一种弧面自贴合磁吸附爬壁检测机器人的制作方法

本发明涉及工业机器人领域，具体是一种弧面自贴合磁吸附爬壁检测机器人。

背景技术：

爬壁机器人是在垂直墙壁上爬行并代替人工进行作业的机器人。爬壁机器人主要应用于大型储油罐的除漆及喷漆处理、探伤检查或罐壁厚度检测，建筑物表面的清洁及喷涂作业，桥梁的探伤检测，船舶表面的清洗及喷漆维护，还可应用于高层建筑物的反恐侦察等。

申请号201510173038.3公开了一种用于磁粉探伤检测的爬壁机器人，其包括行动装置、喷磁装置、磁化装置、打标装置；在机架上安装有减震结构的磁吸附轮。该结构为框架式结构，搭建较为简单。但其工作过程中重力的方向与磁轮吸力的方向垂直，因而其驱动轮加装弹簧并不能很好的实现减震的功能，且当弹簧变形时同步带轮的中心距将会改变，可能造成同步带过紧无法转动或者过松而无法有效传递扭矩。且检测效率低，不能进行大面积检测。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种弧面自贴合磁吸附爬壁检测机器人。该机器人为框架式开放结构，重量轻，吸附力更大，运动更灵活，行走更稳定，检测更准确，易于加工，易于拆装。

本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种弧面自贴合磁吸附爬壁检测机器人，其特征在于该机器人包括中间主车架、安全防护机构、浮动车架、摆动磁吸附轮组、编码器轮浮动机构和无损检测往复机构；

所述中间主车架包括上固定车架、压缩弹簧、弹簧导杆、控制盒盖和下浮动车架；所述下浮动车架与上固定车架的下表面连接，上固定车架与下浮动车架能够相对滑动；所述上固定车架的上表面对称地固定有弹簧导杆；所述压缩弹簧嵌套在弹簧导杆上，下端与上固定车架接触，上端与下浮动车架的l型连接板接触；所述控制盒盖与上固定车架连接；

所述安全防护机构包括防坠滑动架、防坠滑动挂钩和防坠滑动挂钩滑轮；所述防坠滑动架两端固定在上固定车架上，中间为光滑的滑动杆；所述防坠滑动挂钩为y型结构，一端通孔与市售的差速防坠器的锁环连接，另一端y型结构分叉部分安装有防坠滑动挂钩滑轮；防坠滑动挂钩滑轮与防坠滑动架的滑动杆配合；

所述浮动机构包括左浮动机构和右浮动机构，分别对称地安装在机器人的左右两侧，左浮动机构和右浮动机构的结构完全相同；所述左浮动机构包括摆动车架旋转轴、浮动车架、长浮动连接杆和短浮动连接杆；两个短浮动连接杆一端的通孔分别与下浮动车架前后两侧的凸起轴连接转动，另一端与长浮动连接杆一端的通孔通过转轴连接转动；所述长浮动连接杆的另一端的两个通孔与浮动车架紧固连接，长浮动连接杆中部的旋转孔与上固定车架上的固定旋转轴连接；所述摆动车架旋转轴安装在浮动车架上；

所述摆动磁吸附轮组包括左摆动磁吸附轮组和右摆动磁吸附轮组，分别对称地安装在机器人的左右两侧，左摆动磁吸附轮组和右摆动磁吸附轮组的结构完全相同；所述左摆动磁吸附轮组包括驱动单元、磁吸附轮转动轴、摆动车架、同步带、磁吸附轮、同步带轮和摆动减震弹簧；所述摆动减震弹簧一端与摆动车架连接，另一端与浮动车架连接；所述摆动车架与摆动车架旋转轴连接，可绕摆动车架旋转轴转动；摆动车架前后分别安装有两个磁吸附轮转动轴，两个磁吸附轮转动轴上各自同轴固定有一个同步带轮和一个磁吸附轮，其中一个磁吸附轮转动轴与驱动单元同轴连接；两个同步带轮之间通过同步带连接；

