一种用于腔体内作业的足式机器人的真空吸附腿部机构

1.本发明涉及检修机器人技术领域，尤其涉及一种用于腔体内作业的足式机器人的真空吸附腿部机构。


背景技术：

2.分相封闭母线是大型发电厂的常用的设施，其使用范围为：从发电机出线端子开始，到主变压器低压侧引出端子的主回路母线，自主回路母线引出至厂用高压变压器和电压互感器、避雷器等设备柜的各分支线。而核电站的封闭母线外壳一般为圆柱形，外壳直径约在1400mm，中间导体直径800mm左右，中间导体主要通过支撑绝缘子支撑，使导体与外壳隔离，其中支撑绝缘子一般为圆周120
°
均布3个或圆周90
°
均布4个。封闭母线长度均在20米以上，外壳需要进行拼接，拼接主要采用焊接的形式，在外壳内部会有焊缝凸台或凹坑的存在，且母线并非全部为水平布置，存在转弯、倾斜和竖直状态，造成母线外壳腔体内部环境复杂。同时由于各种外在影响及内部因素，在封闭母线内可能产生一些异物及缺陷，比如人工检修时遗留的金属丝、胶皮等异物，运行过程中出现的支撑绝缘子瓷瓶开裂等缺陷，异物及缺陷如不及时处理，势必会对封闭母线设备的安全可靠运行带来极大危害，严重影响电力生产。而传统的核电厂封闭母线检修主要通过检修人员钻入铝合金材质的封闭母线管道内部，检修时需对所有的支撑绝缘子、盆子和封闭母线外壳进行检查，通过目视检查及手工清理的方式进行异物清理和缺陷检查，存在过程复杂，费时费力，效率低下及较大的安全风险，因此封闭母线检修机器人化、智能化、数字化势在必行。
3.而因封闭母线内绝缘子为圆周布置，大量绝缘子在半空中，且封闭母线内部存在坑洞等障碍物，现有的普通足式机器人无法满足在外壳腔体内进行圆周360
°
行走需要，而封闭母线导体和外壳均为铝合金等非磁性材料，无法采用磁吸附的方式。且设备内部环境复杂，对机器人的可靠性要求高，核电站现有的检修手段主要通过选用身材较为瘦小的检修人员进入封闭母线内部进行人工检修，暂未实现机器人进入设备内部进行检修。
4.且因封闭母线为密闭空间环境，检修人员进入封闭母线内部活动受限，可能导致中暑、卡住等一系列安全问题，存在较大安全风险。而普通足式检修机器人，虽然能够进行检修等作业，但是其采用刚性支腿，不能实现在外壳腔体内进行圆周360
°
行走的需要，当机器人运动方向与弧面轴线方向成一定夹角时，很容易出现机器人吸附不稳而出现掉落等问题，无法满足封闭母线内部全方位检查。
5.所以设计一种能辅助检修机器人在腔体内360
°
范围安全可靠移动的腿部机构，确保机器人在检查过程中吸附稳定，能适应一定范围得设备圆弧曲率变化的机器人腿部结构是本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

6.针对上述问题，本发明提供了一种用于腔体内作业的足式机器人的真空吸附腿部机构，其具有真空吸附能力，能辅助机器人在封闭母线腔体的内弧形面上进行360
°
范围内
可靠的吸附及行走。
7.本发明的技术方案是一种用于腔体内作业的足式机器人的真空吸附腿部机构，包括第一关节舵机、第二关节舵机和第三关节舵机，所述第一关节舵机一端通过底座与机器人主体固定连接，所述第一关节舵机另一端通过十字舵机连接架与第二关节舵机活动连接，所述第二关节舵机另一端设置有第三关节舵机，所述第三关节舵机与末端连接件一端活动连接，所述末端连接件另一端设置有真空吸盘组件。
8.进一步的，所述第二关节舵机与第三关节舵机之间通过水平舵机连接架固定连接。
9.进一步的，所述末端连接件中部设置有电磁阀，所述电磁阀通过伸缩软管与真空吸盘组件连通，用于控制真空吸盘组件的吸气和排气。
