本實用新型涉及工業(yè)機器人技術領域，特別是涉及一種搭載連桿式機械臂的爬壁機器人，其能夠應用于工業(yè)機器人等領域。本發(fā)明中的連桿式機械臂和移動車體均基于模塊化設計思想，移動車體與連桿式機械臂的拆卸、運輸、重組方便快捷，在狹小空間運輸方面有極大的優(yōu)勢。

背景技術：

爬壁機器人可攜帶作業(yè)工具，協(xié)助或取代人類在壁面上完成各種極限作業(yè)。其廣泛用于核工業(yè)、石化企業(yè)、造船業(yè)、建筑行業(yè)或是其他危險行業(yè)內的工作，已經(jīng)越來越受到人們的重視。隨著人類科學技術的不斷進步以及勞動力成本的日益增加，機器人代替人工執(zhí)行簡單重復、危險性高、勞動強度大的任務逐漸成為一種趨勢。爬壁機器人以其高效率、低成本、質量穩(wěn)定等特點正在加速工業(yè)化進程，為我國國民經(jīng)濟的持續(xù)健康增長做出巨大貢獻。隨著作業(yè)難度復雜化以及作業(yè)環(huán)境危險化，亟需一種多功能爬壁機器人，其不僅可以實現(xiàn)操作人員在遠離作業(yè)環(huán)境的情況下還能保證作業(yè)質量的多功能爬壁機器人，還能便于通過非連續(xù)性的作業(yè)區(qū)域，可實現(xiàn)快速拆卸與組裝。

經(jīng)專利檢索，發(fā)現(xiàn)申請?zhí)枮椋篊N201510896123.2，申請日為：2015.12.07的中國專利涉及一種柔性鋼制壁面作業(yè)機器人。其由機器人本體、三自由度作業(yè)機械臂和除銹裝置組成，不難發(fā)現(xiàn)，該裝置由下列不足：（1）該裝置中的可升降除銹裝置僅僅具有一個升降自由度，除銹面積較少，作業(yè)效率較低；（2）該裝置不具備視覺功能與測距功能。未搭載測距模塊，除銹與噴漆的高度，須靠經(jīng)驗估摸著調節(jié)，不夠精確。未搭載視覺功能，不能檢測機器人作業(yè)狀況，不能對機器人周邊狀況進行實時監(jiān)測，不便于遠程操作；(3)磁輪吸附單元，導磁軛鐵與導磁性壁面直接接觸，摩擦力不夠，易出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，恐在導磁性壁面上順利爬行都很難實現(xiàn)。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述技術不足，本實用新型提供一種搭載連桿式機械臂的模塊化爬壁機器人，其移動車體基于模塊化設計思想，移動車體可拆分為結構相同、左右對稱的兩個車體模塊，可實現(xiàn)機器人在通過非連續(xù)性的作業(yè)區(qū)域等狹小受限空間的快速拆卸與重組。吸附單元采用與傳統(tǒng)吸附方式相比吸附效率更高、重量更輕的夾心永磁吸附。其移動方式為輪式四輪四驅的運動方式，為爬壁機器人提供穩(wěn)定的驅動力。其搭載的連桿式機械臂為四自由度串聯(lián)機械臂。結構簡單緊湊，工作空間大、負載大等特點，能滿足多種作業(yè)要求。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本實用新型采用如下技術方案

一種搭載連桿式機械臂的爬壁機器人，由移動車體平臺和多自由度的連桿式機械臂2組成，所述多自由度機械臂2通過若干組螺釘與移動車體平臺機械式固定連接；所述移動車體平臺為可拆分的移動車體1，包括兩個相互獨立的車體模塊和四組結構相同的輪式永磁吸附單元101、107、110、116；兩個相互獨立的車體模塊的外形與內部結構均以二者連接平面為中心呈對稱布置，兩個相互獨立的車體模塊內部均設置有電機配合同步帶的傳動結構，同步帶的傳動結構通過移兩個相互獨立的車體模塊的前輸出軸的動力傳送至后輸出軸上，構成整個車體移動平臺為兩電機四輪四驅的運動機構，單側為單臺電機前后兩驅動輪同速轉動機構。

一種搭載連桿式機械臂的爬壁機器人，兩個相互獨立的車體模塊為對稱結構的車體模塊，由左車體模塊和右車體模塊組成，其中左車體模塊由左車箱體內的左車箱體驅動電機102通過左車箱體電機驅動器、左車箱體減速器105與左車箱體前輸出軸，左車箱體前輸出軸通過左車箱體同步帶104、左車箱體同步帶輪與左車箱體后輸出軸119連接構成；

所述左車箱體由左車箱體上蓋板、左車箱體外側蓋板、左車箱體底部蓋板、左車箱體內側蓋板、左車箱體前端蓋板、左車箱體后端尾部蓋板、左前端蓋122、左后端蓋121、構成，左車箱體上設置有左車箱體外側把手103、左車箱體后端尾部把手120、左車箱體前端把手，左車箱體內設置有左車箱體驅動電機與減速器支撐件106、左車箱體減速器固定支座108、左車箱體電機驅動器支撐固定支架、定位塊陰124、定位塊陽126構成；

所述左車體模塊與右車體模塊內部分別設置有與外界環(huán)境接觸部位動、靜雙密封的防塵防水裝置，其中的左車體模塊的動、靜雙密封的防塵防水裝置，由左車箱體與左車箱體上蓋板接觸的上端面開設布置橡膠O形圈的矩形密封溝槽，與左前端蓋與左后端蓋連接處以輸出軸為中心開設布置橡膠O形圈的環(huán)形密封溝槽，構成實現(xiàn)車體旋轉式動、靜雙密封結構。

