本发明涉及爬壁机器人领域，具体涉及一种磁吸附履带爬壁机器人。
背景技术：
磁吸附爬壁机器人属于特种机器人，多用于恶劣、危险、极限工况下，在导磁壁面上进行如探测、检修、焊接、或打磨等特定作业。目前磁吸附机器人已在核工业、石化工业、建筑工业、消防部门、造船业等以钢结构为主的生产施工中得到广泛的应用。
磁吸附爬壁机器人在工程应用时需要解决吸附、驱动、转向、越障、适应小曲率曲面、工作部件负载乃至自动控制等一系列问题，目前人们针对上述问题不断对爬壁机器人做优化。如专利申请号为201110436290.0的中国发明专利申请中公开的一种磁吸附式爬壁机器人，其包括四个驱动单元、四条链条履带、控制系统以及机器人箱体等，其主要用于小半径圆锥风机塔身检测和维护。如专利申请号为201710460803.9的中国发明专利申请中公开的一种铁磁性爬壁机器人，其具有使用不便，工作局限性大等缺陷。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种具备大载重能力的磁吸附履带爬壁机器人，使机器人的载重能力在150kg以上，推动爬壁机器人向工业级别应用。
为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：
一种磁吸附履带爬壁机器人，其关键技术在于：其包括机身，所述机身左右两侧通过履带悬挂机构设置磁吸附履带；
所述磁吸附履带包括两条并列的链条和固定在两链条上的磁吸附单元，所述磁吸附单元中部设置有导向防脱机构；
所述履带悬挂机构包括驱动轮、从动轮和中间导向板，所述驱动轮和从动轮用于悬挂和张紧所述磁吸附履带，并驱动磁吸附履带转动，所述中间导向板位于所述驱动轮和从动轮之间，所述中间导向板与所述导向防脱机构相适配；
所述驱动轮包括两个与所述链条相适配的驱动链轮盘和设置在两所述驱动链轮盘之间的驱动导向板，所述驱动导向板与所述导向防脱机构相适配；
所述从动轮包括两个与所述链条相适配的从动链轮盘,和设置在两所述从动链轮盘之间的从动导向板，所述从动导向板与所述导向防脱机构相适配。
作为本发明的进一步改进，所述磁吸附单元包括基板，所述基板一侧固定设置有磁铁，另一侧设置有导向防脱机构，所述导向防脱机构包括两个对称设置在基板上的立柱，所述立柱上设置有导向套；所述基板上位于所述磁铁的两侧分别设置有防滑垫，所述防滑垫的底端面凸出于所述磁铁的底端面。
作为本发明的进一步改进，所述基板上并列设置两块磁铁，两块磁铁之间设置有磁铁隔板。
作为本发明的进一步改进，所述磁铁通过两个沉头螺钉固定在所述基板上，沉头螺钉上端向上伸出形成所述立柱。
作为本发明的进一步改进，所述防滑垫通过固定螺钉固定设置在所述基板上，所述导向防脱机构的两侧分别固定设置有弯板链条节，所述固定螺钉的上端设置有锁紧螺母，所述弯板链条节通过所述固定螺钉和锁紧螺母固定，所述弯板链条节相互连接构成所述磁吸附履带上的链条。
作为本发明的进一步改进，所述中间导向板中部设置有轴孔，中间导向板通过所述轴孔设置在机身的固定轴上，中间导向板能够在所述固定轴上摆动。
作为本发明的进一步改进，所述中间导向板的前后端均设置有凸出的引导板，所述引导板为梭形结构。
作为本发明的进一步改进，所述中间导向板包括导向板主板和设置在所述导向板主板两侧的导向板副板。
作为本发明的进一步改进，所述驱动轮包括驱动链轮本体，所述驱动链轮本体的轴心开设有驱动轴孔，两所述驱动链轮盘固定设置在所述驱动链轮本体上，所述驱动导向板和所述驱动链轮本体转动配合；所述驱动导向板为凸轮形，还包括张紧杆，所述张紧杆一端与所述中间导向板铰连，另一端与驱动导向板上的凸出端铰连，能够调节所述驱动导向板的角度，所述驱动导向板的凸出端设置有张紧轮轴，所述张紧轮轴的两端装配有张紧轮，通过调节所述张紧杆的长度或其与驱动导向板的铰连位置，能够调节磁吸附履带的松紧度。
