一种两段结构的履带式爬壁机器人的制作方法

本发明涉及机器人的设计技术领域，特别是能吸附在钢铁壁面上并具有壁面过渡能力的一种爬壁机器人，具体地说是一种两段结构的履带式爬壁机器人。

背景技术：

目前，国内外对爬壁机器人做了广泛研究，并且已经有了一些比较成熟的产品应用于生产实践。

爬壁机器人较多采用轮式和履带式移动机构。履带式移动机构是轮式移动机构的拓展，履带本身起着给车轮连续铺路的作用。轮式运动效率高、结构简单、控制方便。履带式机构越野机动性好，爬坡、越沟等性能均优于轮式移动机构；但是履带式机构结构复杂、重量大、运动惯性大。也有少数爬壁机器人采用腿式机构，腿式运动适宜于粗糙和非结构化表面，机构自由度多，控制复杂。

爬壁机器人的吸附方式主要有负压吸附、仿生干性粘合剂吸附和磁力吸附等。负压吸附不受工作条件和工作介质限制，但是当吸附壁面有裂纹或凹凸时，吸盘容易漏气。干性粘合剂吸附是利用各种物体接触面之间的分子力进行吸附，可以在任意场合应用。磁力吸附方式仅适用于导磁材料的壁面。磁力吸附可以分为电磁铁吸附、永磁体吸附、电磁和永磁混合吸附。

由于壁面过渡功能实现起来较为复杂，所以相关研究还比较少，更没有成熟的产品问世。检索发现，申请号为2017100147777的中国专利提出了“一种吸附在钢铁壁面的爬壁机器人”，该机器人为双段式结构，基于电磁吸附原理，并通过一个专用的步进电机实现两段之间的折叠，进而获得壁面过渡功能。整个爬壁机器人需要5个电机提供主动力，增加了整机的重量。申请号为2017107478249的中国专利提出了“一种可实现直角壁面过渡的永磁吸附爬壁机器人”，该机器人为轮式结构，两段结构之间夹角的变化不能主动调节，降低了壁面过渡功能的可靠性。申请号为2011102210335的中国专利提出了“一种爬壁机器人的运动机构”，机器人由两个吸盘通过主从支架相铰接构成，能够实现尺蠖式移动和壁面过渡。申请号为2017206708427的中国专利提出了“双足爬壁机器人”，机器人由两个地磁铁作吸附在钢铁壁面，并能够实现壁面过渡。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状，而提供安全可靠、性能稳定，能在钢铁壁面上实现壁面过渡灵活行走的一种两段结构的履带式爬壁机器人。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种两段结构的履带式爬壁机器人，包括均为履带行走结构的前车段和后车段；前车段两侧的履带上以及后车段两侧的履带上均等间隔地设有多个利用通电产生的磁力使爬壁机器人能吸附在钢铁壁面上的电磁铁；前车段上和后车段上均安装有使电磁铁只有在随履带运动到底面时才能得电产生磁力的电磁吸附机构；前车段的宽度小于后车段的宽度，并且前车段的前车左后履带轮位于后车段的后车左前履带轮的内侧，前车段的前车右后履带轮位于后车段的后车右前履带轮的内侧；后车段上安装有由花键轴和用于驱动花键轴旋转实现动力输出的电动机组成的动力输出机构；动力输出机构动力传递相连有偏转离合机构；偏转离合机构包括利用离合实现后车段直线行走和爬壁机器人转向功能的后车偏转离合机构以及利用离合实现前车段直线行走和前车段相对后车段角度偏转的前车偏转离合机构；前车段和后车段间连接有能使前车段维持与后车段间偏转角度以完成爬壁机器人在不同夹角壁面上过渡行走的定位机构；定位机构维持的偏转角度以设定的弧度角递增或递减，设定的弧度角为10度、15度或45度；后车段上安装有用于对钢铁进行无损探测的探头。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

上述的前车段由前车架、前车左前履带轮、前车右前履带轮、前车左后履带轮、前车右后履带轮和两条履带组装构成；前车架的前部横向转动地安装有前轮轴，前车左前履带轮通过前车平键固定安装在前轮轴的左端，前车右前履带轮通过前车平键固定安装在前轮轴的右端；前车左后履带轮和前车右后履带轮均转动地安装在花键轴上，两条履带中的一条履带闭环式的与前车左前履带轮和前车左后履带轮相啮合，两条履带中的另一条履带闭环式的与前车右前履带轮和前车右后履带轮相啮合。

上述的后车段由后车架、后车左前履带轮、后车右前履带轮、后车左后履带轮、后车右后履带轮和两条履带组装构成；后车架由横臂和连接在该横臂左端的左臂以及连接在该横臂右端的右臂组成；后车左前履带轮和后车右前履带轮均转动地安装在花键轴上，花键轴上分别卡装有用于防止前车左后履带轮、前车右后履带轮、后车左前履带轮和后车右前履带轮发生轴向串动的限位卡簧；后车左前履带轮转动地位于左臂靠近前端的内侧，所述的后车右前履带轮转动地位于右臂靠近前端的内侧；后车左后履带轮通过一根短轴转动地安装在左臂相对靠近后端的内侧面上，后车右后履带轮通过另一根短轴转动地安装在右臂相对靠近后端的内侧面上；后车段上两条履带中的一条履带闭环式的与后车左前履带轮和后车左后履带轮相啮合，后车段上两条履带中的另一条履带闭环式的与后车右前履带轮和后车右后履带轮相啮合。