一種搭載連桿式機械臂的爬壁機器人，所述定位塊陽是一塊通過螺紋固定安裝在右車體模塊底盤中部、帶凸塊的連接件，定位塊陰是一塊通過螺紋固定安裝在左車體模塊底盤中部、帶凹槽的連接件，且定位塊陰、陽上均分布有若干組豎直分布的螺紋孔。

一種搭載連桿式機械臂的爬壁機器人，所述輪式永磁吸附單元101、107、110、116為夾心結構，由環(huán)形永磁體303、外側導磁軛鐵、內側導磁軛鐵、定位套308、磁輪外側橡膠304構成，環(huán)形永磁體303通過定位套308、螺釘內嵌在外側導磁軛鐵302與內側導磁軛鐵309之間構成夾心結構，且環(huán)形永磁體303外圓柱面上覆置有增大磁輪摩擦力的磁輪外側橡膠304。

一種搭載連桿式機械臂的爬壁機器人，所述環(huán)形永磁體303為環(huán)形釹鐵硼永磁體軸向充磁方式結構，所述外側硅鋼導磁軛鐵302為柱狀“山”字形結構，在其中心位置固定有用于磁輪驅動與裝配的外圓內方中空軸，且其內側面設置有用于配合外側硅鋼導磁軛鐵側面四個螺紋孔實現(xiàn)磁輪裝配的四個環(huán)形陣列螺紋孔；內側硅鋼導磁軛鐵309為柱狀“王”字形結構，在其中心位置固定有用于磁輪裝配與驅動的一外圓內方中空軸，其中內側硅鋼導磁軛鐵309內側面有兩組半徑不同的環(huán)形陣列孔，半徑較大的那一組環(huán)形陣列孔305用于實現(xiàn)環(huán)形釹鐵硼永磁體的拆卸維護與更換，半徑較小的那一組環(huán)形陣列孔306用于通過螺釘實現(xiàn)外側硅鋼導磁軛鐵302和內側硅鋼導磁軛鐵309的固定與定位；

所述定位套308為非導磁性材料制成的定位元件，其一端套在外側硅鋼導磁軛鐵302外圓內方軸的外圓上，另一端套在內側硅鋼導磁軛鐵309外圓內方軸的外圓上，用于實現(xiàn)兩者的徑向定位，及保證兩者的同軸度；

所述環(huán)形釹鐵硼永磁體303內嵌在外側硅鋼導磁軛鐵302與內側硅鋼導磁軛鐵309之間的凹槽內，內側與外側硅鋼導磁軛鐵包裹住環(huán)形釹鐵硼永磁體303側面和圓柱面；外側硅鋼導磁軛鐵302經(jīng)軸端螺釘301跟磁輪驅動軸307固定在一起，外側軛鐵302和內側硅鋼導磁軛鐵309通過各自側面的螺紋孔經(jīng)螺釘固定擰緊；磁輪外側橡膠304包覆在外側硅鋼導磁軛鐵302和內側硅鋼導磁軛鐵309外表面上，用于避免產(chǎn)生包覆在永磁體上使得永磁體高溫退磁的情況發(fā)生。

一種搭載連桿式機械臂的爬壁機器人，所述連桿式機械臂由底座回轉機構、大臂俯仰單元、小臂俯仰單元、手腕俯仰單元、圖像采集裝置、測距儀構成，所述連桿式機械臂為四自由度串聯(lián)機械臂，其四自由度分別為機械臂繞底座的左右回轉運動、以及機械臂的大臂、小臂、手腕的俯仰運動，且大臂、小臂以及手腕的轉動軸線相互平行布置；所述連桿式機械臂的左右旋轉為電機配合諧波減速器的傳動方式，大臂、小臂、手腕為電動缸為驅動源的電動控制方式。

一種搭載連桿式機械臂的爬壁機器人，所述圖像采集裝置包含主輔兩套圖像采集模塊與測距模塊，所述主圖像采集裝置為對車體四周環(huán)境工況實時觀測的固定在機械臂底座，并能夠水平360°上下各90°旋轉的云臺攝像機，所述輔圖像采集裝置為實現(xiàn)對末端執(zhí)行器作業(yè)狀況進行實時監(jiān)測的固定在機械臂手腕末端的攝像機，所述測距模塊為固定在機械臂手腕末端的激光測距儀，用于對機械臂作業(yè)高度的精準調整。

由于采用如上所述的技術方案，本實用新型具有如下優(yōu)越性：

（1）移動車體與連桿式機械臂均基于模塊化設計思想，可實現(xiàn)對移動車體和機械臂的快速拆卸與重組。移動車體還可拆分成兩個結構相同、左右對稱的獨立模塊。尤其在通過狹小受限的作業(yè)區(qū)域時有很大的優(yōu)勢。

（2）該爬壁機器人搭載圖像采集設備和激光測距儀，可實現(xiàn)對爬壁機器人的遠程精確控制。

（3）該爬壁機器人具有較好的密封性能，機器人移動車體動靜雙密封以及機械臂的整體密封走線設計，使得機器人內部和外部環(huán)境實現(xiàn)完全隔離，即使在惡劣環(huán)境（如雨天）仍能正常作業(yè)，大大的提高了機器人的適應性。

(4)機器人的具有獨特的束線裝置，爬壁機器人的線纜以及物料輸送管道固定夾持在束線設備上，并可以跟隨爬壁機器人移動車體的移動而繞其自身的轉軸轉動，避免了爬壁機器人在移動過程中出現(xiàn)纏繞線纜的情況，實現(xiàn)機器人在壁面的靈活爬行。

