一种磁力分布吸附式三轮爬壁机器人的制作方法

本发明属于工业机器人技术领域，涉及一种爬壁机器人，特别涉及一种磁力分布吸附式三轮爬壁机器人。

背景技术：

石油储运行业中，金属储油罐的外形尺寸与焊缝安全是影响油料计量精度与作业安全的重要因素。储油罐外形尺寸庞大，传统的人工检定和检测作业，存在着工作量大、精度低、操作复杂、作业安全系数低等缺点。所以，采用机器人技术的自动化作业方式已经成为一种无法回避的发展趋势。

现有的金属吸附式爬壁机器人，多采用永磁体履带式吸附、永磁体行走轮吸附和单块永磁体吸附盘式吸附方式，有些也采用负压吸附方式。但对金属罐体而言，负压吸附方式存在着能耗高、无缆供电困难等缺陷，不具备实用价值。金属吸附式爬壁机器人，在行走机构上基本分为履带式和四轮及以上的对称轮式。对称轮式结构要解决行走面凹凸不平的问题，需增加连杆或弹簧式的轮高自动调整机构。所以，包括履带式结构在内，现有的金属爬壁机器人均具有体积大、重量重、转向困难、有效载荷小等缺点，这使得爬壁机器人在金属罐体检定和检测作业中受到较多的限制。高精度的距离测量是金属罐体检定工作的重要内容，焊缝检测有助于发现罐体的安全问题，目前尚未发现具有此类功能的金属爬壁机器人。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种体积小、重量轻、有效载荷大、容易转向的磁力分布吸附式三轮爬壁机器人，不仅能不受限制地进行金属罐体检定和检测作业，而且能进行高精度的距离测量和焊缝检测。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种磁力分布吸附式三轮爬壁机器人，包括底盘，底盘的前部安装有第二安装平台，第二安装平台上固接有“乙”字形的支架，支架的自由端安装有万向轮；底盘后部并排安装有两个第一安装平台，第一安装平台上安装有直流电机和红外光电编码器，直流电机上安装有后轮，后轮内镶嵌有红外反射编码盘；底盘的底面上均布有若干个第一磁铁；底盘前端和后端均安装有红外避障传感器，底盘上还设置有超声波传感器、控制系统、倾角传感器和电池，超声波传感器通过可伸缩的连杆与底盘相连接；控制系统分别与倾角传感器、超声波传感器、所有的红外避障传感器、所有的红外光电编码器和所有的直流电机信号连接；使用时，第一磁铁的数量可增减，第一安装平台和第二安装平台的高度可调整。

本发明爬壁机器人采用嵌入了圆环形磁体和配备了红外反射编码盘的车轮、三轮结构的车体与可调节高低且有均匀分布的圆形磁体的小车底盘，具有结构简单、吸附均匀牢靠、自重轻、质心低、转向灵活、功能丰富、智能化程度高等优点，克服了现有的爬壁机器人体积大、重量重、转向困难、有效载荷小等缺点，可高精度的进行距离测量和焊缝检测；具有重要的应用价值。

附图说明

图1是本发明爬壁机器人的示意图。

图2是图1的右视图。

图3是本发明爬壁机器人中后轮的示意图。

图4是图3的右视图。

图中：1.底盘，2.倾角传感器，3.电池，4.第一磁铁，5.红外避障传感器，6.前轮，7.控制系统，8.超声波传感器，9.直流电机，10.后轮，11.红外光电编码器，12.第一安装平台，13.第二安装平台，14.支架，15.连接架，16.豁口，17.外壳，18.保护套，19.第二磁铁，20.红外反射编码盘，21.轴套。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

如图1和图2所示，本发明爬壁机器人，包括底盘1，底盘1的前端加工有豁口16，底盘1的前部安装有第二安装平台13，第二安装平台13上固接有“乙”字形的支架14，支架14的一端与第二安装平台13固接，支架14的另一端为自由端，支架14的自由端铰接有连接架15，连接架15可以在支架14上向任意方向转动，连接架15上安装有前轮6，前轮6位于豁口16内，豁口16的直径大于前轮6的回转直径；底盘1后部并排安装有两个第一安装平台12，第二安装平台13和两个第一安装平台12构成“品”字形；第一安装平台12上安装有直流电机9和红外光电编码器11，直流电机9的电机轴上安装有后轮10；底盘1上安装有若干个第一磁铁4，该若干个第一磁铁4均布于底盘1的底面上；底盘1前端安装有两个红外避障传感器5，底盘1后端也安装有两个红外避障传感器5；第二安装平台13和第一安装平台12之间的底盘1上并排设置有超声波传感器8、控制系统7、倾角传感器2和电池3。

