另一端固定在行走足(7)上。
3.根據權利要求1、2所述的球面移動機器人，其特征在于所述自解耦驅動裝置的動力源為氣源。
4.根據權利要求1、2所述的球面移動機器人，其特征在于所述的機體(14)采用長方形的框架結構，機體(14)上設有由驅動裝置、四連桿機構(12)和回轉軸(13)組成的回轉機構，回轉軸(13)的兩端分別與機體(14)的上下框架轉動連接，縮放機構(15)固定在回轉軸(13)上，四連桿機構(12)分別與驅動裝置和回轉軸(13)相連。
5.根據權利要求4所述的球面移動機器人，其特征在于所述驅動裝置(11)的動力源為氣源。
6.根據權利要求1、2所述的球面移動機器人，其特征在于所述的吸附機構為真空吸盤(10)，通過球鉸(9)與行走足(7)相連接。
7.根據權利要求1、2所述的球面移動機器人，其特征在于所述的六個縮放機構(15)呈相向的雙品字設置，中間組合的安置間距大于兩端組合的安置間距，三對組合之間的安置距離相等。
專利摘要本實用新型的揭示了一種球面移動機器人,由真空吸附機構、機體和六個能進行水平、垂直移動的自解耦縮放機構組成。六個縮放機構構成三對組合,對稱地設置在機體上,真空吸附機構位于每個縮放機構的下方。當縮放機構呈對稱分布地放置在作業的球體上時,設置在縮放機構下方的真空吸附機構就會穩穩地吸附在球體上,不受材質的任何影響。機體上還設有回轉機構,從而六個縮放機構就具有18個運動自由度。因此,只要適當組合六個縮放機構的運動,即可在2米以上曲率半徑的球形壁面上的靈活移動,且跨越障礙的能力明顯提高。本實用新型的球面移動機器人適宜完成噴涂、焊接和檢測工作。
文檔編號B25J11/00GK2493372SQ0125351
公開日2002年5月29日 申請日期2001年9月6日 優先權日2001年9月6日
發明者談士力, 張海洪, 蘇建良, 王永貞, 王建成 申請人:上海大學