10.进一步的，所述电磁阀为常闭电磁阀，所述电磁阀底部设置有阀座，所述阀座底部设置有通气管，所述伸缩软管上端与通气管连接，所述通气管上设置有防脱凸台。
11.进一步的，所述真空吸盘组件包括真空吸盘和吸盘连接件，所述吸盘连接件下端与真空吸盘通过吸盘锁紧螺母固定连接，所述吸盘连接件上端固定连接有气嘴，所述气嘴与伸缩软管下端连通，所述气嘴上设置有防脱凸台。
12.进一步的，所述真空吸盘组件与末端连接件之间通过关节轴承活动连接。
13.进一步的，所述关节轴承通过轴承安装座与末端连接件连接，所述真空吸盘组件与关节轴承内壁固定连接。
14.进一步的，所述轴承安装座与末端连接件轴向滑动连接，所述轴承安装座下端设置有轴承盖，所述轴承盖用于约束关节轴承旋转的角度，所述轴承盖与末端连接件之间设置有压缩弹簧，所述压缩弹簧套设在轴承安装座上。
15.进一步的，所述水平舵机连接架上安装有控制板，所述控制板与第一关节舵机、第二关节舵机和第三关节舵机控制连接。
16.进一步的，所述控制板上设置有盖板。
17.本发明的有益效果是：
18.1、本发明的真空吸附腿部机构主要用于腔体内作业的足式机器人，常采用四个或者六个一起使用，组成足式机器人的行走腿，其末端采用真空吸盘组件，使其具有真空吸附能力，能够吸附在壳体内弧面上，辅助机器人在封闭母线腔体的内弧形面上进行360
°
范围内可靠的吸附及行走；
19.2、其采用第一关节舵机、第二关节舵机和第三关节舵机三个关节舵机，使腿部机构更加灵活，弯曲、转动的方位更加全面，能够适应封闭母线腔体复杂的内部环境；
20.3、真空吸盘组件与末端连接件之间通过关节轴承活动连接，使真空吸盘组件可以通过关节轴承轴向自由旋转，使真空吸盘组件可自由的适应一定弧度范围内的封闭母线腔体，解决了机器人在不同弧度的封闭母线腔体内吸附和机器人运动方向与弧面轴线方向不平行时机器人吸附不上的难题；
21.4、轴承安装座与末端连接件轴向滑动连接，且所述轴承盖与末端连接件之间设置有压缩弹簧，使关节轴承与末端连接之间具有伸缩能力，当封闭母线腔体内壁出现凸台、焊缝等障碍时，可自适应的调整腿部高度，解决了机器人在运动过程中腿部踩在凸台等障碍上时，可能导致舵机因运动位置未到位而出现堵转等控制问题，同时解决了机器人运动时
与弧面轴线方向出现夹角时，机器人腿部可能悬空的问题。
附图说明
22.图1为本发明的立体结构示意图；
23.图2为本发明中末端连接件和真空吸盘组件的立体结构示意图；
24.图3为本发明中末端连接件和真空吸盘组件的剖面结构图；
25.图4为本发明中第一关节舵机、第二关节舵机和第三关节舵机连接时的剖面结构图；
26.图5为本发明中十字舵机连接架的结构示意图；
27.图中：1、第一关节舵机；2、第二关节舵机；3、第三关节舵机；4、底座；5、十字舵机连接架；6、末端连接件；7、真空吸盘组件；71、真空吸盘；72、吸盘连接件；73、吸盘锁紧螺母；74、气嘴；8、水平舵机连接架；9、电磁阀；10、伸缩软管；11、阀座；12、通气管；13、防脱凸台；14、关节轴承；15、轴承安装座；16、轴承盖；17、压缩弹簧；18、控制板；19、盖板。
具体实施方式
28.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
29.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
31.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
32.此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