上述的电磁吸附机构由环形支撑架、工字架、导电铜板、支撑板和固定块组成；固定块通过螺栓固定在前车段的前车架上或后车段的后车架上；固定块成型有限位槽道，导电铜板包括正极导电铜板和负极导电铜板，正极导电铜板通过一块支撑板固定安装在限位槽道的一侧内壁上，负极导电铜板通过另一块支撑板固定安装在限位槽道的另一侧的内壁上；环形支撑架固定安装在固定块上并位于履带的内环中，该环形支撑架由两个结构相同呈左右对称设置的环形支撑架单元组成，两环形支撑架单元间形成有导向环形槽道；工字架的数量与电磁铁的数量对应相等，工字架的一端穿过履带并通过螺栓固定在履带上，电磁铁固定在对应的工字架上并通过该工字架固定在履带上，工字架的另一端穿过导向环形槽道；正极导电铜板和负极导电铜板间形成有导电通道，工字架中设置有弹性导电器，弹性导电器包括当工字架进入导电通道后能与正极导电铜板弹性滚动电接触的正极弹性导电器和能与负极导电铜板弹性滚动电接触的负极弹性导电器；正极弹性导电器和负极弹性导电器均通过电磁导线与电磁铁的线圈电连接。

上述的工字架由上横架、纵向连接柱和电磁铁固定座组成；电磁铁固定在电磁铁固定座上，纵向连接柱的一端与电磁铁固定座过盈配合相连接，该纵向连接柱的另一端穿过履带与上横架过盈配合相连接，纵向连接柱的两端均穿设有用于防止纵向连接柱发生周向转动的定位销；上横架的两端均加工有用于安装弹性导电器的导电器安装腔，弹性导电器防脱地安装在导电器安装腔中，该弹性导电器包括装配在导电器安装腔底部的压力弹簧和受压力弹簧的弹力作用能与导电铜板滚动电接触的钢球；电磁导线穿装在纵向连接柱中并与压力弹簧电连接。

上述的定位机构由呈u形结构的球头柱塞固定座、环形圆盘结构的球头柱塞卡紧盘和能弹性伸缩的球头柱塞组成；球头柱塞固定座的u形封闭端通过螺栓固定安装在后车架水平横臂的中心；球头柱塞固定安装在球头柱塞固定座的u形开口端的两侧臂上，每一侧臂上均安装有若干个球头柱塞，若干个球头柱塞等弧度设置且位于同一圆周线上；球头柱塞卡紧盘为两个，两个球头柱塞卡紧盘通过螺栓左右对称地夹紧固定在前车架的架尾上，架尾伸入到球头柱塞固定座的u形开口端中，每一球头柱塞卡紧盘上均加工有能使球头柱塞弹性卡入以维持前车段相对后车段固定偏转角度的定位凹坑；球头柱塞由圆柱形结构的柱塞外壳、复位弹簧和钢珠组成；柱塞外壳轴向加工有弹簧安装腔，复位弹簧经钢珠压装在柱塞外壳的弹簧安装腔中，并且弹簧安装腔的腔口加工有直径小于钢珠的直径用于防止钢珠脱出的环形台，钢珠伸出弹簧安装腔腔口的部分与定位凹坑弹性卡入相配合。

上述的后车架的左臂后端以及后车架的右臂后端均安装有用于张紧后车段的履带防止履带松弛的后车履带张紧机构；短轴通过后车履带张紧机构安装在后车架上；后车履带张紧机构由u形结构的抱箍、套杯、法兰盖、深沟球轴承和张紧螺栓组成；深沟球轴承固定安装在套杯内，短轴的一端紧配合穿设在深沟球轴承的内孔中，短轴通过深沟球轴承转动地安装在套杯上；u形结构的抱箍的两臂与后车架左臂的后端或后车架右臂的后端夹持相配合，套杯定位穿装在抱箍的两臂制有的套杯安装孔中，并且套杯和抱箍通过两根第一螺栓穿设安装在后车架的左臂上或后安装在后车架的右臂上，抱箍的封闭端焊接有张紧螺母，张紧螺栓与张紧螺母螺旋相配合，张紧螺栓的前端与后车架左臂的后端面或与后车架右臂的后端面顶接相配合；短轴上卡装有防止深沟球轴承脱出的限位卡簧，法兰盖通过螺钉固定在套杯上并与深沟球轴承的外圆相顶接；后车左后履带轮和后车右后履带轮均通过后车平键固定安装在短轴远离深沟球轴承的一端；相应地前车架上安装有用于张紧前车段两履带的前车履带张紧机构，前车履带张紧机构与后车履带张紧机构的结构相同，前轮轴通过前车履带张紧机构安装在前车架上。

上述的电动机安装在后车架左臂前端的外侧面上，后车架左臂的前端和后车架右臂的前端均安装有用于与花键轴转动支撑配合的深沟球轴承，花键轴的左端穿过左臂上的深沟球轴承的内孔与电动机的输出轴相连接，该花键轴的右端依次穿过后车左前履带轮、前车左后履带轮、固定在架尾左侧面的球头柱塞卡紧盘、架尾、固定在架尾右侧面的球头柱塞卡紧盘、前车右后履带轮和后车右前履带轮安装在右臂上的深沟球轴承的内孔中。

