海上平台干式桩腿内壁爬行机器人的制作方法

本发明涉及一种海上平台干式桩腿内壁爬行机器人，属于机械设计领域。

背景技术：

桩腿是维持海上平台稳固与安全的重大基础部件。实际应用中，受平台系统的移位与落座，船舶碰撞，平台系统偏载，海生物附着，海水、风浪、潮流侵蚀等因素的影响，桩腿会出现锈蚀、破裂、变形、局部变薄、应力集中等方面的问题，这些问题若得不到及时处理，会在内外因素共同作用下而不断的恶化与扩大，进而危机桩腿乃至整个平台系统的安全。因此，开发桩腿缺陷检测系统，有利于桩腿结构安全隐患的及时发现与处理。

目前，桩腿缺陷与隐患的检测主要分现场检测和在坞检修。现场检测主要靠人工爬行及肉眼观察等办法，该方法通常伴随着高空作业，操作难度大，效率低，具有一定的危险性，且可检测范围受限；在坞检修比较彻底，但需要将平台及桩腿拖进船坞进行，需要耗费大量的人力、财力。

本发明以某海上平台干式桩腿内部结构为原型，该桩腿内部圆柱空间分为两个半圆柱部分，其中一个半圆柱空间安装有多层工作平台、爬梯、护栏等结构，结构较为复杂，不适宜机器人的爬行。另一个半圆柱空间为上下直通式结构，内部结构较为简单。基于以上结构，本发明开发一种可在桩腿内壁上下直通部分空间往复爬行的机器人，以搭载桩腿内壁缺陷检测设备，实现桩腿内壁缺陷的巡回检测功能。系统应用于平台现场，可及时发现桩腿内壁缺陷，提高桩腿乃至整个平台系统的安全性，节省桩腿检修成本。

技术实现要素：

本发明以某海上平台干式桩腿内部结构为应用原型，开发一种可在桩腿内壁往复爬行的机器人。机器人可适应桩腿内部半圆形爬行空间的限制，并可跨越两节桩腿连接处的凸缘障碍。为实现上述目标，本发明采用以下技术方案：

机器人总体由上腿组、下腿组及躯干三部分组成。

机器人上腿组与下退组结构完全相同，主要由电磁吸盘（1）、三角底板（2）、腿组“U”型推板（3）、腿组架（16）、腿架底板（5）、“T”型腿杆（10）、“T”型滑槽（4）、腿部丝杆（9）、小步进电机（7）等部分组成。三条“T”型腿杆（10）的一端分别通过螺钉三角底板（2）相连，并呈三角形分布。三组电磁吸盘（1）分别通过螺钉固定于三角底板（2）的另一侧，并呈三角形分布。三组“T”型滑槽（4）分别通过螺钉固定在腿组架（16）上，三条 “T”型腿杆（10）可分别在对应的“T”型滑槽（4）内轴向滑动。小步进电机（7）通过小电机支架（6）固定在腿架底板（5）的端部，小步进电机（7）输出轴与腿部丝杆（9）弹性连接，腿部丝杆（9）两端通过腿部轴承-轴承座（8）支撑，腿部轴承-轴承座（8）通过螺钉固定在腿架底板（5）上。腿组“U”型推板（3）为 “U”型结构，其开口端分别通过螺钉固定在腿部驱动螺母（24）的两侧面，其低端面通过螺钉固定于三角底板（2）的中心处。腿组架（16）与腿架底板（5）做为整体结构。

机器人躯干主要有大步进电机（11）、躯干底板（13）、滑轨（14）、滑槽（20）、躯干“U”型推板（19）、躯干丝杆（18）、躯干驱动螺母（17）等部件组成。大步进电机（11）通过大电机支架（12）固定在躯干底板（13）上，且电机输出轴与躯干丝杆（18）之间为柔性连接。躯干丝杆（18）两端分别由躯干轴承-轴承座（21、22）支撑，躯干轴承-轴承座（21、22）通过螺栓固定在躯干底板（13）上。躯干“U”型推板（19）的开口端分别通过螺钉固定在躯干驱动螺母（17）的两侧，躯干“U”型推板（19）的底端通过螺栓固定于下腿组件腿组架（16）的下平面。两条矩形滑轨（14）对称焊接在躯干“U”型推板（19）的两侧板上。两个与滑轨（14）相匹配的滑槽（20）通过滑槽安装板（15）固定在躯干底板（13）的下端。躯干底板底座（23）通过螺栓固定于上腿组件的腿组架（16）的上平面。