(5)其連桿式機械臂為四自由度串聯(lián)機械臂，大臂小臂手腕的轉動關節(jié)均平行布置，結構簡單緊湊、工作空間較大。

附圖說明

圖1是本實用新型的整體外觀軸測圖；

圖2是本實用新型移動車體內部結構圖；

圖3是本實用新型單側車體內部視圖；

圖4是本實用新型位塊陰結構圖；

圖5是本發(fā)明定位塊陽結構圖；

圖6是連桿式機械臂整體外觀軸測圖；

圖7是連桿式機械臂仰視圖；

圖8是輪式磁吸附單元整體外觀軸測圖；

圖9是輪式磁吸附單元外側硅鋼導磁軛鐵側視圖；

圖10是輪式磁吸附單元內側硅鋼導磁軛鐵側視圖；

圖11是輪式磁吸附單元剖面圖；

圖中：1爬壁機器人移動車體、2連桿式機械臂、101右后磁輪吸附單元、102右車箱體驅動電機、103右車箱體外側把手、104右車箱體同步帶、105右車箱體減速器、106右車箱體電機與減速器固定支架、107右前磁輪吸附單元、108右車箱體減速器固定支架、109左車箱體減速器固定支架、110左前磁輪吸附單元、111左車箱體電機與減速器固定支架、112左車箱體減速器、113左車箱體同步帶、114左車箱體外側把手、115左車箱體驅動電機、116左后磁輪吸附單元、117左側車箱體后輸出軸、118左側車箱體后端尾部把手、119右側車箱體后輸出軸、120右側車箱體后端尾部把手、121右側車箱體前同步帶輪、122右側車箱體定位塊陰、123右側車箱體后同步帶輪、124左側車箱體定位塊陽、201主圖像采集裝置、202小臂驅動電機與減速器、203小臂電推缸、204手腕驅動電機與減速器、205手腕電推缸、206固定支架、207激光測距儀與福輔圖像采集裝置、208末端執(zhí)行器、209手腕機架、210小臂機架、211大臂機架、212大臂電推缸、213諧波減速器上蓋、214底座機架、215底座回轉驅動電機罩、216束線裝置、217底座回轉同步小帶輪、218底座回轉同步帶、219底座諧波減速器、220大臂俯仰電機與減速器、221底座回轉同步大帶輪。301磁輪驅動軸軸端螺釘、302磁吸附單元外側硅鋼導磁軛鐵、303環(huán)形釹鐵硼永磁體、304磁輪外側橡膠、305內側硅鋼導磁軛鐵與外側硅鋼導磁軛鐵固定螺釘、306內側硅鋼導磁軛鐵拆卸孔、307磁輪驅動軸、308定位套、309內側硅鋼導磁軛鐵。

具體實施方式

如圖1至圖11所示，一種搭載連桿式機械臂的模塊化爬壁機器人，其移動車體基于模塊化設計思想，移動車體可拆分為結構相同、左右對稱的兩個車體模塊，可實現(xiàn)機器人在通過非連續(xù)性的作業(yè)區(qū)域等狹小受限空間的快速拆卸與重組。吸附單元采用與傳統(tǒng)吸附方式相比吸附效率更高、重量更輕的夾心永磁吸附。其移動方式為輪式四輪四驅的運動方式，為爬壁機器人提供穩(wěn)定的驅動力。其搭載的連桿式機械臂為四自由度串聯(lián)機械臂。結構簡單緊湊，工作空間大、負載大等特點，能滿足多種作業(yè)要求。

提出的一種搭載連桿式機械臂的模塊化爬壁機器人，連桿式機械臂和爬壁機器人移動車體均基于模塊化設計，可實現(xiàn)對機械臂與移動車體的快速分離與重組。其移動車體可拆分為兩個左右對稱、結構相同的獨立模塊，兩模塊間機械結構與電氣接線相互隔離，且均具有獨立的防水性能。模塊化設計使得當機器人通過受限空間時有極大的優(yōu)勢。便于通過狹小受限空間、便于運輸、組裝快捷等特點極大的拓展了機器人的應用范圍。其連桿式機械臂采用以電推缸為驅動源的電動控制方式，避免了液動與氣動等傳統(tǒng)驅動方式帶來的零部件多、不易控制、維護困難等缺點。連桿式機械臂為四自由度串聯(lián)機械臂，結構簡單緊湊，工作空間較大，動作靈活，便于控制。該爬壁機器人不僅搭載了圖像采集裝置還配備了激光測距儀，在操作員遠離作業(yè)區(qū)域的情況下，仍能實現(xiàn)對機器人的遠程精確控制，還可對末端執(zhí)行器作業(yè)情況進行實時監(jiān)測與觀察。該爬壁機器人磁吸附單元采用夾心結構的永磁輪式吸附方式，與現(xiàn)有磁吸附方式相比具有磁感線利用率高，結構簡單緊湊，裝配簡單快捷，易于拆卸與維護等特點。

提出的一種搭載連桿式機械臂的爬壁機器人，其主要由移動車體和連桿式機械臂組成。所述移動車體主要包括兩個相互獨立的車體模塊和四組結構相同的輪式永磁吸附單元。所述車體模塊主要分為左車體模塊和右車體模塊，二者結構基本相同，且外形尺寸與內部結構均以二者連接平面為中心呈對稱布置，其中左車體模塊主要由左車箱體、左車箱體驅動電機、左車箱體電機驅動器、左車箱體減速器、左車箱體前輸出軸、左車箱體同步帶、左車箱體同步帶輪、左車箱體后輸出軸構成。