上述的后车偏转离合机构由第一花键齿轮、第一内齿轮、第一离合电机、第一螺杆、第一拨叉、第二花键齿轮、第二内齿轮、第二离合电机、第二螺杆和第二拨叉组成；第一离合电机固定安装在后车架的左端，第一螺杆与第一离合电机的动力输出轴固定相连接，第一拨叉的尾端与第一螺杆螺纹驱动相连接，第一内齿轮固定安装在后车左前履带轮中，第一花键齿轮能左右滑动地套装在花键轴位于后车左前履带轮和前车左后履带轮间的轴段上，所述的第一拨叉的前端卡装在第一花键齿轮的拨叉槽中；第二离合电机固定在后车架的右端，第二螺杆与第二离合电机的动力输出轴固定相连接，第二拨叉的尾端与第二螺杆螺纹驱动相连接，所述的第二内齿轮固定安装在后车右前履带轮中，第二花键齿轮能左右滑动地套装在花键轴位于后车右前履带轮和前车右后履带轮间的轴段上，第二拨叉的前端卡装在第二花键齿轮的拨叉槽中。

上述的前车偏转离合机构由第三花键齿轮、第三内齿轮、第三离合电机、第三螺杆、第三拨叉、第四花键齿轮、第四内齿轮、第四离合电机、第四螺杆、第四拨叉、第五内齿轮和第六内齿轮组成；第三离合电机固定在相对架尾左侧的前车架上，第三螺杆与第三离合电机的动力输出轴固定相连接，第三拨叉的尾端与第三螺杆螺纹驱动相连接，第三内齿轮固定安装在前车左后履带轮中，第五内齿轮固定安装在架尾的左侧面上且位于左侧的球头柱塞卡紧盘中，第三花键齿轮能左右滑动地套装在花键轴位于前车左后履带轮和架尾左侧面球头柱塞卡紧盘间的轴段上，第三拨叉的前端卡装在第三花键齿轮的拨叉槽中；第四离合电机固定在相对架尾右侧的前车架上，第四螺杆与第四离合电机的动力输出轴固定相连接，第四拨叉的尾端与第四螺杆螺纹驱动相连接，第四内齿轮固定安装在前车右后履带轮中，第六内齿轮固定安装在架尾的右侧面上且位于右侧的球头柱塞卡紧盘中，第四花键齿轮能左右滑动地套装在花键轴位于前车右后履带轮和架尾右侧面球头柱塞卡紧盘间的轴段上，第四拨叉的前端卡装在第四花键齿轮的拨叉槽中。

与现有技术相比，本发明的爬壁机器人由履带式行走结构的前车段和履带式行走结构的后车段组成，前车段和后车段的两段间连接有定位机构，定位机构能使前车段相对后车段偏转后保证一定的偏转角度，从而使爬壁机器能在不同角度的钢铁壁面上过渡行走。本发明的爬壁机器人还安装有由花键轴和电动机构成的动力输出机构以及偏转离合机构，偏转离合机构包括利用离合实现后车段直线行走和爬壁机器人转向功能的后车偏转离合机构以及利用离合实现前车段直线行走和前车段相对后车段角度偏转的前车偏转离合机构。本发明前车的履带上以及后车段的履带上均安装有电磁铁；并且前车段上和后车段上均安装有使电磁铁只有在随履带运动到底面时才能得电产生磁力的电磁吸附机构。

本发明设计合理、动作灵活、能通过安装的电磁铁使爬壁机器人吸附在水平或垂直的钢铁壁面上，利用偏转离合机构和定位机构实现爬壁机器人的直线行走、转弯和壁面过渡功能。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图；

图2是本发明电磁吸附机构的装配结构示意图；

图3是图2中工字架的结构示意图；

图4是本发明定位机构的装配结构示意图；

图5是本发明球头柱塞的剖示结构图；

图6是本发明偏转离合机构的装配结构示意图；

图7是本发明后车履带张紧机构的结构示意图；

图8是本发明后车履带张紧机构的立体装配结构示意图；

图9是本发明壁面过渡的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。

其中的附图标记为：压力弹簧a1、钢球a2、后车平键b、探头c、定位销d、拨叉槽e、前车履带张紧机构f、导电器安装腔k、探头固定架p、履带t、前车段1、前车架11、架尾111、前车左前履带轮12、前车右前履带轮13、前车左后履带轮14、前车右后履带轮15、前轮轴16、后车段2、后车架21、横臂211、左臂212、右臂213、后车左前履带轮22、后车右前履带轮23、后车左后履带轮24、后车右后履带轮25、短轴26、花键轴31、电动机32、第一花键齿轮411、第一内齿轮412、第一离合电机413、第一螺杆414、第一拨叉415、第二花键齿轮421、第二内齿轮422、第二离合电机423、第二螺杆424、第二拨叉425、第三花键齿轮511、第三内齿轮512、第三离合电机513、第三螺杆514、第三拨叉515、第四花键齿轮521、第四内齿轮522、第四离合电机523、第四螺杆524、第四拨叉525、第五内齿轮531、第六内齿轮541、定位机构6、球头柱塞固定座61、侧臂611、球头柱塞卡紧盘62、球头柱塞63、弹簧安装腔63a、柱塞外壳631、复位弹簧632、钢珠633、后车履带张紧机构7、抱箍71、套杯72、法兰盖73、深沟球轴承74、张紧螺栓75、第一螺栓76、张紧螺母77、限位卡簧78、环形支撑架81、导向环形槽道81a、工字架82、上横架821、纵向连接柱822、电磁铁固定座823、导电铜板83、导电通道83a、支撑板84、固定块85、电磁铁9。