作为本发明的进一步改进，所述机身前后设置有辅助吸附单元，所述辅助吸附单元包括固定基板、排列设置于所述固定基板上的若干磁块和若干万向支撑球轮，所述万向支撑球轮的球头端部凸出于所述磁块的端部，所述辅助吸附单元通过机身上的驱动单元控制其与导磁壁板的离合。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
本发明在履带内侧设置有导向防脱机构，并且在履带悬挂机构的驱动轮和从动轮上均设置导向板，导向板能够与履带上的导向防脱机构进行配合，中间导向板嵌置于履带上的导向防脱机构内，保证了履带的平直顺畅运转，并且能够防止履带脱出，起到一举两得的作用。
磁吸附单元的基板中部设置磁铁，两侧设置防滑垫，能够增加履带与导磁壁板的摩擦力，进一步增加履带和导磁壁板之间的附着力，保证其吸附的稳定性，使用该吸附单元，能够使磁吸附爬壁机器人的作业能力大大增加。基板上设置两块磁铁，并且两块磁铁中间通过磁铁隔板隔开，能够进一步增加磁铁的吸附力，保证磁吸附单元的稳定性。
辅助吸附单元的固定基板上的万向支撑球轮的球头端部凸出于磁块的端部，使磁块无法直接接触壁面，球头接触壁面，一方面有效避免了磁块和壁面吸附过紧无法行走的问题，另一方面提高了行走的灵活性。
爬壁机器人上安装辅助吸附单元后，可以有效提高机器人吸附效率，提高工作效率，满足多种工程应用需求。
本发明所公开的磁吸附履带爬壁机器人具备大载重能力，使机器人的载重能力在150kg以上，推动爬壁机器人向工业级别应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明的侧视结构示意图。
图2是本发明俯视的结构示意图。
图3是履带悬挂机构与履带装配结构示意图。
图4是磁吸附单元的结构示意图。
图5是磁吸附单元的剖视结构示意图。
图6是磁吸附单元的仰视结构示意图。
图7是磁吸附单元的俯视结构示意图。
图8是驱动轮的剖视结构示意图。
图9是驱动轮的侧视结构示意图。
图10是从动轮的剖视结构示意图。
图11是从动轮与履带的配合关系示意图。
图12是履带悬挂机构的结构示意图。
图13是中间导向板的结构示意图。
图14是履带悬挂机构的主视结构示意图。
图15是辅助吸附单元的仰视结构示意图。
图16是辅助吸附单元的剖视结构示意图。
其中：100机身；
1磁吸附履带、1-1磁铁隔板、1-2沉头螺钉、1-3磁铁、1-4防滑垫座、1-5防滑垫、1-6固定螺钉、1-7基板、1-8锁紧螺母、1-9弯板链条节、1-10锁紧螺母、1-11平垫、1-12铜套、1-13钢套、1-14锁紧螺母、1-15固定槽；
2辅助吸附单元、2-1固定基板、2-11安装孔、2-12连杆、2-2磁块、2-3万向支撑球轮、2-31球头、2-32球壳、2-33钢珠、2-34圆周形内腔、2-35连接螺杆、2-36锁紧螺母、2-4沉头螺钉、2-41螺栓；
3驱动轮总成、3-1驱动链轮本体、3-2驱动链轮盘、3-3驱动导向板、3-4驱动轴孔、3-5张紧轮轴、3-6张紧轮、3-7定位孔、3-8轴承、3-9驱动轮轴、3-10铜套、4从动轮总成、4-1从动链轮本体、4-2从动链轮盘、4-3从动导向板、4-4从动轮轴、4-5轴承；
5中间导向板、5-1轴孔、5-2引导板、5-3减重孔、5-4导向板主板、5-5导向板副板、5-6加强肋板；
6张紧杆、7张紧杆座。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对发明进行清楚、完整的描述。