所述左車箱體主要由左車箱體上蓋板、左車箱體外側蓋板、左車箱體底部蓋板、左車箱體內側蓋板、左車箱體前端蓋板、左車箱體后端尾部蓋板、左車箱體外側把手、左車箱體后端尾部把手、左車箱體前端把手、左車箱體驅動電機和左車箱體減速器支撐件、左車箱體減速器固定支座、左車箱體電機驅動器支撐固定支架、左前端蓋、左后端蓋、定位塊陰與定位塊陽構成。所述左車箱體外側蓋板、左車箱體底部蓋板、左車箱體前端蓋板、左車箱體后端尾部蓋板、左車箱體外側把手、左車箱體后端尾部把手和左車箱體前端把手分別布置在左車箱體四周，形成一個整體封閉式結構。所述左車箱體上蓋板和左車箱體內側蓋板經(jīng)螺釘固定安裝在左車箱體上端面和內側端面上。左車箱體上蓋板右下角位置豎直排列有四個大小不同的防水防爆插頭孔，用來實現(xiàn)車體整體密封式走線設計和機械與電氣相隔離的功能。所述左車箱體驅動電機和左車箱體減速器支撐件經(jīng)螺釘固定在左車箱體內部，形成一種籠形結構，將驅動電機和減速器放置于籠子內部，不僅能穩(wěn)定的支撐驅動電機和減速器還能提高車體抗拉與抗壓強度。左車箱體電機驅動器支撐固定支架經(jīng)螺釘固定在左車箱體底盤內部側面凸出部位，左車箱體電機驅動器經(jīng)螺釘固定安裝于左車箱體電機驅動器支撐固定支架上。左車箱體減速器固定支座上端固定在左車箱體減速器的固定法蘭上，底端經(jīng)螺釘固定在左車箱體驅動電機和左車箱體減速器支撐件上，用來實現(xiàn)左車箱體減速器的固定與定位。所述左前端蓋位于左車箱體前輸出軸與左車箱體側蓋板相接觸的外側位置，左后端蓋位于左車箱體后輸出軸與左車箱體側蓋板相接觸的外側位置，左前端蓋和左后端蓋跟輸出軸相接觸部位采用動、靜雙密封，從而實現(xiàn)將左車箱體內部和左車箱體外部環(huán)境隔離開。所述左車箱體在其與左車箱體上蓋板和側蓋板接觸的上端面與側端面均開設矩形密封溝槽，在其與左前端蓋與左后端蓋連接處以輸出軸為中心開設環(huán)形密封溝槽，當其與左車箱體上蓋板、側蓋板、左前端蓋和左后端蓋連接時通過密封溝槽內布置的橡膠O形圈實現(xiàn)車體的整體靜密封。在左車箱體前輸出軸跟左前蓋板相接觸位置與左車箱體輸出后軸跟左后蓋板相接觸位置處均開設有環(huán)形密封溝槽，用來放置橡膠O形圈，實現(xiàn)車體旋轉式動密封。最終達到整個車體全封閉式密封的目的。

所述左車箱體后端尾部把手與左車箱體前端把手側面位置均豎直排列有一組通孔，右車箱體后端尾部把手與右車箱體前端把手側面位置也同樣均豎直排列有一組通孔，當左右兩車箱體模塊拼接在一起后，位于左右車箱體前端把手和后端尾部把手上的通孔對正對齊，螺栓穿過該通孔跟螺母配合，實現(xiàn)左右車箱體的快速便捷拼接。在左車箱體底部蓋板與左車箱體內側蓋板相接觸位置的底盤中部，經(jīng)螺釘安裝固定有定位塊陰，在右車箱體底部蓋板與右車箱體內側蓋板相接觸位置的底盤中部，經(jīng)螺釘安裝固定有定位塊陽。定位塊陽為一帶凸起結構，定位塊陰為一帶凹陷結構，在定位塊陽和定位塊陰上均分布有三組豎直分布的螺紋孔，當定位塊陽凸起部分與定位塊陰凹陷部分配合在一起，左右車箱體對正組裝在一起，再經(jīng)螺釘將定位塊陽與定位塊陰擰緊。穿過把手側面通孔的螺栓與螺母以及定位塊陽與陰雙重固定實現(xiàn)左右車箱體的快速拼接。

所述左車箱體驅動電機和左車箱體減速器固定裝配在一起后，豎直布置在左車箱體驅動電機和左車箱體減速器支撐件搭建構成的籠形結構內部。左車箱體減速器固定支座為“凸”字形形狀，其上端經(jīng)左車箱體減速器的固定法蘭孔固定在左車箱體減速器上，其底端固定在左車箱體底蓋板上，實現(xiàn)左車箱體驅動電機和減速器的固定與定位。左車箱體前輸出軸貫穿左車箱體減速器后固定安裝在軸承支座上，左車箱子體輸出后軸與左車箱體輸出前軸平行固定在軸承支座上，左車箱體前輸出軸和左車箱體后輸出軸均一端固定安裝左車箱體同步帶輪，一端固定安裝輪式永磁吸附單元，兩個左車箱體同步帶輪間張緊左車箱體同步帶，從而將左車箱體驅動電機輸出的力和力矩傳遞到左車箱體輸出后軸上，從而實現(xiàn)單側車體兩磁輪的同速轉動，實現(xiàn)整個車體的四輪四驅形式。