图1至图8为本发明的结构示意图。如图所示，本发明公开了一种两段结构的履带式爬壁机器人，该爬壁机器人采用两段式的设计结构，即由前车段1和后车段2组合构成，前车段1和后车段2均为履带式行走结构。其中前车段1由前车架11、四个履带轮和两条履带t组装构成。四个履带轮分别为前车左前履带轮12、前车右前履带轮13、前车左后履带轮14和前车右后履带轮15。两条履带t包括一条与前车左前履带轮12和前车左后履带轮14啮合的前车左履带t以及一条前车右前履带轮13和前车右后履带轮15啮合的前车右履带t。后车段2则是由后车架21以及四个履带轮和两条履带t组装构成。四个履带轮分别为后车左前履带轮22、后车右前履带轮23、后车左后履带轮24和后车右后履带轮25。两条履带t则包括一条与后车左前履带轮22和后车左后履带轮24啮合的后车左履带t，以及一条与后车右前履带轮23和后车右后履带轮25啮合的后车右履带t。为了使爬壁机器人能够吸附在钢铁壁面上，并能在钢铁壁面上行走，前车段1左右两侧的履带t上以及后车段2左右两侧的履带t上均安装有多个利用通电产生的磁力使爬壁机器人能吸附在钢铁壁面上的电磁铁9；多个电磁铁9在履带t上呈等间隔地设置。电磁铁9的工作原理是：当电磁铁9得电时，电磁铁9能产生电磁吸附力，使得爬壁机器人能够吸附在钢铁壁面上；而当电磁铁9断电时，电磁吸附力则会随着消失。为了减少本发明电能的无效消耗，更重要的是为了使得电磁吸附力不会成为爬壁机器人移动时的阻力，本发明设计有电磁吸附机构，前车段1的左右两侧以及后车段2的左右两侧均安装有电磁吸附机构。电磁吸附机构能使电磁铁9只有在随履带t运动到底面时才能得电产生电磁力，离开底部时就断电。

为了使爬壁机器人在行走和面壁过渡时更加灵活，由图1可以看出，本发明的前车段1的宽度小于后车段2的宽度，并且前车段1的前车左后履带轮14位于后车段2的后车左前履带轮22的内侧，前车段1的前车右后履带轮15位于后车段2的后车右前履带轮23的内侧。前车左后履带轮14、前车右后履带轮15、后车左前履带轮22和后车右前履带轮23具有同一旋转轴心。

本发明的后车段2上安装有动力输出机构，动力输出机构由花键轴31和电动机32组成；电动机32用于驱动花键轴31旋转以实现动力的输出。该动力输出机构配装有用于实现动力传递输出的偏转离合机构；偏转离合机构为一种齿轮式离合机构，它包括利用动力的分离与结合来实现后车段2直线行走和爬壁机器人转向功能的后车偏转离合机构，以及利用动力的分离与结合来实现前车段1直线行走和前车段1相对后车段2角度偏转的前车偏转离合机构；前车段1能相对后车段2偏转一定的角度是实现爬壁机器人壁面过渡功能的关键，它能使爬壁机器人在不同角度的钢铁壁面间过渡行走。本发明的动力输出机构通过偏转离合机构能对前车段1和后车段2进行单独的动力输出控制，每段都可以单独行驶，也可以同时行驶，两段之间可以相对偏转一定的角度，从而实现从一个壁面到另外一个壁面的过渡。

本发明的前车段1和后车段2间连接有定位机构6，定位机构6在前车段1相对后车段2偏转后，能使前车段1维持与后车段2间偏转角度以完成爬壁机器人在不同夹角壁面上过渡行走。定位机构6维持的偏转角度以设定的弧度角递增或递减，设定的弧度角为10度、15度或45度，当然设定的弧度角也可以是任意需要的角度。当设定的弧度角为10度时，定位机构6维持的偏转角度以10度弧度角递增或递减，同理，当设定的弧度角为15度时，定位机构6维持的偏转角度以15度弧度角递增或递减，当设定的弧度角为45度时，定位机构6维持的偏转角度以45度弧度角递增或递减。从图1可以看到，后车段2的后车架21上安装有用于对钢铁进行无损探测的探头c。后车架21上固定有探头固定架p，探头c安装在探头固定架p上，通过探头固定架p安装在后车架21上。探头c用于通过超声波对钢铁壁面进行测厚作业。本发明的爬壁机器人由电动机32提供主动力，为爬壁机器人进行的爬行、转向和偏转动作提供动力。爬壁机器人采用履带式电磁吸附结构，能够在钢铁表面上实现直线行驶、转弯和壁面过渡功能。

实施例中，本发明的前车架11的前部横向转动地安装有前轮轴16，前车左前履带轮12通过前车平键固定安装在前轮轴16的左端，前车右前履带轮13通过前车平键固定安装在前轮轴16的右端；前车左前履带轮12和前车右前履带轮13通过前轮轴16安装在前车架11。前车左后履带轮14和前车右后履带轮15均以任意公知的技术方案转动地安装在花键轴31上，例如前车左后履带轮14和前车右后履带轮15均加工有光滑的中心孔，花键轴31可以在中心孔中旋转。两条履带t中的一条履带t闭环式的与前车左前履带轮12和前车左后履带轮14相啮合，两条履带t中的另一条履带t闭环式的与前车右前履带轮13和前车右后履带轮15相啮合。