如图1-3所示的磁吸附履带爬壁机器人，其包括机身100，所述机身内设置有动力机构，所述机身100左右两侧通过履带悬挂机构设置磁吸附履带1；所述磁吸附履带1包括两条并列的链条和固定在两链条上的磁吸附单元，所述磁吸附单元中部设置有导向防脱机构。
如图2和图3所示，所述磁吸附履带1包括两条并列的链条和固定在两链条上的磁吸附单元，所述磁吸附单元中部设置有导向防脱机构。
如图4-7所示，所述的磁吸附单元包括基板1-7，所述基板1-7呈板条状，其两端为半圆形结构。所述基板1-7一侧固定设置有磁铁1-3，另一侧设置有导向防脱机构，所述导向防脱机构包括两个对称设置在基板1-7上的立柱，所述立柱上设置有导向套，两个立柱和导向套之间的间隙用于嵌置导向板。所述磁铁1-3采用强力磁铁。
所述基板1-7上并列设置两块磁铁1-3，两块磁铁1-3之间设置有磁铁隔板1-1，通过磁铁隔板1-1能够增强两块磁铁1-3的吸附力，所述基板1-7上设置有固定槽1-15，所述磁铁隔板1-1固定设置在所述固定槽1-15内。
两块所述磁铁1-3通过两个沉头螺钉1-2固定在所述基板1-7上，沉头螺钉1-2上端向上伸出形成所述立柱。沉头螺钉1-2上部靠近所述基板1-7的根部通过锁紧螺母1-10固定，在锁紧螺母1-10的作用下将磁铁1-3和沉头螺钉1-2固定在基板1-7上，沉头螺钉1-2的上端形成所述立柱，其上设置有导向套，所述导向套包括钢套1-13和套装在所述钢套1-13外的铜套1-12，所述钢套1-13的上下两侧分别设置有平垫1-11，其上端通过设置在沉头螺钉1-2顶端的锁紧螺母1-14固定。
本实施例中，通过沉头螺钉1-2和其上的锁紧螺母1-10由下而上固定设置所述磁铁1-3，不仅对磁铁1-3进行了有效的固定，同时沉头螺钉1-2的上端也正好形成安装导向套的立柱，其结构设置巧妙，装配结构简单，节省成本。
所述基板1-7上位于所述磁铁1-3的两侧分别设置有防滑垫1-5，所述防滑垫1-5的底端面凸出于所述磁铁1-3的底端面，即在磁铁1-3与导磁壁板接触吸附时，防滑垫1-5处于受压变形的状态，防滑垫1-5采用弹性橡胶材料，其与光滑的钢板之间具有一定的摩擦力，所述基板1-7固定设置有防滑垫座1-4，所述防滑垫1-5嵌置于所述防滑垫座1-4内，防滑垫座1-4一方面用于安装所述防滑垫1-5，同时也用于限制其形态，避免其变形走形，保证其使用寿命和稳定性。所述防滑垫座1-4和所述防滑垫1-5截面呈圆形，其与基板1-7两端的半圆形结构相适配，整体结构简洁，将其使用在爬壁机器人的履带上，能够保障装置在转向时顺畅自如。
所述防滑垫1-5通过固定螺钉1-6固定设置在所述基板1-7上，所述导向防脱机构的两侧分别固定设置有弯板链条节1-9，所述固定螺钉1-6的上端设置有锁紧螺母1-8，所述弯板链条节1-9通过所述固定螺钉1-6和锁紧螺母固定；所述固定螺钉1-6与所述锁紧螺母1-8即实现了对防滑垫1-5和防滑垫座1-4的固定，同时也实现对弯板链条节1-9的固定，起到一举两得的作用。
概括的说，所述磁吸附履带1包括两条并列设置在弯板链条，弯板链条首尾相接，构成闭合环形，所述的磁吸附单元的两端固定在所述弯板链条的链节上随之转动。
所述磁吸附履带1内侧中部设置连续的导向防脱机构，用于和爬壁机器人的履带悬挂机构上的防脱导向板进行配合，两侧设置弯板链条，与履带悬挂机构上的链轮配合，由链轮驱动整个磁吸附履带1运行。
如图3、12和14所示，所述的履带悬挂机构包括驱动轮3、从动轮4和中间导向板5，所述驱动轮3和从动轮4前后设置，用于悬挂和张紧所述磁吸附履带1并驱动履带转动，所述中间导向板5位于所述驱动轮3和从动轮4之间。
所述中间导向板5中部设置有轴孔5-1，中间导向板5通过所述轴孔5-1设置在固定轴上，中间导向板5能够在所述固定轴上摆动，中间导向板5随履带的起伏而摆动，可以实用工作环境中导磁体壁板表面不平整或者曲面的曲率较小的工况，能够保证履带上的磁吸附机构充分的和导磁体壁板表面接触吸附，从而使装置工作稳定可靠。