所述编码器轮浮动机构包括编码器轮、编码器、浮动弹簧、编码器轮固定支架、编码器弹簧导柱和编码器轮浮动支架；所述编码器轮固定支架与浮动车架固定连接；所述编码器弹簧导柱的一端伸入编码器轮固定支架的通孔并固定，另一端与编码器轮浮动支架的一端固定连接；所述编码器弹簧导柱上套有浮动弹簧；浮动弹簧一端与编码器轮固定支架接触，另一端与编码器轮浮动支架接触；所述编码器轮浮动支架另一端的转轴上安装有编码器轮和编码器，编码器轮的轮孔和编码器的轴同轴固定；编码器的外壳与编码器轮浮动支架固定连接；

所述无损检测往复机构包括往复运动驱动单元、探头固定件、无损检测探头、壁面压紧弹簧、探头支架、滑轨、往复运动同步带轮、往复运动同步带、同步带夹紧机构和无损检测往复机构支架；所述无损检测往复机构支架与摆动车架固定连接；两个往复运动同步带轮分别安装在无损检测往复机构支架的左右两端，通过往复运动同步带连接；所述往复运动驱动单元与其中一个往复运动同步带轮同轴固定；所述滑轨固定在无损检测往复机构支架上；所述同步带夹紧机构安装在滑轨的滑块上；所述探头支架与同步带夹紧机构固定连接；所述探头固定件通过转轴与探头支架连接并绕轴转动，转轴上嵌套有壁面压紧弹簧；所述无损检测探头通过轴与探头固定件连接。

与现有技术相比，本发明有益效果在于：

1、该机器人为框架式开放结构，重量轻，吸附力更大，运动更灵活，行走更稳定，检测更准确，易于加工，易于拆装。

2、由于本机器人具有较多的被动自由度，加装弹簧限制过于灵活的被动自由度，且能起到减震作用，因而无论壁面为何种弧面，机器人处于任何位姿，机器人四个磁吸附轮都能垂直于曲面切面行走。当磁轮垂直于曲面切面即夹角为90度时，磁吸附单元的磁利用率最高，磁力也最大，机器人从壁面脱落的概率就越低，发生事故的可能性就越小。

3、磁吸附轮为单极充磁加轭铁导磁的磁吸附方式，磁场范围大，与导磁壁面距离较大时磁力衰减较小，吸附稳定，能够跨越较高的凸起的焊缝，保证机器人不从壁面脱落；保证机器人吸附壁面的可靠性，同时增加转弯的灵活性，使爬壁机器人运动更加灵活，在检测作业时能够更快的到达工作区域。