超声波传感器8通过连杆与底盘1相连接，该连杆可以伸缩。

第一磁铁4采用带倒角圆孔的环形磁铁，可安装平头螺丝，并通过螺孔与底盘1相连接。第一磁铁4均位于底盘1的底面上。

第一安装平台12和两个第二安装平台13均通过四根长螺栓与底盘1连接。第一安装平台12和第二安装平台13的高度可以上下调整。

电池3分别与两台直流电机9和控制系统7相连。

如图3和图4所示，本发明爬壁机器人中的后轮10，包括桶形的外壳17，外壳17的开口端朝向第二安装平台13，外壳17的外侧壁上套装有保护套18，外壳17开口端的端面向内加工有环形的凹槽，该凹槽内安装有第二磁铁19；外壳17内固接有管状的轴套21；外壳17内侧壁与轴套21之间的外壳17的底板上镶嵌有红外反射编码盘20。轴套21套装在直流电机9的电机轴上。

第二磁铁19为圆环形钕铁硼磁铁。

红外电光编码器11的红外探头伸入后轮10内且正对红外反射编码盘20。

前轮6的结构与后轮10的结构基本相同，两者之间的区别是：前轮6上没有安装红外反射编码盘20。

控制系统7分别与倾角传感器2、超声波传感器8、所有的红外避障传感器5、所有的红外光电编码器11和所有的直流电机9信号连接。

本发明爬壁机器人中的前轮6和连接架15组成万向轮，两个后轮10为驱动轮，通过驱动轮上的红外光电编码器11可以测量并计算金属罐体周长等尺寸。超声波传感器8通过一个连杆连接在底盘1上，使用时可以将超声波传感器8放置在底盘1外，不使用时可以收回到底盘1上。在底盘1四周装有四个红外避障传感器5，配合控制系统7和超声波传感器8在系统内部规划好行走路线。

本发明爬壁机器人，采用三轮结构可以很好地防止由于金属储油罐表面不平整所造成的车体吸附不稳的现象发生，因为三轮结构能够避免车轮两边的高低不同所带来的问题，同时，车轮中镶嵌的圆环形磁体能够带来一定的吸附力，而且底盘1的若干个第一磁铁能进一步增加吸附力。该三轮结构简单，且可以延长本发明爬壁机器人的使用寿命，能够搭载更多的附载，也有减少成本和后期维护的功能。

本发明爬壁机器人中采用了若干个均布于底盘1底面上的可拆卸的第一磁铁4，可以不用整块大尺寸的磁体，解决了小车体积大和重量重的问题。同时可以通过改变第一磁体4的安装数量，调整本爬壁机器人的吸附力，能够防止由于整块大尺寸磁体的吸附力过大所造成的转向困难的现象。加之，不同的罐体或者实际使用情况的不同可能使小车需要更大的吸附力，或者需要减少吸附力来使小车可以顺畅的行走，以减少耗能和电机磨损。所以，底盘1上的可拆卸环形磁体能够让使用者可以根据现场的实际情况来调整吸附力。适合的吸附力可以避免由于瞬间启动车轮所造成的车轮打滑问题，减少了光电码盘的误差率。

为了使小车可以沿着焊缝自动行走，本发明爬壁机器人采用将反射红外编码盘20嵌入车轮、超声波引导和避障传感器三种方式相结合的做法。首先超声波传感器8用于检测焊缝数据和收集焊缝的痕迹，同时通过避障传感器5来检测罐体上的障碍物，在控制系统7内部绘制出小车的行进路线，并由控制系统7控制小车的具体行走路线。因为本发明爬壁机器人是在焊缝旁边沿着焊缝行走，不可以骑在焊缝上，所以超声波传感器8在使用时要放置在车身外部，使用完之后，再通过连杆旋转收回。

本发明爬壁机器人用后轮10内安装的红外反射编码盘20配合安装在底盘1上的红外光电编码器11可以精确的得知此时每个后轮10的速度和行进距离，并且由控制系统7控制每个后轮10的速度，使两个后轮10产生速差，使得前轮6获得转向的功能。由于外壳17的外侧壁上套装有橡胶制成的保护套18，既防止打滑也可以起到保护第二磁铁19的作用。通过编码盘可以得出金属罐体的周长等尺寸，方便后期的维护，并且前轮6安装在第一安装平台12上，后轮10、直流电机9和红外光电编码器11安装在第二安装平台13上，且三个安装平台分别独立安装在底盘1上，为适应不同侧表面曲率，可以通过调节该三个安装平台在底盘1上的高度，来控制底盘1底面的高度。通过底盘高度的调整也可调整底盘对罐体吸附力的大小。

本发明爬壁机器人运行过程中，倾角传感器2主要检测车体在罐体侧面的行走路线是否水平，以及与水平线的夹角，以规划车体的行进路线。