一种电永磁吸附式爬壁检修机器人的制作方法

本发明属于核电在役检查应用技术领域，具体涉及一种电永磁吸附式爬壁检修机器人。

背景技术：

核电厂内部有很多大直径筒壁容器结构，例如安全壳之类的结构，作为核电站的安全屏障，该种大直径筒壁容器结构是被大量带有放射性的高温高压汽水混合物包容和隔离，为防止放射性物质的外泄对核电站周围居民和环境产生危害，对大直径筒壁容器结构内衬表面进行检查和维修很有必要。

技术实现要素：

1.目的：

电永磁吸附式爬壁检修机器人主要是对大直径筒壁容器内衬表面进行检查与维修。内衬是筒壁十分重要的组成部分，筒壁内设置内衬的目的是保证安全容器的密闭性及在正常运营期间对设备和工作人员进行防护。为此设计相应的结构，开发出一套具备吸附功能的爬壁检修机器人。该装置可以适用于不同堆型核电厂的铁磁性表面的检查和维修工作。

2.技术方案

实现本发明目的的技术方案为：

一种电永磁吸附式爬壁检修机器人，包括：电磁吸附式爬壁检修机器人、碳纤维管、关节轴承板、框架板、框架底板、关节轴承。碳纤维管通过关节轴承板与框架板构成机器人框架，框架板两侧装有轮毂电机，通过轮毂电机控制器控制轮毂电机，框架底板上装有姿态传感器和电永磁铁，姿态传感器与轮毂电机控制器控制轮毂电机构成控制回路。

碳纤维管与框架板、关节轴承板均存在三个方向的夹角，构成桁架结构，碳纤维管与框架板、关节轴承板之间采用关节轴承连接。

采用吊环、钢丝对所述的电磁吸附式爬壁检修机器人进行安全防护，在容器顶部，牛腿上方有吊环结构，在吊环上套上该装置的钢丝，并在上方布置有收线装置，随着机器人的爬行，同步进行钢丝绳的收放线。

框架底板上安装有两块电永磁铁。关节轴承板为U型结构。电磁吸附式爬壁检修机器人上通过螺栓安装有检查和维修工具。关节轴承板可通过卡扣连接，将电磁吸附式爬壁检修机器人串联起来。

3.效果

采用本发明的技术方案能够实现容器钢衬里表面检查与维修的设备搭载平台。

1)本发明采用轮毂电机，突破了传统齿轮传动的局限性，为机器人内部结构的布置，节省了大量空间。

2)碳纤维管结构的运用，大大减少了整体设备的重量，减少了该装置的负载。碳纤维管与连接板或连接节点采用关节轴承连接。不需要加工复杂的连接节点零件即可组装处桁架结构的车体。

3)采用电永磁吸附结构，避免因断电造成磁吸附力的消失，避免在使用和安装过程中因磁吸附产生的附加力，减少了搬运、安装和拆卸的风险和难度。

4)模块化设计，不同数量的运动单元可以相互连接，大大提高机器人的搭载能力，扩展了检查维修功能。

附图说明

图1电磁吸附式爬壁检修机器人运动轨迹示意图

图2电磁吸附式爬壁检修机器人机械结构主视图

图3电磁吸附式爬壁检修机器人机械结构俯视图

图4碳纤维管连接示意图

图5串联机器人示意图

图中：1、电磁吸附式爬壁检修机器人；2、吊环；3、钢丝；4、碳纤维管；5、轮毂电机；6、电永磁铁；7、轮毂电机控制器；8、姿态传感器；9、关节轴承板；10、框架板；11、框架底板；12、关节轴承。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述：

如图1所示，为防止电永磁吸附式爬壁检修机器人(1)在运动过程中有坠落的风险，整个机器人采用钢丝悬挂结构进行安全防护，在容器顶部，牛腿上方有吊环(2)结构，在吊环上套上该装置的钢丝(3)，并在上方布置有收线装置，随着机器人的爬行，同步进行钢丝绳的收放线。

如图2、图3所示，碳纤维管(4)通过关节轴承板(9)与框架板(10)构成机器人框架，框架板两侧装有轮毂电机(5)，通过轮毂电机控制器(7)控制轮毂电机(5)，框架底板(11)上装有姿态传感器(8)和电永磁铁(6)，姿态传感器(8)与轮毂电机控制器(7)控制轮毂电机(5)构成控制回路，以实现整个机器人的运动平衡。

框架底板(11)上布置的两块电永磁铁(6)通过通断电，实现其充磁和去磁，改变整个装置的吸附力。

如图4所示，碳纤维管(4)通过关节轴承(12)将框架板(10)与关节轴承板(9)连接起来，其中碳纤维管(4)与框架板(10)、关节轴承板(9)均存在三个方向的夹角，构成桁架结构。

电永磁吸附式爬壁检修机器人主要用于大直径筒壁容器不便于人员进入的部分区域，为简化机器人结构，增加扩展能力，选用轮毂结构电机。两个轮毂电机作为机器人驱动轮，通过差速控制机器人实现转向。轮毂电机外圈材料为聚氨酯橡胶，以此保护钢衬里外部的油漆层。

在轮毂电机的控制系统中设置有姿态传感器，轮毂电机与姿态传感器构成控制回路，当爬壁检修机器人向前倾斜时，姿态传感器将爬壁检修机器人姿态信息发送给控制系统，控制系统发送命令让轮毂电机加速向前，让爬壁检修机器人由向前倾斜变为与钢衬里平行状态，通过这种闭环控制能够保证爬壁检修机器人与钢衬里始终保持平行。

每两个轮毂电机与电永磁构成一个运动单元，每个运动单元可以相互连接，并根据实际应用串联成不同数量运动单元的爬壁检修机器人。每个运动单元可以搭载不同的检查或维修工具。

使用电永磁吸附方式，当电磁吸附式爬壁检修机器人安装至大直径筒壁容器钢衬上后，电永磁通电切换为磁铁模式，爬壁检修机器人通过电永磁被吸附在钢衬里上，此时电永磁具有磁性但不需要电力供应，可以有效避免爬壁检修机器人对电能的依赖。

如果需要把爬壁检修机器人从容器钢衬里上取下，只要再次对电永磁通电，将电永磁切换为无磁模式，即可轻松地将爬壁检修机器人从钢衬里上取下。

为减轻设备重量，采用碳纤维管进行组装，完成设备框架。设备框架采用桁架方式，碳纤维管与连接板或连接节点采用关节轴承连接。

如图5所示，电磁吸附式爬壁检修机器人可以根据实际应用，增加串联的数量。每一个机器人单元均能携带相应的检查和维修工具。

电磁吸附式爬壁检修机器人通过调节电磁铁通断电，来实现电永磁铁的充磁和去磁，减少搬运、安装和拆卸的风险和难度。

机器人车体上携带检查和维修工具，通过接受外部控制指令，对容器钢内衬表面涂层老化状态进行检查，对于发现的缺陷可以使用搭载的维修工具进行维修作业。