所述輪式永磁吸附單元主要由環(huán)形永磁體、外側導磁軛鐵、內側導磁軛鐵、定位套、磁輪外側橡膠構成。所述環(huán)形永磁體為由強磁性材料（如釹鐵硼）制備而成的環(huán)狀結構，并采取了軸向充磁方式，該環(huán)形永磁體用于提供產(chǎn)生吸附力的強磁環(huán)境。外側導磁軛鐵為柱狀“山”字形結構，在其中心位置固定有用于磁輪驅動與裝配的外圓內方中空軸，且外側導磁軛鐵內側面有四個環(huán)形陣列螺紋孔，用于配合外側導磁軛鐵側面四個螺紋孔實現(xiàn)磁輪的裝配。內側導磁軛鐵為柱狀“王”字形結構，在其中心位置同樣固定有一外圓內方中空軸，用于磁輪裝配與驅動。內側導磁軛鐵內側面有兩組半徑不同的環(huán)形陣列孔，半徑較大的那一組環(huán)形陣列孔用于實現(xiàn)環(huán)形永磁體的拆卸與維護，半徑較小的那一組環(huán)形陣列孔，用于通過螺釘實現(xiàn)外側導磁軛鐵和內側導磁軛鐵的固定與定位，外側導磁軛鐵和內側導磁軛鐵均由高磁導率材料（如硅鋼、鐵鎳合金）制備而成，起到疏導聚攏磁感線的作用。所述定位套為一由非導磁性材料制成的定位元件，其一部分套在外側導磁軛鐵外圓內方軸的外圓上，頂緊外側導磁軛鐵，另一部分套在內側導磁軛鐵外圓內方軸的外圓上，用于保證外側導磁軛鐵與內側導磁軛鐵的同軸度。所述環(huán)形永磁體內嵌在外側導磁軛鐵與內側導磁軛鐵之間的凹槽內，內側與外側導磁軛鐵包裹住環(huán)形永磁體側面和圓柱面。外側導磁軛鐵經(jīng)軸端螺釘跟磁輪驅動軸固定在一起，外側軛鐵和內側導磁軛鐵通過各自側面的螺紋孔經(jīng)螺釘固定擰緊。磁輪外側橡膠包覆在外側導磁軛鐵和內側導磁軛鐵外表面上，避免產(chǎn)生包覆在永磁體上使得永磁體高溫退磁的情況，磁輪外側橡膠用來增大磁輪摩擦力，防止磁輪在轉動過程中出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，實現(xiàn)爬壁機器人在導磁壁面上靈活移動。該夾心式永磁吸附單元工作時，磁感線從環(huán)形永磁體N極流出，經(jīng)過外側導磁軛鐵的聚攏后，穿過導磁性壁面，流經(jīng)內側導磁軛鐵，最后流回環(huán)形永磁體S極，形成了閉合磁感線回路，提高了磁感線利用率，增大了爬壁機器人在導磁壁面上的吸附力。防止磁輪在轉動過程中出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，實現(xiàn)爬壁機器人在導磁壁面上靈活移動。

所述連桿式機械臂為四自由度串聯(lián)機械臂，其四自由度分別為底座回轉運動以及大臂、小臂、手腕的俯仰運動，大臂、小臂以及手腕的轉動軸線相互平行布置。所述連桿式機械臂主要由底座回轉機構、大臂俯仰單元、小臂俯仰單元、手腕俯仰單元、圖像采集裝置、測距儀構成。

所述底座回轉機構主要由底座基架、底座驅動電機、底座同步帶、底座同步帶輪、底座諧波減速器、諧波減速器上蓋以及束線裝置構成。底座驅動電機的法蘭經(jīng)螺釘固定在底座基架上表面右下角位置，位于底座基架內部的底座同步帶輪經(jīng)鍵固定安裝在底座驅動電機輸出軸上，底座諧波減速器固定安裝在基座上表面中前部，底座諧波減速器輸入軸與基座內部的底座同步帶輪連接在一起。兩個底座同步帶輪間張緊底座同步帶，從而實現(xiàn)將底座驅動電機的輸出軸的力和力矩傳遞到底座諧波減速器輸出軸上，諧波減速器上蓋固定安裝在底座諧波減速器輸出法蘭上，諧波減速器上蓋跟連桿機械臂連接，從而實現(xiàn)了整個機械臂繞底座的回轉運動；束線裝置主要由上壓蓋和下壓蓋構成，束線裝置固定安裝在底座驅動電機的頂部，上壓蓋一端與下壓蓋一端靠轉軸固定連接在一起，形成類似合頁性質的開合機構，上、下壓蓋的另一端靠蝶形螺母實現(xiàn)上下壓蓋將線纜以及物料輸送管道壓緊。

大臂單元主要由大臂機架、大臂驅動電機、大臂減速器、大臂電推缸構成。大臂機架由兩塊肋板經(jīng)銅套轉軸拼接在一起，大臂機架首端固定安裝在諧波減速器上蓋頂端并可繞該固定端做俯仰運動。大臂驅動電機和大臂減速器安裝在大臂電推缸上，三者作為大臂俯仰運動的驅動源側裝在大臂機架的正下方位置，大臂電推缸耳朵固定安裝在諧波減速器上蓋側面位置，大臂電推缸推桿固定安裝在大臂機架末端，從而實現(xiàn)大臂繞底座諧波減速器的俯仰運動。