实施例中，本发明的后车架21由横臂211和连接在该横臂211左端的左臂212以及连接在该横臂211右端的右臂213组成；后车左前履带轮22和后车右前履带轮23也是均转动地安装在花键轴31上，为了防止履带轮发生轴向移动，本发明的花键轴31上分别在前车左后履带轮14的两侧、前车右后履带轮15的两侧、后车左前履带轮22的两侧和后车右前履带轮23的两侧卡装有限位卡簧，通过限位卡簧的限位作用防止前车左后履带轮14、前车右后履带轮15、后车左前履带轮22和后车右前履带轮23发生轴向串动。本发明的后车左前履带轮22转动地位于左臂212靠近前端的内侧，后车右前履带轮23转动地位于右臂213靠近前端的内侧；后车左后履带轮24通过一根短轴26转动地安装在左臂212相对靠近后端的内侧面上，后车右后履带轮25通过另一根短轴26转动地安装在右臂213相对靠近后端的内侧面上；后车段2上两条履带t中的一条履带t闭环式的与后车左前履带轮22和后车左后履带轮24相啮合，后车段2上两条履带t中的另一条履带t闭环式的与后车右前履带轮23和后车右后履带轮25相啮合。

图2为本发明后车架21去除两履带轮及右臂213等其他零件后的电磁吸附机构的装配结构示意图。去除两履带轮及右臂213等其他零件是为了更清楚、更方便的看清本发明电磁吸附机构的装配结构。如图所示，本发明的电磁吸附机构由环形支撑架81、工字架82、导电铜板83、支撑板84和固定块85组成；固定块85通过螺栓固定在后车段2的后车架21上。同理固定块85也是通过螺栓固定在前车段1的前车架11上；后车架21的左右两侧各固定安装有两个固定块85，以对应两侧的履带驱动，同理前车架11的左右两侧也各固定安装有两个固定块85，每个固定块85均由两个相对设置的固定块单元组成。本发明在这里仅以后车架21右侧为例阐述(图2)，其它原理相同。本发明的固定块85成型有限位槽道，限位槽道能对导电铜板83和环形支撑架81的安装起到定位的作用。导电铜板83包括正极导电铜板和负极导电铜板，正极导电铜板用于连接电源的正极，负极导电铜板用于连接电源的负极。正极导电铜板通过一块支撑板84固定安装在限位槽道的一侧内壁上，负极导电铜板通过另一块支撑板84固定安装在限位槽道的另一侧的内壁上；从而使正极导电铜板和负极导电铜板间形成有一道导电通道83a。导电铜板83用于导电，导电铜板83固定在支撑板84上用于防止导电铜板83发生过度弯曲变形。环形支撑架81固定安装在固定块85上并位于履带t的内环中，环形支撑架81通过固定块85与车架(包括前车架11和后车架21)固定在一起，环形支撑架81能用于支撑履带t并防止履带t发生严重变形。

本发明的环形支撑架81同样是由两个结构相同呈左右对称设置的环形支撑架单元组成，两环形支撑架单元间形成有导向环形槽道81a；工字架82的数量与电磁铁9的数量对应相等。工字架82的一端穿过履带t并通过螺栓固定在履带t上，电磁铁9固定在对应的工字架82上并通过该工字架82固定在履带t上。工字架82的另一端穿过导向环形槽道81a；导向环形槽道81a能为工字架82的移动提供导向并防止工字架82左右偏移。工字架82中设置有弹性导电器，弹性导电器包括当工字架82进入导电通道83a后能与正极导电铜板弹性滚动电接触的正极弹性导电器和能与负极导电铜板弹性滚动电接触的负极弹性导电器；正极弹性导电器和负极弹性导电器均通过电磁导线与电磁铁9的线圈电连接。

如图3所示，工字架82由上横架821、纵向连接柱822和电磁铁固定座823组成；电磁铁9固定在电磁铁固定座823上，纵向连接柱822的一端与电磁铁固定座823过盈配合相连接，该纵向连接柱822的另一端穿过履带t与上横架821过盈配合相连接，为了防止上横架821和电磁铁固定座823相对纵向连接柱822发生周向转动，纵向连接柱822的两端均穿设有用于定位销d；上横架821的两端均加工有用于安装弹性导电器的导电器安装腔k，弹性导电器防脱地安装在导电器安装腔k中，该弹性导电器包括装配在导电器安装腔k底部的压力弹簧a1和受压力弹簧a1的弹力作用能与导电铜板83滚动电接触的钢球a2；电磁导线穿装在纵向连接柱822中并与压力弹簧a1电连接。

本发明的电磁吸附机构的工作原理是：履带t与履带轮啮合，履带t在履带轮的驱动下做回转运动。因为工字架82固定在履带t上，所以工字架82跟随履带t做回转运动，使得工字架82依次进入由正极导电铜板和负极导电铜板构成的导电通道83a内，使得工字架82上的正极弹性导电器的钢球a2和负极弹性导电器的钢球a2分别相对应地与正极导电铜板和负极导电铜板滚动导电相接触。由于钢球a2和压力弹簧a1均为金属件，而压力弹簧a1又通过电磁导线与电磁铁9的线圈电连接，使得电磁铁9在工字架82进入导电通道83a内后得电开始工作，产生磁力，从而使履带能吸附在铁制表面上。当工字架82退出导电通道83a时，电磁铁9断电，不再产生磁力。本发明爬壁机器人前车段1的每一条履带t上和后车段2的每一条履带t上安装的电磁铁9数量和间距均相等。每当有一个工字架82进入导电通道83a时，就会有一个工字架82退出导电通道83a，爬壁机器人前车段1的单侧履带t上和后车段2的单侧履带t上任一时间均只有固定数的工字架82处于导电通道83a中，即有固定数的电磁铁9处于工作状态。