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：

1、由步进电机及丝杆-螺母机构实现机器人本体的伸缩，机器人爬行步长可以在丝杆最大行程范围内任意调控。可根据桩腿内部结构情况实时调节纵向信息采集密度。另外，当检测到机器人落脚处有障碍物时，可通过改变步长的方法跨越障碍。

2、腿脚杆及电磁吸盘均呈三角形分布，机构稳定可靠。

3、机器人整机驱动系统为纯电动，系统可控性强，无泄漏污染，且机构小巧。

附图说明

图1 机器人整体装配主视图

图2 机器人装配右视图

图3 “U”型推板及滑块机构主视图

图4 “U”型推板及滑块机构左视图

图5躯干滑槽主视图

图6躯干滑槽剖面图

图7躯干底板机构主视图

图8 躯干底板右视图

图9 腿杆组件主视图

图10 腿杆组件右视图

图11腿杆“T”型滑槽主视图

图12腿杆“T”型滑槽左视图

图13腿组架主视图

图14腿组架左视图

图中： 1、电磁吸盘，2、三角底板，3、腿组“U”型推板，4、“T”型滑槽，5、腿架底板，6、小电机支架，7、小步进电机，8、腿部轴承-轴承座，9、腿部丝杆，10、“T”型腿杆，11、大步进电机，12、大电机支架，13、躯干底板，14、滑轨，15、滑槽安装板，16、腿组架，17、躯干驱动螺母，18、躯干丝杆，19、躯干“U”型推板，20、滑槽，21,22、躯干轴承-轴承座，23、躯干底板底座，24、腿部驱动螺母。

具体实施方式

机器人总体由上腿组、下腿组及躯干三部分组成。

机器人上腿组与下退组结构完全相同，主要由电磁吸盘（1）、三角底板（2）、腿组“U”型推板（3）、腿组架（16）、腿架底板（5）、“T”型腿杆（10）、“T”型滑槽（4）、腿部丝杆（9）、小步进电机（7）等部分组成。三条“T”型腿杆（10）的一端分别通过螺钉三角底板（2）相连，并呈三角形分布。三组电磁吸盘（1）分别通过螺钉固定于三角底板（2）的另一侧，并呈三角形分布。三组“T”型滑槽（4）分别通过螺钉固定在腿组架（16）上，三条 “T”型腿杆（10）可分别在对应的“T”型滑槽（4）内轴向滑动。小步进电机（7）通过小电机支架（6）固定在腿架底板（5）的端部，小步进电机（7）输出轴与腿部丝杆（9）弹性连接，腿部丝杆（9）两端通过腿部轴承-轴承座（8）支撑，腿部轴承-轴承座（8）通过螺钉固定在腿架底板（5）上。腿组“U”型推板（3）为 “U”型结构，其开口端分别通过螺钉固定在腿部驱动螺母（24）的两侧面，其低端面通过螺钉固定于三角底板（2）的中心处。腿组架（16）与腿架底板（5）做为整体结构。

机器人躯干主要有大步进电机（11）、躯干底板（13）、滑轨（14）、滑槽（20）、躯干“U”型推板（19）、躯干丝杆（18）、躯干驱动螺母（17）等部件组成。大步进电机（11）通过大电机支架（12）固定在躯干底板（13）上，且电机输出轴与躯干丝杆（18）之间为柔性连接。躯干丝杆（18）两端分别由躯干轴承-轴承座（21、22）支撑，躯干轴承-轴承座（21、22）通过螺栓固定在躯干底板（13）上。躯干“U”型推板（19）的开口端分别通过螺钉固定在躯干驱动螺母（17）的两侧，躯干“U”型推板（19）的底端通过螺栓固定于下腿组件腿组架（16）的下平面。两条矩形滑轨（14）对称焊接在躯干“U”型推板（19）的两侧板上。两个与滑轨（14）相匹配的滑槽（20）通过滑槽安装板（15）固定在躯干底板（13）的下端。躯干底板底座（23）通过螺栓固定于上腿组件的腿组架（16）的上平面。

以上所述为本发明的一个实例，我们还可对其机械结构进行一些变换，以应用于其它管式内壁结构的爬行。只要其机器人的机械结构设计思想同本发明所叙述的一致，均应视为本发明所包括的范围。