小臂的俯仰運動基于杠桿原理，其主要包括小臂機架、小臂驅動電機、小臂減速器、小臂電推缸。小臂驅動電機和小臂減速器安裝在小臂電推缸上，三者作為小臂俯仰運動的驅動源側裝在大臂機架兩肋板之間，小臂電推缸耳朵經(jīng)銅套轉軸固定安裝在大臂機架兩肋板首部，小臂電推缸的推桿固定在小臂機架的首端，大臂機架末端固定在小臂首端略靠后位置，并以該點為支點。從而實現(xiàn)小臂的俯仰運動。

手腕俯仰運動同樣基于杠桿原理，其主要由手腕機架、手腕驅動電機、手腕減速器、手腕電推缸。該杠桿運動中驅動源與支點的布置形式于跟小臂俯仰運動中驅動源與支點的布置形式相同。手腕機架同樣由兩塊肋板組成，手腕驅動電機和手腕減速器安裝在手腕電推缸上，三者作為小臂俯仰運動的驅動源，安裝在小臂機架兩肋板之間，手腕電推缸耳朵經(jīng)銅套轉軸固定在小臂機架兩肋板首部位置，手腕電推缸耳朵經(jīng)銅套轉軸固定安裝在小臂機架兩肋板首部，手腕電推缸推桿固定在小臂機架的首端，小臂機架末端固定在手腕首端略靠后位置，并以該點為支點。從而實現(xiàn)手腕的俯仰運動。

所述圖像采集設備包括主、輔兩套圖像采集攝像機。所述主圖像采集攝像機為含有可控云臺的高清網(wǎng)絡攝像機，該攝像機安裝固定在底座基架的左下角位置。實現(xiàn)對移動車體和機械臂周邊情況的全方位實時觀測。輔攝像機為一高清網(wǎng)絡攝像機，其與激光測距儀一起安裝固定在一個密閉防水小盒內，該小盒安裝在手腕機架的正上方，輔攝像機可實現(xiàn)對末端執(zhí)行器的作業(yè)情況一目了然。所述激光測距儀安裝固定在手腕機架正上方的密閉小盒內，激光測距儀發(fā)出的激光束照射在工作平臺上，能夠對機械臂作業(yè)高度進行實時測量，確保機械臂在合適的位置作業(yè)。圖像采集裝置和激光測距儀相互獨立的安裝在機械臂上，圖像采集裝置和激光測距儀可實現(xiàn)對爬壁機器人的遠程控制，即使操作人員遠離爬壁機器人，同樣可以保證機器人在合適的位置以及合適的工作高度開展作業(yè)，大大拓展了機器人的應用范圍。

提出的一種搭載連桿式機械臂的爬壁機器人，其主要由移動車體1和連桿式機械臂2組成。所述移動車體1主要包括兩個相互獨立的車體模塊和四組結構相同的輪式永磁吸附單元101、107、110、116。所述車體模塊主要分為左車體模塊和右車體模塊，二者結構基本相同，且外形尺寸與內部結構均以二者連接平面為中心呈對稱布置，其中左車體模塊主要由左車箱體、左車箱體驅動電機102、左車箱體電機驅動器、左車箱體減速器105、左車箱體前輸出軸、左車箱體同步帶104、左車箱體同步帶輪、左車箱體后輸出軸119構成。

所述左車箱體主要由左車箱體上蓋板、左車箱體外側蓋板、左車箱體底部蓋板、左車箱體內側蓋板、左車箱體前端蓋板、左車箱體后端尾部蓋板、左車箱體外側把手103、左車箱體后端尾部把手120、左車箱體前端把手、左車箱體驅動電機與減速器支撐件106、左車箱體減速器固定支座108、左車箱體電機驅動器支撐固定支架、左前端蓋122、左后端蓋121、定位塊陰124、定位塊陽126構成。所述左車箱體外側蓋板、左車箱體底部蓋板、左車箱體前端蓋板、左車箱體后端尾部蓋板、左車箱體外側把手103、左車箱體后端尾部把手120、左車箱體前端把手分別布置在左車箱體四周，形成一個整體半封閉式結構。所述左車箱體上蓋板和左車箱體內側蓋板經(jīng)螺釘固定安裝在左車箱體上端面和內側端面上。左車箱體上蓋板右下角位置豎直排列有四個大小不同的防水防爆插頭孔，用來實現(xiàn)車體整體密封式走線設計和機械與電氣相隔離的功能。所述左車箱體驅動電機與減速器支撐件106經(jīng)螺釘固定在左車箱體內部，形成一種籠形結構，將左車箱體驅動電機和減速器106放置于籠子內部，不僅能穩(wěn)定的支撐驅動電機和減速器還能提高車體抗拉與抗壓強度。左車箱體電機驅動器支撐固定支架經(jīng)螺釘固定在左車箱體底盤內部側面凸出部位，左車箱體電機驅動器經(jīng)螺釘固定安裝于左車箱體電機驅動器支撐固定支架上。左車箱體減速器固定支座108上端固定在左車箱體減速器105的固定法蘭上，底端經(jīng)螺釘固定在左車箱體驅動電機與減速器支撐件106上，用來實現(xiàn)左車箱體減速器的固定與定位。所述左前端蓋122位于左車箱體前輸出軸與左車箱體側蓋板相接觸的外側位置，左后端蓋121位于左車箱體后輸出軸119與左車箱體側蓋板相接觸的外側位置，左前端蓋122和左后端蓋121跟輸出軸相接觸部位采用動、靜雙密封，從而實現(xiàn)將左車箱體內部和左車箱體外部環(huán)境隔離開。所述左車箱體在其與左車箱體上蓋板和側蓋板接觸的上端面與側端面均開設矩形密封溝槽，在其與左前端蓋與左后端蓋連接處以輸出軸為中心開設環(huán)形密封溝槽，當其與左車箱體上蓋板、側蓋板、左前端蓋和左后端蓋連接時通過密封溝槽內布置的橡膠O形圈實現(xiàn)車體的整體靜密封。在左車箱體前輸出軸跟左前蓋板相接觸位置與左車箱體輸出后軸跟左后蓋板相接觸位置處均開設有環(huán)形密封溝槽，用來放置橡膠O形圈，實現(xiàn)車體旋轉式動密封。最終達到整個車體全封閉式密封的目的。