为了实现爬壁机器人在不同夹角之间的钢铁壁面上过渡，爬壁机器人的两段即前车段1和后车段2之间需要相对偏转一定的角度，并且能够在壁面过渡期间保持相应的夹角。定位机构6就是使得两段之间能够维持一定角度的偏转。

如图4所示，本发明的定位机构6由球头柱塞固定座61、球头柱塞卡紧盘62和球头柱塞63组成；球头柱塞固定座61呈u形结构，球头柱塞固定座61的u形封闭端通过螺栓固定安装在后车架21水平横臂211的中心处；球头柱塞固定座61的u形开口端的两侧臂611上同轴加工有通孔，球头柱塞63通过螺栓固定安装在球头柱塞固定座61的两侧臂611上，每一侧臂611上均安装有若干个球头柱塞63，若干个球头柱塞63等弧度设置且位于同一圆周线上，该圆周线的圆心与侧臂611上的通孔同轴。球头柱塞63的数量可以是八个，八个球头柱塞63等弧度地安装，相邻两球头柱塞63间的弧度角为45度。相邻两球头柱塞63间的弧度角决定了定位机构6维持的偏转角度以多少弧度角递增和递减。当相邻两球头柱塞63间的弧度角为45度时，定位机构6维持的偏转角度以45度的弧度角递增和递减。同理当球头柱塞63的数量增加或减少改变了相邻两球头柱塞63间的弧度角时，例如相邻两球头柱塞63间的弧度角为10度时，则定位机构6维持的偏转角度以10度的弧度角递增和递减。相邻两球头柱塞63间的弧度角为15度时，则定位机构6维持的偏转角度以15度的弧度角递增和递减。

球头柱塞卡紧盘62呈环形圆盘结构，球头柱塞卡紧盘62为两个，两个球头柱塞卡紧盘62通过螺栓左右对称地夹紧固定在前车架11的架尾111上，架尾111加工有尾孔，以供花键轴31穿设，架尾111伸入到球头柱塞固定座61的u形开口端中，使尾孔的轴心与侧臂611的通孔的轴心在同一轴线上。球头柱塞卡紧盘62的轴心也与尾孔的轴心同轴，每一球头柱塞卡紧盘62上均加工有与球头柱塞63数量相等定位凹坑，球头柱塞63能弹性地卡入到定位凹坑中，从而使前车段1能相对与后车段2维持一定的固定偏转角度。

如图5所示，球头柱塞63由圆柱形结构的柱塞外壳631、复位弹簧632和钢珠633组成；柱塞外壳631轴向加工有弹簧安装腔63a，复位弹簧632经钢珠633压装在柱塞外壳631的弹簧安装腔63a中，并且弹簧安装腔63a的腔口加工有直径小于钢珠633的直径用于防止钢珠633脱出的环形台，复位弹簧632一端与弹簧安装腔63a底壁顶接配合，复位弹簧632的另一端顶接在钢珠633上，钢珠633在复位弹簧632的作用下弹性地安装在弹簧安装腔63a的腔口处，当钢珠633受到的外界的压力大于复位弹簧632的弹力时，钢珠633就会压缩复位弹簧632整体进入到弹簧安装腔63a中，当外界的对钢珠633的压力小于复位弹簧632的弹力时，钢珠633就会在复位弹簧632的弹力作用下顶接在弹簧安装腔63a的腔口处，钢珠633伸出弹簧安装腔63a腔口的部分能卡入到定位凹坑中。当钢珠633卡入到定位凹坑中后，球头柱塞卡紧盘62就不能相对球头柱塞固定座61转动。当钢珠633从定位凹坑中脱出后，球头柱塞卡紧盘62就能相对球头柱塞固定座61转动，即使前车段1相对后车段2偏转。

为了防止履带t松弛，本发明的后车架21的左臂212后端以及后车架21的右臂213后端均安装有用于张紧后车段的履带防止履带松弛的后车履带张紧机构7；短轴26通过后车履带张紧机构7安装在后车架21上。后车履带张紧机构7能通过带动短轴26移动，通过改变后车段2的前履带轮与后履带轮间的轴距，达到张紧履带的目的。后车履带张紧机构7由u形结构的抱箍71、套杯72、法兰盖73、深沟球轴承74和张紧螺栓75组成；深沟球轴承74固定安装在套杯72内，短轴26的一端紧配合穿设在深沟球轴承74的内孔中，短轴26通过深沟球轴承74转动地安装在套杯72上；u形结构的抱箍71的两臂与后车架21左臂212的后端或后车架21右臂213的后端夹持相配合(安装在左臂212后端的后车履带张紧机构7的抱箍71与后车架21左臂212的后端夹持相配合，安装在右臂213后端的后车履带张紧机构7同理)，套杯72定位穿装在抱箍71的两臂制有的套杯安装孔中，并且套杯72和抱箍71通过两根第一螺栓76穿设安装在后车架21的左臂212上或后安装在后车架21的右臂213上，抱箍71的封闭端焊接有张紧螺母77，张紧螺栓75与张紧螺母77螺旋相配合，张紧螺栓75的前端与后车架21左臂212的后端面或与后车架21右臂213的后端面顶接相配合；短轴26上卡装有防止深沟球轴承74脱出的限位卡簧78，法兰盖73通过螺钉固定在套杯72上并与深沟球轴承74的外圆相顶接；后车左后履带轮24和后车右后履带轮25均通过后车平键b固定安装在短轴26远离深沟球轴承74的一端。相应地本发明的前车架11上安装有用于张紧前车段两履带的前车履带张紧机构f，前车履带张紧机构f与后车履带张紧机构7的结构相同，前轮轴16通过前车履带张紧机构f安装在前车架11上。前车履带张紧机构f通过带动前轮轴16移动，使前车段1的两前履带轮与两后履带轮间的轴距发生变化，来实现履带的张紧。