4、安全防护机构能够使机器人在任意方向移动，处于任意位姿时，防坠器线缆都不会缠绕到爬壁机器人上，不影响其在壁面上的爬行。

5、卸磁简单，通过卸磁棒将导磁体旋转90度，使得导磁体与壁面间的磁力减至最小，可轻松将机器人从壁面取下。

6、磁吸附轮外表面包有防滑橡胶，保证与壁面较大的摩擦系数，防止运动过程中打滑。

7、无损检测往复机构的滑轨较长，检测面积大，效率高，检测探头能够通过壁面压紧弹簧紧紧贴合弧形导磁壁面，使得检测更加准确。

附图说明

图1是本发明弧面自贴合磁吸附爬壁检测机器人一种实施例的整体结构轴测示意图；

图2是本发明弧面自贴合磁吸附爬壁检测机器人一种实施例的整体主视示意图；

图3是本发明弧面自贴合磁吸附爬壁检测机器人一种实施例的整体仰视示意图；

图4是本发明弧面自贴合磁吸附爬壁检测机器人一种实施例的中间主车架轴测图；

图5是本发明弧面自贴合磁吸附爬壁检测机器人一种实施例的安全防护机构轴侧图；

图6是本发明弧面自贴合磁吸附爬壁检测机器人一种实施例的中间主车架、安全防护机构和浮动机构安装示意图；

图7是本发明弧面自贴合磁吸附爬壁检测机器人一种实施例的摆动磁吸附轮组轴测图；

图8是本发明弧面自贴合磁吸附爬壁检测机器人一种实施例的编码器轮浮动机构和摆动减震弹簧的安装示意图；

图9是本发明弧面自贴合磁吸附爬壁检测机器人一种实施例的磁吸附轮轴测示意图；

图10是本发明弧面自贴合磁吸附爬壁检测机器人一种实施例的磁吸附轮内部结构示意图；

图11是本发明弧面自贴合磁吸附爬壁检测机器人一种实施例的磁吸附轮卸磁时轴测图；

图12是本发明弧面自贴合磁吸附爬壁检测机器人一种实施例的编码器轮浮动机构整体结构主视示意图；

图13是本发明弧面自贴合磁吸附爬壁检测机器人一种实施例的无损检测往复机构整体结构轴侧图；

图14是本发明弧面自贴合磁吸附爬壁检测机器人一种实施例的机器人贴合罐体的工作原理图；(图中：1、中间主车架；2、安全防护机构；3、浮动机构；4、摆动磁吸附轮组；5、编码器轮浮动机构；6、无损检测往复机构；101、上固定车架；102、压缩弹簧；103、弹簧导杆；104、控制盒盖；105、下浮动车架；201、防坠滑动架；202、防坠滑动挂钩；203、防坠滑动挂钩滑轮；301、摆动车架旋转轴；302、浮动车架；303、长浮动连接杆；304、短浮动连接杆；401、驱动单元；402、磁吸附轮转动轴；403、摆动车架；404、同步带；405、磁吸附轮；406、同步带轮；407、摆动减震弹簧；405-1、外层包胶；405-2、轮壳体；405-3、轮壳盖；405-4、吸附单元；405-5、轴承；405-6、导磁体；501、编码器轮；502、编码器；503、浮动弹簧；504、编码器轮固定支架；505、编码器弹簧导柱；506、编码器轮浮动支架；601、往复运动驱动单元；602、探头固定件；603、无损检测探头；604、壁面压紧弹簧；605、探头支架；606、滑轨；607、往复运动同步带轮；608、往复运动同步带；609、同步带夹紧机构；610、无损检测往复机构支架)

具体实施方式

下面给出本发明的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本申请权利要求的保护范围。

本发明提供了一种弧面自贴合磁吸附爬壁检测机器人(参见图1-14，简称机器人)，其特征在于该机器人包括中间主车架1、安全防护机构2、浮动车架3、摆动磁吸附轮组4、编码器轮浮动机构5和无损检测往复机构6；

所述中间主车架1居于整个机器人的中心，包括上固定车架101、压缩弹簧102、弹簧导杆103、控制盒盖104和下浮动车架105；所述下浮动车架105通过上固定车架101上的u型滑槽与上固定车架101的下表面连接，上固定车架101与下浮动车架105能够相对滑动；所述上固定车架101的上表面对称地固定有弹簧导杆103；所述压缩弹簧102嵌套在弹簧导杆103上，下端与上固定车架101接触，上端与下浮动车架105的l型连接板接触，通过压缩弹簧102的压缩拉伸使得上固定车架101与下浮动车架105产生相对运动；所述控制盒盖104通过螺钉与上固定车架101连接，其内部空间可以安装控制器；

所述安全防护机构2包括防坠滑动架201、防坠滑动挂钩202和防坠滑动挂钩滑轮203；所述防坠滑动架201两端通过螺钉固定在上固定车架101上，中间为光滑的滑动杆；所述防坠滑动挂钩202为y型结构，一端通孔与市售的差速防坠器的锁环连接，另一端y型结构分叉部分安装有防坠滑动挂钩滑轮203；防坠滑动挂钩滑轮203与防坠滑动架201的滑动杆配合，可在其上滑动；当机器人在任意方向移动，处于任意位姿时，防坠滑动挂钩202都能够在防坠滑动架201的滑动杆上滑动而不会将防坠器线缆缠绕到机器人上；