所述中间导向板5的前后端均设置有凸出的引导板5-2，所述引导板5-2为梭形结构，该结构能够引导所述中间导向板5准确无误的进入到履带的导向防脱机构中，保证装置运行的稳定性。
如图13所示，所述中间导向板5包括导向板主板5-4和设置在所述导向板主板5-4两侧的导向板副板5-5，所述中间导向板5还包括固定设置在所述导向板主板5-4上的加强肋板5-6，加强肋板5-6垂直固定在导向板主板5-4顶部，增加中间导向板5整体结构的稳定性。所述导向板主板5-4为整个中间导向板5的支撑骨架，其两侧设置的导向板副板5-5为不锈钢材质，导向板副板5-5具有光滑耐磨的特点，能够保证中间导向板5的使用寿命，并且采用设置导向板副板5-5的结构形式，方便更换导向板副板5-5。
所述中间导向板5的底边中部设置有弧形凹槽，将其分割为前后两部分，一方面能够减小摩擦阻力，另一方面能够使中间导向板5更加灵活，便于装置跨域障碍。
如图图3、12和14所示，所述中间导向板5上设置有若干减重孔5-3，通过设置所述减重孔5-3，能够大大降低装置的重量，方便装置的运行，具体的，在导向板主板5-4、导向板副板5-5、加强肋板5-6上均设置多个减重孔5-3。
如图8和9所示，所述驱动轮3包括驱动链轮本体3-1，所述驱动链轮本体3-1的轴心开设有驱动轴孔3-4，所述驱动轴孔3-4通过平键与驱动轮轴3-9连接。所述驱动链轮本体3-1上设有两个以上驱动链轮盘3-2，至少一组相邻的两个驱动链轮盘3-2之间设置有驱动导向板3-3，所述驱动导向板3-3和所述驱动链轮本体3-1形成转动配合。
本实施例中，所述驱动链轮本体3-1左右两侧分别设置一个驱动链轮盘3-2，形成一个双排驱动链轮，两个驱动链轮盘3-2中间设置驱动导向板3-3，驱动导向板3-3通过铜套3-10与驱动链轮本体3-1连接，并且驱动导向板3-3能够在驱动链轮本体1-1上自由转动。即驱动轮轴3-9转动带动驱动链轮本体3-1及其上的两个驱动链轮盘3-2转动时，驱动导向板3-3不转动。
所述驱动导向板3-3为凸轮形，所述凸轮形指其形状外轮廓与凸轮的形状相同，具体可以为梨形或“8”字形，本实施例中，驱动导向板3-3为梨形。本装置还包括张紧杆6，所述张紧杆6一端与所述中间导向板5铰连，另一端与驱动导向板3-3上的凸出端铰连，通过调节所述张紧杆6的长度或其与驱动导向板3-3的铰连位置，能够调节所述驱动导向板3-3的角度。所述中间导向板5上还设置有张紧杆座7，所述张紧杆6与张紧杆座7铰连。
所述驱动导向板3-3的凸出端设置有张紧轮轴3-5，所述张紧轮轴3-5的两端装配有张紧轮3-6，所述张紧轮3-6通过轴承3-8转动设置在所述张紧轮轴3-5上，张紧轮3-6用于和履带内侧接触起到张紧的作用。张紧轮3-6采用耐磨润滑的材质，如聚四氟乙烯等。
所述驱动导向板3-3的凸出端边缘设置有用于与所述张紧杆6连接的定位孔3-7，所述定位孔3-7为一个长孔或多个并列设置在圆孔，所述张紧杆6通过改变与定位孔3-7的连接位置，可以调整驱动导向板3-3的角度，如图3和14所示，当连接点向上移动时，则驱动导向板3-3的凸出端向下移动，降低高度，同时张紧轮3-6也向下调整，使履带处于松弛状态，反之，则能够进一步张紧履带。所述张紧杆6两端为螺纹副结构，通过旋转螺母可以调节张紧杆6的长度，也能够实现驱动导向板3-3和张紧轮3-6位置的调整，实现履带的松紧调整。张紧杆6和驱动导向板3-3连接位置的调整结合张紧杆6长度的调整共同实现履带松紧调整，使操作更加方便准确。