本发明的电动机32安装在后车架21左臂212前端的外侧面上，后车架21左臂212的前端和后车架21右臂213的前端均安装有用于与花键轴31转动支撑配合的深沟球轴承，花键轴11的左端穿过左臂212上的深沟球轴承的内孔与电动机32的输出轴相连接，该花键轴31的右端依次穿过后车左前履带轮22、前车左后履带轮14、固定在架尾111左侧面的球头柱塞卡紧盘62、架尾111的尾孔、固定在架尾111右侧面的球头柱塞卡紧盘62、前车右后履带轮15和后车右前履带轮23安装在右臂213上的深沟球轴承的内孔中。

实施例中，如图6所示，后车偏转离合机构由第一花键齿轮411、第一内齿轮412、第一离合电机413、第一螺杆414、第一拨叉415、第二花键齿轮421、第二内齿轮422、第二离合电机423、第二螺杆424和第二拨叉425组成；第一离合电机413固定安装在后车架21的左端，第一螺杆414与第一离合电机413的动力输出轴固定相连接，第一拨叉415的尾端与第一螺杆414螺纹驱动相连接，第一内齿轮412固定安装在后车左前同步带轮22中，第一花键齿轮411能左右滑动地套装在花键轴31位于后车左前履带轮22和前车左后履带轮14间的轴段上，第一拨叉415的前端卡装在第一花键齿轮411的拨叉槽e中；当第一离合电机413工作时，驱动第一螺杆414旋转，使得第一拨叉415能在第一螺杆414的螺旋推动下作直线移动，从而带动第一花键齿轮411在花键轴31上做轴向移动。由于第一离合电机413能够正反转，使得第一花键齿轮411能够进入或退出第一内齿轮412。以下离合的动作原理类似，故不再重复。

第二离合电机423固定在后车架21的右端，第二螺杆424与第二离合电机423的动力输出轴固定相连接，第二拨叉425的尾端与第二螺杆424螺纹驱动相连接，第二内齿轮422固定安装在后车右前同步带轮23中，第二花键齿轮421能左右滑动地套装在花键轴31位于后车右前履带轮23和前车右后履带轮15间的轴段上，第二拨叉425的前端卡装在第二花键齿轮421的拨叉槽e中。

实施例中，前车偏转离合机构由第三花键齿轮511、第三内齿轮512、第三离合电机513、第三螺杆514、第三拨叉515、第四花键齿轮521、第四内齿轮522、第四离合电机523、第四螺杆524、第四拨叉525、第五内齿轮531和第六内齿轮541组成；第三离合电机513固定在相对架尾111左侧的前车架11上，第三螺杆514与第三离合电机513的动力输出轴固定相连接，第三拨叉515的尾端与第三螺杆514螺纹驱动相连接，第三内齿轮512固定安装在前车左后同步带轮14中，第五内齿轮531固定安装在架尾111的左侧面上且位于左侧的球头柱塞卡紧盘62中，第三花键齿轮511能左右滑动地套装在花键轴31位于前车左后履带轮14和架尾111左侧面球头柱塞卡紧盘62间的轴段上，第三拨叉515的前端卡装在第三花键齿轮511的拨叉槽e中；第四离合电机523固定在相对架尾111右侧的前车架11上，第四螺杆524与第四离合电机523的动力输出轴固定相连接，第四拨叉525的尾端与第四螺杆524螺纹驱动相连接，第四内齿轮522固定安装在前车右后履带轮15中，第六内齿轮541固定安装在架尾111的右侧面上且位于右侧的球头柱塞卡紧盘62中，第四花键齿轮521能左右滑动地套装在花键轴31位于前车右后履带轮15和架尾111右侧面球头柱塞卡紧盘62间的轴段上，第四拨叉525的前端卡装在第四花键齿轮521的拨叉槽e中。

本发明的定位机构的工作原理是：当爬壁机器人的前车段1和后车段2发生偏转时，即球头柱塞固定座61和球头柱塞卡紧盘62绕着花键轴31的轴线发生相对旋转时，球头柱塞63头部的钢珠633受到挤压力被挤出球头柱塞卡紧盘62的定位凹坑。当旋转的角度达到设定的弧度角或该设定的弧度角的倍数时，例如设定的弧度角为45°时，则旋转的角度达到45°或者90°(即45°的2倍)时，停止偏转。球头柱塞63头部的钢珠633再次卡进球头柱塞卡紧盘62的定位凹坑内，同时球头柱塞63所产生的阻力使得球头柱塞固定座61和球头柱塞卡紧盘62保持相对固定，即爬壁机器人的前车段1和后车段2保持一定夹角。