所述左車箱體后端尾部把手120與左車箱體前端把手側面位置均豎直排列有一組通孔，右車箱體后端尾部把手118與右車箱體前端把手側面位置也同樣均豎直排列有一組通孔，當左右兩車箱體模塊拼接在一起后，位于左右車箱體前端把手和后端尾部把手上的通孔對正對齊，螺栓穿過該通孔跟螺母配合，實現(xiàn)左右車箱體的快速便捷拼接。在左車箱體底部蓋板與左車箱體內側蓋板相接觸位置的底盤中部，經(jīng)螺釘安裝固定有定位塊陰124，在右車箱體底部蓋板與右車箱體內側蓋板相接觸位置的底盤中部，經(jīng)螺釘安裝固定有定位塊陽126。定位塊陽126為一帶凸起結構，定位塊陰124為一帶凹陷結構，在定位塊陽126和定位塊陰124上均分布有三組豎直分布的螺紋孔，當定位塊陽126凸起部分與定位塊陰124凹陷部分配合在一起，左右車箱體對正組裝在一起，再經(jīng)螺釘將定位塊陽126與定位塊陰124擰緊。穿過把手側面通孔的螺栓與螺母以及定位塊雙重固定實現(xiàn)左右車箱體的快速拼接。

所述左車箱體驅動電機102和左車箱體減速器105固定裝配在一起后，豎直布置在左車箱體驅動電機與減速器支撐件106搭建構成的籠形結構內部。左車箱體減速器固定支座108為“凸”字形形狀，其上端經(jīng)左車箱體減速器105的固定法蘭孔固定在左車箱體減速器105上，其底端固定在左車箱體底蓋板上，實現(xiàn)左車箱體驅動電機和減速器的固定與定位。左車箱體前輸出軸貫穿左車箱體減速器后固定安裝在軸承支座上，左車箱子體輸出后軸119與左車箱體輸出前軸平行固定在軸承支座上，左車箱體前輸出軸和左車箱體后輸出軸119均一端固定安裝左車箱體同步帶輪123與125，一端固定安裝輪式永磁吸附單元101與107，兩個左車箱體同步帶輪123與125間張緊左車箱體同步帶104，從而將左車箱體驅動電機102輸出的力和力矩傳遞到左車箱體輸出后軸119上，從而實現(xiàn)單側車體兩磁輪的同速轉動，實現(xiàn)整個車體的四輪四驅形式。

所述輪式永磁吸附單元主要由環(huán)形釹鐵硼永磁體303、外側硅鋼導磁軛鐵302、內側硅鋼導磁軛鐵309、定位套308、磁輪外側橡膠304構成。所述環(huán)形釹鐵硼永磁體303采取軸向充磁方式，用于提供產(chǎn)生吸附力的強磁環(huán)境。外側硅鋼導磁軛鐵302為柱狀“山”字形結構，在其中心位置固定有用于磁輪驅動與裝配的外圓內方中空軸，且其內側面有四個環(huán)形陣列螺紋孔，用于配合外側硅鋼導磁軛鐵側面四個螺紋孔實現(xiàn)磁輪的裝配。內側硅鋼導磁軛鐵309為柱狀“王”字形結構，在其中心位置同樣固定有一外圓內方中空軸，用于磁輪裝配與驅動。內側硅鋼導磁軛鐵309內側面有兩組半徑不同的環(huán)形陣列孔，半徑較大的那一組環(huán)形陣列孔305用于實現(xiàn)環(huán)形釹鐵硼永磁體的拆卸維護與更換，半徑較小的那一組環(huán)形陣列孔306用于通過螺釘實現(xiàn)外側硅鋼導磁軛鐵302和內側硅鋼導磁軛鐵309的固定與定位。所述定位套308為一由非導磁性材料制成的定位元件，裝配時其一端套在外側硅鋼導磁軛鐵302外圓內方軸的外圓上，另一端套在內側硅鋼導磁軛鐵309外圓內方軸的外圓上，實現(xiàn)兩者的徑向定位，保證了兩者的同軸度。環(huán)形釹鐵硼永磁體303內嵌在外側硅鋼導磁軛鐵302與內側硅鋼導磁軛鐵309之間的凹槽內，內側與外側硅鋼導磁軛鐵包裹住環(huán)形釹鐵硼永磁體303側面和圓柱面。外側硅鋼導磁軛鐵302經(jīng)軸端螺釘301跟磁輪驅動軸307固定在一起，外側軛鐵302和內側硅鋼導磁軛鐵309通過各自側面的螺紋孔經(jīng)螺釘固定擰緊。磁輪外側橡膠304包覆在外側硅鋼導磁軛鐵302和內側硅鋼導磁軛鐵309外表面上，避免產(chǎn)生包覆在永磁體上使得永磁體高溫退磁的情況，磁輪外側橡膠304用來增大磁輪摩擦力，防止磁輪在轉動過程中出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，實現(xiàn)爬壁機器人在導磁壁面上靈活移動。該夾心式永磁吸附單元工作時，磁感線從環(huán)形釹鐵硼永磁體303N極流出，經(jīng)過外側硅鋼導磁軛鐵302的聚攏后，穿過導磁性壁面，流經(jīng)內側硅鋼導磁軛鐵309，最后流回環(huán)形釹鐵硼永磁體303S極，形成了閉合磁感線回路，提高了磁感線利用率，增大了爬壁機器人在導磁壁面上的吸附力。防止磁輪在轉動過程中出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，實現(xiàn)爬壁機器人在導磁壁面上靈活移動。