所述浮动机构3包括左浮动机构和右浮动机构，分别对称地安装在机器人的左右两侧，左浮动机构和右浮动机构的结构完全相同；所述左浮动机构包括摆动车架旋转轴301、浮动车架302、长浮动连接杆303和短浮动连接杆304；两个短浮动连接杆304一端的通孔分别与下浮动车架105前后两侧的凸起轴连接转动，另一端与长浮动连接杆303一端的通孔通过转轴连接转动；所述长浮动连接杆303的另一端的两个通孔通过螺钉与浮动车架302紧固连接，长浮动连接杆303中部的旋转孔与上固定车架101上的固定旋转轴连接；所述摆动车架旋转轴301安装在浮动车架302的中心位置上；当机器人运动过程中压缩弹簧102变形使得上固定车架101与下浮动车架105产生相对滑动，短浮动连接杆304将绕下浮动车架105的凸起轴转动，带动长浮动连接杆303绕上固定车架101的固定旋转轴旋转，从而使得浮动车架302也产生转动；在吸附单元405-4的作用下，浮动车架302的转动使得磁吸附轮405能够垂直于弧面，使得吸附单元405-4的磁利用率最大化；

所述摆动磁吸附轮组4包括左摆动磁吸附轮组和右摆动磁吸附轮组，分别对称地安装在机器人的左右两侧，左摆动磁吸附轮组和右摆动磁吸附轮组的结构完全相同；所述左摆动磁吸附轮组包括驱动单元401、磁吸附轮转动轴402、摆动车架403、同步带404、磁吸附轮405、同步带轮406和摆动减震弹簧407；所述摆动减震弹簧407为拉伸弹簧，一端与摆动车架403连接，另一端与浮动车架302连接，在摆动磁吸附轮组4正反转时起到减震作用；所述摆动车架403为摆动磁吸附轮组4的框架，摆动车架403与摆动车架旋转轴301连接，可绕摆动车架旋转轴301转动；摆动车架403前后分别安装有两个磁吸附轮转动轴402，两个磁吸附轮转动轴402上各自同轴固定有一个同步带轮406和一个磁吸附轮405，其中一个磁吸附轮转动轴402与驱动单元401同轴连接；两个同步带轮406之间通过同步带404连接；在驱动单元401的驱动下带动其中一个磁吸附轮转动轴402上的磁吸附轮405和同步带轮406转动，通过同步带404将动力传递给另一个磁吸附轮转动轴402上的磁吸附轮405和同步带轮406，这样使得四个磁吸附轮405均具有动力；摆动磁吸附轮组4可绕摆动车架旋转轴301摆动，四个磁吸附轮405能够同时吸附在弧面上，均能产生摩擦力提供动力；

所述编码器轮浮动机构5包括编码器轮501、编码器502、浮动弹簧503、编码器轮固定支架504、编码器弹簧导柱505和编码器轮浮动支架506；所述编码器轮固定支架504与浮动车架302固定连接；所述编码器弹簧导柱505的一端伸入编码器轮固定支架504的通孔并通过螺母固定，另一端与编码器轮浮动支架506的一端固定连接；所述编码器弹簧导柱505上套有浮动弹簧503；浮动弹簧503一端与编码器轮固定支架504接触，另一端与编码器轮浮动支架506接触；所述编码器轮浮动支架506另一端的转轴上安装有编码器轮501和编码器502，编码器轮501的轮孔和编码器502的轴同轴固定；编码器502的外壳与编码器轮浮动支架506固定连接；编码器轮501为外表面包胶轮，在转动中与壁面没有相对滑动，通过与其同轴固定安装的编码器502准确记录机器人行走的位置；当运动表面凹凸不平时，可以通过浮动弹簧503使得编码器轮501紧紧贴合运动表面；