33.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
34.实施例一：如图1-5所示，本发明提供了一种用于腔体内作业的足式机器人的真空吸附腿部机构，一种用于腔体内作业的足式机器人的真空吸附腿部机构，包括第一关节舵机1、第二关节舵机2和第三关节舵机3，所述第一关节舵机1一端通过底座4与机器人主体固
定连接，所述第一关节舵机1另一端通过十字舵机连接架5与第二关节舵机2活动连接，所述第二关节舵机2另一端设置有第三关节舵机3，所述第三关节舵机3与末端连接件6一端活动连接，所述末端连接件6另一端设置有真空吸盘组件7。
35.即第一关节舵机1通过底座4与机器人主体固定连接，一般是多个真空吸附腿部机构对称安装在机器人主体两侧，然后十字舵机连接架5分别与第一关节舵机1和第二关节舵机2的转动部位连接，使第二关节舵机2相对于第一关节舵机1既能上下运动也能左右运动，而第二关节舵机2与第三关节舵机3一体连接固定，而末端连接件6与第三关节舵机3转动部位连接，使末端连接件6相对于第三关节舵机3可以上下移动。末端连接件6可以是“7”字型，可以是竖直的，也可以具有一定弧度，可根据实际使用的工作环境进行选择。末端连接件6相对于机器人主体就具有了多个自由度的移动能力，即第一关节舵机1使末端连接件6上的真空吸盘组件7具有前后移动的能力，驱动其前进后退，而第二关节舵机2和第三关节舵机3主要控制真空吸盘组件7的上下角度，使其更高与母线腔体的内弧形面垂直，更加准确的吸附到腔体上。
36.本发明提供的真空吸附腿部机构主要用于腔体内作业的足式机器人，常采用四个或者六个一起使用，组成足式机器人的行走腿，其末端采用真空吸盘组件7，使其具有真空吸附能力，能够吸附在壳体内弧面上，辅助机器人在封闭母线腔体的内弧形面上进行360
°
范围内可靠的吸附及行走；其采用第一关节舵机1、第二关节舵机2和第三关节舵机3三个关节舵机，使腿部机构更加灵活，弯曲、转动的方位更加全面，能够适应封闭母线腔体复杂的内部环境；真空吸附组件7改变了现有支腿与母线腔体刚性接触的状态，真空吸附组件7具有一定的柔性和缓冲，同时能够吸附在母线腔体上，行走范围更广。
37.所述第二关节舵机2与第三关节舵机3之间通过水平舵机连接架8固定连接。实现了第二关节舵机2和第三关节舵机3一体运动。所述水平舵机连接架8上安装有控制板18，所述控制板18与第一关节舵机1、第二关节舵机2和第三关节舵机3控制连接。所述控制板18上设置有盖板19，盖板19采用3d打印而成，用于保护内部控制板18。即采用独立控制板18对应腿部机构上的关节舵机，当腿部出现故障时，方便机器人腿部快速更换。
38.实施例二：如图2-3所示，在实施例一的基础上，所述末端连接件6中部设置有电磁阀9，所述电磁阀9通过伸缩软管10与真空吸盘组件7连通，用于控制真空吸盘组件7的吸气和排气。即采用独立的电磁阀9控制对应的真空吸盘组件7的吸气和排气，当真空吸盘组件7出现故障时，方便机器人腿部快速更换。
39.具体的，所述电磁阀9为常闭电磁阀，所述电磁阀9底部设置有阀座11，所述阀座11底部设置有通气管12，所述伸缩软管10上端与通气管12连接，所述通气管12上设置有防脱凸台13。常闭电磁阀用于控制真空吸盘71的吸气及排气，当机器人意外掉电时，因电磁阀9为常闭，可防止机器人意外掉落。
40.所述真空吸盘组件7包括真空吸盘71和吸盘连接件72，所述吸盘连接件72下端与真空吸盘71通过吸盘锁紧螺母73固定连接，所述吸盘连接件72上端固定连接有气嘴74，所述气嘴74与伸缩软管10下端连通，所述气嘴74上设置有防脱凸台13。