如图10和11所示，所述从动轮4包括设置有轴孔的从动链轮本体4-1，所述从动链轮本体4-1通过轴承4-5与从动轮轴4-4配合，从动链轮本体4-1左右两端固定设置有从动链轮盘4-2，中部固定设置有从动导向板4-3，所述从动导向板4-3为圆形，其直径大于从动链轮盘4-2外轮廓直径。
如图3所示，磁吸附履带1的外侧设置有磁吸附单元，内侧为两条并行的链条，两链条之间为导向防脱机构，所述驱动轮3上两个驱动链轮盘3-2分别与磁吸附履带1两侧的链条啮合，其上的驱动导向板3-3嵌置在所述导向防脱机构内，驱动轮轴3-9与爬壁机器人的动力机构连接。
所述从动轮4上的两个从动链轮盘4-2分别与磁吸附履带1两侧的链条啮合，其上的从动导向轮4-3嵌置于磁吸附履带1的导向防脱机构内，从动轮4上的从动轮轴4-4与机身100固定连接。
位于驱动轮3和从动轮4之间的中间导向板5通过其上的轴孔5-1与设置在机身100上的固定轴套装，使中间导向板5能够在固定轴上摆动，中间导向板5下端嵌置于磁吸附履带1的导向防脱机构内。
通过张紧杆6使中间导向板5与驱动轮3之间的驱动导向板3-3连接，形成一个联动结构，既能够实现磁吸附履带1的张紧，同时也调整驱动导向板3-3与履带的配合度，其整体形式还便于履带的安装拆卸。
如图1和2所示，前端和后端各安装有一个辅助吸附单元2，所述辅助吸附单元2通过机身100上的驱动单元控制其与导磁壁板的离合。
如附图15和16所示，所述辅助吸附单元2包括固定基板2-1、固设于所述固定基板2-1同一侧的磁块2-2和万向支撑球轮2-3，所述磁块2-2为多个（本实施例为14个），磁块2-2设置于所述固定基板2-1的中部区域，每个磁块2-2通过沉头螺钉2-4安装于所述固定基板2-1上，所述沉头螺钉2-4的端部装配有螺母2-41，使磁块2-2和固定基板2-1保持固定。
所述磁块2的两侧安装有万向支撑球轮2-3，所述万向支撑球轮2-3包括球头2-31、球壳2-32和钢珠2-33，所述球头2-31设置于所述球壳2-32内，在球头2-31与球壳2-32结合处的圆周上设有圆周形内腔2-34，所述圆周形内腔2-34内设置有一周所述钢珠2-33，所述球壳2-32的底部设置有连接螺杆2-35，所述万向支撑球轮2-3和所述固定基板2-1通过所述连接螺杆2-35固定连接，所述连接螺杆2-35的端部装配有锁紧螺母2-36。本实施例的万向支撑球轮2-3为两排，每排7个，可以根据需要增设或缩减。
为了避免磁块2-2和导磁壁面接触吸附过牢，所述万向支撑球轮2-3的球头2-31端部凸出于所述磁块2-2的端部，即如附图16所示，球头2-31凸出于磁块2-2的端部h的高度，既可以保证一定的吸附力，也保证了行走的灵活性。
本发明固定基板2-1的两侧向外延伸有对称的三角形安装区域，所述三角形安装区域内开设有安装孔2-11，三角形安装区域的设置可以减少辅助吸附单元的自重，并且方便操作。
如图1所示，所述辅助吸附单元2的两个安装孔2-11上分别安装有连杆2-12，两个所述连杆2-12分别与所述爬壁机器人的机身100铰连。为了便于控制辅助吸附单元2的抬起和放下，所述爬壁机器人的机身100上设置有用于使辅助吸附单元吸合和脱离壁面的驱动装置。
在爬壁机器人上安装辅助吸附单元后，通过辅助吸附单元的磁块和避面的吸附作用，增加爬壁机器人整体的吸附效率，同时由于磁块和导磁壁面不接触，与导磁壁面的接触为万向支撑球轮轴承，可以保证辅助吸附单元动作的灵活性。在工作过程中，如果需要增加爬壁机器人的吸附力时，将辅助吸附单元放下，如果爬壁机器人履带的吸附力足够时，将辅助吸附单元抬起即可。本发明有效弥补了履带安装永磁铁后吸附效率低的缺陷。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。