所述无损检测往复机构6包括往复运动驱动单元601、探头固定件602、无损检测探头603、壁面压紧弹簧604、探头支架605、滑轨606、往复运动同步带轮607、往复运动同步带608、同步带夹紧机构609和无损检测往复机构支架610；所述无损检测往复机构支架610与摆动车架403固定连接；两个往复运动同步带轮607分别安装在无损检测往复机构支架610的左右两端，通过往复运动同步带608连接传递运动；所述往复运动驱动单元601与其中一个往复运动同步带轮607同轴固定，通过其正反转使得往复运动同步带608做往复运动；所述滑轨606通过螺钉固定在无损检测往复机构支架610上；所述同步带夹紧机构609安装在滑轨606的滑块上，随着往复运动同步带608一起运动；所述探头支架605通过两个螺钉与同步带夹紧机构609固定连接；所述探头固定件602通过转轴与探头支架605连接并绕轴转动，转轴上嵌套有壁面压紧弹簧604；所述无损检测探头603通过轴与探头固定件602连接，可旋转；壁面压紧弹簧604可使无损检测探头603紧紧贴合壁面，保证检测的稳定性和准确性；

所述磁吸附轮405包括外层包胶405-1、轮壳体405-2、轮壳盖405-3、吸附单元405-4、轴承405-5和导磁体405-6；所述轮壳体405-2的中凸结构为承力轴，承力轴中心为键槽孔，通过键与磁吸附轮转动轴402连接传递扭矩；所述外层包胶405-1包裹在轮壳体405-2外层以增大摩擦力，防止行走过程中打滑；所述轮壳盖405-3通过螺钉固定在轮壳体405-2上；两个轴承405-5小间隙配合，内圈安装在轮壳体405-2承力轴外圆上；所述导磁体405-6紧配合安装在轴承405-5的外圈上，扇形吸附单元405-4通过磁力与导磁体405-6连接，导磁体405-6下方的扇形结构与扇形吸附单元405-4结构相配合，扇形吸附单元405-4充磁方向为径向充磁；这样形成一体的两部分就可以绕着轮壳体405-2的中凸结构旋转，形成悬摆结构，当机器人向壁面吸附时，吸附单元405-4可以绕轴承405-5向壁面吸附；机器人在行走过程中，由于轴承405-5的作用，吸附单元405-4始终向壁面吸附；吸附单元405-4为高剩磁材料钕铁硼，导磁体405-6为高导磁率金属，使得吸附单元405-4的漏磁最小化，磁利用率最大化；

本发明弧面自贴合磁吸附爬壁检测机器人的工作原理和工作流程是：将机器人吸附在平滑过渡的竖直壁面如圆弧形罐体表面(参见图14)，机器人也可用于检测非竖直壁面，如带有一定倾角的壁面，但该壁面必须为铁磁性表面，使得机器人能够吸附在其上。若有磁吸附轮405未吸附，则可借助卸磁棒将吸附单元吸附在竖直壁面上。在压缩弹簧102的作用下，上固定车架101与下浮动车架105产生相对滑动，带动短浮动连接杆304，进而带动长浮动连接杆303，浮动车架302也随之摆动，使得磁吸附轮405垂直吸附于罐体。当机器人与罐体母线有夹角时，摆动磁吸附轮组4将绕摆动车架旋转轴301转动使四个磁吸附轮405均能与罐体表面接触从而提供行走动力。机器人可执行大面积检测，线检测以及点检测。执行大面积检测任务时，机器人应按照规划路线行走，沿壁面母线竖直爬行时执行检测操作。线检测和点检测时，机器人行走到检测地点开始检测。往复运动驱动单元601主轴转动带动同步带轮607转动，再通过往复运动同步带608带动无损检测探头603往复运动检测被测壁面缺陷。检测时机器人采用间歇式运动，即无损检测探头往复运动一次，机器人向前运动一段距离，该距离的大小应小于无损检测探头603所能检测的直径大小。检测完成后，将机器人行走至操作员所能达到的区域，将机器人磁力卸掉，从壁面取下。导磁体405-6上加工有卸磁把手(如图11所示)，当卸磁时，卸磁棒穿过卸磁把手上的孔插入轮壳体405-2内部固定孔中，将导磁体405-6和吸附单元405-4摆动90°，这样可轻松将机器人从壁面取下。

本发明未述及之处适用于现有技术。