41.即电磁阀9控制的通气管12与真空吸盘71之间采用伸缩软管10连接，伸缩软管10具有一定的伸缩量，同时也能够进行偏移折叠等运动，使真空吸盘71移动时，不会造成连接通气管12的伸缩软管10的脱落或者断裂。
42.实施例三：如图2-3所示，在实施例一或者二的基础上，所述真空吸盘71组件7与末端连接件6之间通过关节轴承14活动连接。具体的，所述关节轴承14通过轴承安装座15与末端连接件6连接，所述真空吸盘组件7与关节轴承14内壁固定连接。
43.即真空吸盘组件7与末端连接件6之间通过关节轴承14活动连接，使真空吸盘组件7可以通过关节轴承14轴向自由旋转，使真空吸盘组件7可自由的适应一定弧度范围内的封闭母线腔体，解决了机器人在不同弧度的封闭母线腔体内吸附和机器人运动方向与弧面轴线方向不平行时机器人吸附不上的难题。
44.实施例四：如图2-3所示，在实施例三的基础上，所述轴承安装座15与末端连接件6轴向滑动连接，所述轴承安装座15下端设置有轴承盖16，所述轴承盖16用于约束关节轴承14旋转的角度，所述轴承盖16与末端连接件6之间设置有压缩弹簧17，所述压缩弹簧17套设在轴承安装座15上。
45.轴承安装座15与末端连接件6轴向滑动连接，且所述轴承盖16与末端连接件6之间设置有压缩弹簧17，使关节轴承14与末端连接之间具有伸缩能力，当封闭母线腔体内壁出现凸台、焊缝等障碍时，可自适应的调整腿部高度，解决了机器人在运动过程中腿部踩在凸台等障碍上时，可能导致舵机因运动位置未到位而出现堵转等控制问题，同时解决了机器人运动时与弧面轴线方向出现夹角时，机器人腿部可能悬空的问题。
46.即真空吸盘71可以在末端连接件6轴向上相对滑动，压缩弹簧17用于真空吸盘71在竖直方向上自适应移动，可自动补偿真空吸盘71的位置，使真空吸盘71完全的与弧形壁面贴合。当真空吸盘71与弧形腔体壁面接触时，压缩弹簧17自动压缩，真空吸盘71、轴承安装座15等可沿竖直方向运动。因运动时不能确保每个腿部所处位置与程序设定值相同，因此需弹簧自动调节压缩量，关节轴承14自动调整与轴线方向的夹角，使真空吸盘71始终与弧形壁面紧密接触。控制初设压缩弹簧17压缩量为弹簧压缩行程的一半，如果某条腿运动位置不到位，弹簧可自动补偿，如果运动位置超标，弹簧自动压缩，减去超标量。
47.一般关节轴承14安装在轴承安装座15内，可使底端的真空吸盘71沿关节轴承14的轴线方向旋转，而为了避免真空吸盘71过大选择而反正，采用了轴承盖16对关节轴承14进行约束，使底端的真空吸盘71沿关节轴承14的轴线方向
±
15
°
范围内旋转，既能满足其自由的适应一定弧度范围内的封闭母线腔体的需求，同时保证了其使用安全，防止其翻转。
48.真空吸盘71采用硅胶材质，质软且与金属壁面摩擦系数大，可为机器人提供强大的吸附力及抓地力；伸缩软管10具有一定的伸缩能力，可适应腿部末端的伸缩。
49.本发明提供的用于腔体内作业的足式机器人的真空吸附腿部机构，一般四个、六个或者八个一起使用，对称安装在机器人主体两侧，其具有真空吸附能力，能辅助机器人在封闭母线腔体的内弧形面上进行360
°
范围内可靠的吸附及行走。如用于封闭母线腔体内检查六足机器人的行走机构，辅助其完成封闭母线腔体内巡检并清扫异物，解决了传统封闭母线腔体内检查需检修人员通过检修口进入腔体内部的问题，通过机器人代替人工，降低了检修人员在对封闭母线检修的安全风险。
50.当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

技术特征：