后车偏转离合机构的动作原理是：当爬壁机器人的后车段2进行直线行驶的时候，第三花键齿轮511和第四花键齿轮521处于如图6所示的位置，此时由于第三花键齿轮511和第四花键齿轮521均不与任何内齿轮啮合，因此花键轴31在前车段1的前车左后履带轮14和前车右后履带轮15两个履带轮的中心孔内空转，从而使得爬壁机器人的前车段1在定位机构的作用下保持在某一偏转角度，例如前车段1与后车段2间保持45度夹角。而第一花键齿轮411在第一离合电机413的带动下与第一内齿轮412相啮合，第二花键齿轮421在第二离合电机423的带动下与第二内齿轮422相啮合，从而驱动后车段2的两个前履带轮(即后车左前履带轮22和后车右前履带轮23)进行旋转，带动后车段2的左右两条履带作回转运动，使得爬壁机器人作直线爬行动作。

当爬壁机器人进行转向动作时，以向右转为例，第二花键齿轮421、第三花键齿轮511和第四花键齿轮521均处于如图6所示的位置，此时由于第二花键齿轮421、第三花键齿轮511和第四花键齿轮521均不与任何内齿轮啮合，因此花键轴31在后车右前履带轮23、前车左后履带轮14和前车右后履带轮15三个履带轮的中心孔内空转，从而使得爬壁机器人的前车段1在定位机构的作用下保持在某一偏转角度。第一花键齿轮411在第一离合电机413的带动下与第一内齿轮412相啮合，从而驱动后车左前履带轮22旋转，因为后车左履带t与后车左前履带轮22啮合，所以使得后车左履带t作回转运动。此时由于花键轴31在后车右前履带轮23中空转，使得后车右履带t处于静止状态，从而后车右履带t保持不动。因为后车左履带t和后车右履带t分别处于转动和静止两个状态，所以后车左履带t和后车右履带t存在差速旋转，从而实现爬壁机器人的转向。

前车偏转离合机构的动作原理是：当爬壁机器人进行偏转的时候，花键轴31在电动机32的带动下做旋转运动，第一花键齿轮411和第二花键齿轮421处于图6所示的位置不与任何内齿轮啮合，使得花键轴31在后车左前履带轮22和后车右前履带轮23的中心孔内空转，从而后车段2保持静止。而第三花键齿轮511在第三离合电机513的带动下与第五内齿轮531相啮合，第四花键齿轮521在第四离合电机523的带动下与第六内齿轮541相啮合。因为第五内齿轮531和第六内齿轮541都是固定在前车架11的架尾111上，第三花键齿轮511和第四花键齿轮521滑动地卡在花键轴31上并能够随着花键轴31绕轴线旋转，所以使得前车架11能够绕着花键轴31的轴线进行偏转，从而使前车段1相对于后车段2进行偏转，实现爬壁机器人的偏转动作。

前车段1的直线行走为：第一花键齿轮411和第二花键齿轮421位于图6所处的位置不与任何内齿轮啮合，使得花键轴31在后车左前履带轮22和后车右前履带轮23的中心孔内空转，第三花键齿轮511在第三离合电机513的带动下与第三内齿轮512相啮合，第四花键齿轮521在第四离合电机523的带动下与第四内齿轮522相啮合。由于第三内齿轮512固定在前车左后履带轮14上，而前车左后履带轮14又与前车左履带啮合，第四内齿轮522固定在前车右后履带轮15上，而前车右后履带轮15又与前车右履带啮合，使得前车段1的两条履带均作回转运动，从而使得爬壁机器人的前车段1作直线爬行动作。

本发明爬壁机器人的壁面过渡功能如图9所示。爬壁机器人的壁面过渡功能是基于偏转离合机构的偏转动作上的。当爬壁机器人在工作表面上进行直线爬行时，由爬壁机器人后车段2上的电磁铁9提供吸附力，吸附在工作表面上，前车段1翘起，与后车段2之间呈一定角度。当爬壁机器人进行壁面过渡以内直角墙角壁面过渡为例)时，爬壁机器人首先通过偏转离合机构进行偏转动作。当前车段1偏转至与工作表面之间的角度为90°时，花键轴31停止旋转，从而爬壁机器人停止偏转，并且在定位机构6的作用下，爬壁机器人的前车段1和后车段2保持相对固定。然后第三花键齿轮511在第三离合电机513的带动下退出第五内齿轮531，第四花键齿轮521在第四离合电机523的带动下退出第六内齿轮541。花键轴31再次旋转，花键轴31在前车段1的两个履带轮的中心孔内空转。接着第一花键齿轮411在第一离合电机413的带动下与第一内齿轮412相啮合，第二花键齿轮421在第二离合电机423的带动下与第二内齿轮422相啮合，带动后车段的两个履带轮旋转，从而使得后车段作直线行驶逼近钢铁墙面。当前车段1碰到墙壁并吸附在墙壁上时，花键轴31停止转动，第一花键齿轮411在第一离合电机413的带动下，从第一内齿轮412中退出，第二花键齿轮421在第二离合电机423的带动下从第二内齿轮422中退出，移至图6所示位置，后车段2静止。第三花键齿轮511在第三离合电机513的带动下与第三内齿轮512啮合，第四花键齿轮521在第四离合电机523的带动下与第四内齿轮522啮合，带动前车段1的两个履带轮旋转，从而使得前车段1吸附在钢铁墙壁上并作直线行驶运动。当前车段1行驶一段距离后，爬壁机器人进行偏转动作，使得后车段2吸附到钢铁墙壁上。然后再次进行偏转运动，使得前车段1翘起，与后车段2之间呈一定角度，从而完成壁面过渡。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。