所述連桿式機械臂2為四自由度串聯(lián)機械臂，其四自由度分別為機械臂繞底座的回轉運動以及大臂、小臂、手腕的俯仰運動。大臂、小臂以及手腕的轉動軸線相互平行布置。連桿式機械臂2主要由底座回轉機構、大臂俯仰單元、小臂俯仰單元、手腕俯仰單元、圖像采集裝置、測距儀構成。

所述底座回轉機構主要由底座基架214、底座驅動電機、底座同步帶218、底座回轉同步小帶輪217、底座回轉同步大帶輪221、底座諧波減速器219、諧波減速器上蓋213以及束線裝置216構成。底座驅動電機的法蘭經(jīng)螺釘固定在底座基架214上表面右下角位置，位于底座基架214內部的底座回轉同步小帶輪217經(jīng)鍵固定安裝在底座驅動電機輸出軸上，底座諧波減速器219固定安裝在基座機架214上表面中前部，底座諧波減速器219輸入軸與基座內部的底座回轉同步大帶輪221連接在一起。兩個底座回轉同步帶輪217與221間張緊底座同步帶218，從而實現(xiàn)將底座驅動電機的輸出軸的力和力矩傳遞到底座諧波減速器219輸出軸上，諧波減速器上蓋213固定安裝在底座諧波減速器219輸出法蘭上，諧波減速器上蓋213跟連桿機械臂2連接，從而實現(xiàn)了整個機械臂繞底座的回轉運動；束線裝置216主要由上壓蓋和下壓蓋構成，束線裝置216固定安裝在底座驅動電機罩215的頂部，上壓蓋一端與下壓蓋一端靠轉軸固定連接在一起，形成類似合頁性質的開合機構，上、下壓蓋的另一端靠蝶形螺母實現(xiàn)上下壓蓋將線纜以及物料輸送管道壓緊。

大臂單元主要由大臂機架211、大臂驅動電機與減速器、大臂電推缸212構成。大臂機架211由兩塊肋板經(jīng)銅套轉軸拼接而成，大臂機架211首端固定安裝在諧波減速器上蓋213頂端并可繞該固定端做俯仰運動。大臂驅動電機與減速器安裝在大臂電推缸212上，三者作為大臂俯仰運動的驅動源側裝在大臂機架211的正下方位置，大臂電推缸213耳朵固定安裝在諧波減速器上蓋213側面位置，大臂電推缸212推桿固定安裝在大臂機架211末端，從而實現(xiàn)大臂繞底座諧波減速器的俯仰運動。

小臂的俯仰運動基于杠桿原理，其主要包括小臂機架210、小臂驅動電機與減速器202、小臂電推缸203。小臂驅動電機與減速器202安裝在小臂電推缸203上，三者作為小臂俯仰運動的驅動源側裝在大臂機架211兩肋板之間，小臂電推缸203耳朵經(jīng)銅套轉軸固定安裝在大臂機架211兩肋板首部，小臂電推缸203推桿固定在小臂機架210的首端，大臂機架211末端固定在小臂機架210首端略靠后位置，并以該點為支點。從而實現(xiàn)小臂的俯仰運動。

手腕俯仰運動同樣基于杠桿原理，其主要由手腕機架209、手腕驅動電機與減速器204、手腕電推缸205。該杠桿運動中驅動源與支點的布置形式于跟小臂俯仰運動中驅動源與支點的布置形式相同。手腕機架209同樣由兩塊肋板組成，手腕驅動電機與減速器204側裝在手腕電推缸205上，三者作為小臂俯仰運動的驅動源，安裝在小臂機架210兩肋板之間，手腕電推缸205耳朵經(jīng)銅套轉軸固定在小臂機架210兩肋板首部位置，手腕電推缸205的推桿固定在小臂機架210的首端，小臂機架210末端固定在手腕機架209首端略靠后位置，并以該點為支點。從而實現(xiàn)手腕的俯仰運動。

所述圖像采集設備包括主、輔兩套圖像采集攝像機。所述主圖像采集攝像機201為含有可控云臺的高清網(wǎng)絡攝像機，該攝像機安裝固定在底座基架214的左下角位置。實現(xiàn)對移動車體和機械臂周邊情況的全方位實時觀測。輔攝像機為一高清網(wǎng)絡攝像機，其與激光測距儀一起安裝固定在一個密閉防水小盒內207，該小盒207安裝在手腕機架209的正上方，輔攝像機可實現(xiàn)對末端執(zhí)行器208作業(yè)情況一目了然。所述激光測距儀安裝固定在手腕機架正上方的密閉小盒207內，激光測距儀發(fā)出的激光束照射在工作平臺上，能夠對機械臂作業(yè)高度進行實時測量，確保機械臂在合適的位置作業(yè)。圖像采集裝置和激光測距儀相互獨立的安裝在機械臂上，圖像采集裝置和激光測距儀可實現(xiàn)對爬壁機器人的遠程控制，即使操作人員遠離爬壁機器人，同樣可以保證機器人在合適的位置以及合適的工作高度開展作業(yè)，大大拓展了機器人的應用范圍。