1.一种用于腔体内作业的足式机器人的真空吸附腿部机构，其特征在于：包括第一关节舵机(1)、第二关节舵机(2)和第三关节舵机(3)，所述第一关节舵机(1)一端通过底座(4)与机器人主体固定连接，所述第一关节舵机(1)另一端通过十字舵机连接架(5)与第二关节舵机(2)活动连接，所述第二关节舵机(2)另一端设置有第三关节舵机(3)，所述第三关节舵机(3)与末端连接件(6)一端活动连接，所述末端连接件(6)另一端设置有真空吸盘组件(7)。2.根据权利要求1所述的用于腔体内作业的足式机器人的真空吸附腿部机构，其特征在于：所述第二关节舵机(2)与第三关节舵机(3)之间通过水平舵机连接架(8)固定连接。3.根据权利要求1所述的用于腔体内作业的足式机器人的真空吸附腿部机构，其特征在于：所述末端连接件(6)中部设置有电磁阀(9)，所述电磁阀(9)通过伸缩软管(10)与真空吸盘组件(7)连通，用于控制真空吸盘组件(7)的吸气和排气。4.根据权利要求3所述的用于腔体内作业的足式机器人的真空吸附腿部机构，其特征在于：所述电磁阀(9)为常闭电磁阀，所述电磁阀(9)底部设置有阀座(11)，所述阀座(11)底部设置有通气管(12)，所述伸缩软管(10)上端与通气管(12)连接，所述通气管(12)上设置有防脱凸台(13)。5.根据权利要求1所述的用于腔体内作业的足式机器人的真空吸附腿部机构，其特征在于：所述真空吸盘组件(7)包括真空吸盘(71)和吸盘连接件(72)，所述吸盘连接件(72)下端与真空吸盘(71)通过吸盘锁紧螺母(73)固定连接，所述吸盘连接件(72)上端固定连接有气嘴(74)，所述气嘴(74)与伸缩软管(10)下端连通，所述气嘴(74)上设置有防脱凸台(13)。6.根据权利要求1所述的用于腔体内作业的足式机器人的真空吸附腿部机构，其特征在于：所述真空吸盘组件(7)与末端连接件(6)之间通过关节轴承(14)活动连接。7.根据权利要求6所述的用于腔体内作业的足式机器人的真空吸附腿部机构，其特征在于：所述关节轴承(14)通过轴承安装座(15)与末端连接件(6)连接，所述真空吸盘组件(7)与关节轴承(14)内壁固定连接。8.根据权利要求7所述的用于腔体内作业的足式机器人的真空吸附腿部机构，其特征在于：所述轴承安装座(15)与末端连接件(6)轴向滑动连接，所述轴承安装座(15)下端设置有轴承盖(16)，所述轴承盖(16)用于约束关节轴承(14)旋转的角度，所述轴承盖(16)与末端连接件(6)之间设置有压缩弹簧(17)，所述压缩弹簧(17)套设在轴承安装座(15)上。9.根据权利要求3所述的用于腔体内作业的足式机器人的真空吸附腿部机构，其特征在于：所述水平舵机连接架(8)上安装有控制板(18)，所述控制板(18)与第一关节舵机(1)、第二关节舵机(2)和第三关节舵机(3)控制连接。10.根据权利要求9所述的用于腔体内作业的足式机器人的真空吸附腿部机构，其特征在于：所述控制板(18)上设置有盖板(19)。

技术总结
本发明公开了一种用于腔体内作业的足式机器人的真空吸附腿部机构，包括第一关节舵机、第二关节舵机和第三关节舵机，所述第一关节舵机一端通过底座与机器人主体固定连接，所述第一关节舵机另一端通过十字舵机连接架与第二关节舵机活动连接，所述第二关节舵机另一端设置有第三关节舵机，所述第三关节舵机与末端连接件一端活动连接，所述末端连接件另一端设置有真空吸盘组件。其具有真空吸附能力，能辅助机器人在封闭母线腔体的内弧形面上进行360


技术研发人员：佃松宜 马丛俊 向国菲 郭斌
受保护的技术使用者：四川大学
技术研发日：2023.06.29
技术公布日：2023/8/28