一种爬壁机器人的制作方法

1.本实用新型涉及特种机器人领域，具体而言，涉及一种爬壁机器人。


背景技术：

2.水冷壁是锅炉内的重要部件，锅炉在运行过程中因工作负荷高，许多管子被磨损的非常严重，因而锅炉水冷壁的磨损问题受到重视。为保证锅炉正常运行，需要对水冷壁定期进行检测，但传统的检测方式效率低，危险高。随着机器人技术的发展，机器人技术越来越成熟，开始出现采用机器人对水冷壁进行定期检测。现有技术中使用的爬壁机器人主要分为履带式爬壁机器人和轮式爬壁机器人。
3.例如现有技术中公开号为cn109878591a的专利公开了一种爬壁机器人，包括机器人主体、吸附装置和行走装置，所述机器人主体包括第一主体部，所述第一主体部为多个，多个所述第一主体部沿所述机器人主体的宽度或长度方向间隔排列设置，相邻两个第一主体部之间通过铰接件铰接，各所述第一主体部上均设有行走装置，各第一主体部的底部均设有所述吸附装置，所述吸附装置用于吸附工作面，所述行走装置用于带动所述机器人主体沿所述工作面行走。还现有技术中行走装置设置为履带，导致机器人整体较为笨重，转向缓慢，效率较低，影响使用。
4.现有技术中公开号为cn 113184073 a的专利公开了一种轮式爬壁机器人，第一吸附装置、第一移动装置和第二移动装置。第一吸附装置用于吸附于水冷壁的管壁。第一吸附装置设置于第一移动装置。第一移动装置用于带动第一吸附装置沿第一方向移动第一预设距离。第一方向垂直于水冷壁所在平面。第一移动装置设置于第二移动装置。第二移动装置用于带动第一移动装置和第一吸附装置沿第二方向移动第二预设距离。第二方向垂直于第一方向，且垂直于所述水冷壁延伸的方向。第一移动装置还用于带动第一吸附装置沿第一方向的反向移动第一预设距离。该现有技术通过车轮组件带动机器人在水冷壁上爬行，但是机器人对水冷壁管道抓紧力有限，易导致机器人从水冷壁上脱落，安全性能低，且无法实现机器人在水冷壁上的旋转平移。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型旨在提出一种爬壁机器人，以解决现有技术中水冷壁爬壁机器人无法实现旋转平移的问题。
6.为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：
7.一种爬壁机器人，包括内框架、外框架、车轮组件、旋转平移装置和吸附装置，所述内框架与外框架通过升降装置相连，所述车轮组件与所述内框架连接，所述旋转平移装置和吸附装置均与所述外框架连接，所述升降装置带动所述内框架移动，所述内框架带动所述车轮组件向接近或远离水冷壁的方向移动，所述内框架、外框架、车轮组件均包括前后两个部分，所述旋转平移装置设置在所述外框架的前后两部分之间，由所述旋转平移装置带动机器人旋转平移。通过吸附装置的设置，增加机器人与水冷壁管道上之间的抓紧力，安全
性好，稳定性强；通过旋转平移装置的设置使得机器人能够实现自主平移功能，提高检测效率，适用于不同的水冷壁工况，适用范围更加广泛。
8.进一步的，所述吸附装置包括第一吸附装置和第二吸附装置，所述第一吸附装置设置为弹簧负压吸附装置，所述第二吸附装置设置为电磁吸附装置。
9.进一步的，所述第一吸附装置包括推杆和吸附块，所述推杆一端与所述外框架连接，所述推杆的另一端与吸附块连接，所述推杆设置为可伸缩结构，由所述推杆带动吸附块与管道吸附抓紧或脱离。
10.进一步的，所述吸附块包括支撑座和设置在所述支撑座内的橡胶块，所述橡胶块与管道接触的一侧形状设置为圆弧形。
11.进一步的，所述第二吸附装置包括电磁铁和底板，所述底板与所述外框架连接，所述电磁铁设置在所述底板上。
12.进一步的，所述升降装置包括第二驱动装置和滑轨，所述第二驱动装置与所述内框架连接，所述滑轨与所述外框架连接，所述第二驱动装置驱动所述内框架沿所述滑轨向接近或远离水冷壁的方向移动。
13.进一步的，所述车轮组件包括车轮架、滑块、驱动架和轮毂，所述轮毂通过所述车轮架与所述内框架连接，所述滑块与所述内框架连接，所述第二驱动装置在驱动所述内框架沿远离或接近水冷壁面的方向移动时，所述滑块沿所述滑轨移动。
14.进一步的，所述车轮组件还包括自适应装置，自适应装置包括连接板、第一弹性连接件、销轴，所述连接板设置在所述车轮架靠近所述内框架的位置，所述连接板与所述车轮架连接，所述销轴穿过所述连接板和所述内框架连接，所述第一弹性连接件位于所述连接板的两侧，所述第一弹性连接件与所述内框架连接，且所述内框架与所述车轮架之间存在间隙。
15.进一步的，所述旋转平移装置的前后两端与所述外框架连接。
16.进一步的，所述旋转平移装置包括四杆机构、传动结构、旋转底座和第三驱动装置，所述四杆机构与所述外框架连接，所述四杆机构的下部与所述传动结构连接，所述传动结构与所述第三驱动装置连接，由所述第三驱动装置驱动所述传动结构运行，通过所述四杆机构带动前后外框架旋转平移。
17.相对于现有技术，本实用新型所述的爬壁机器人具有以下优势：
18.(1)通过吸附装置的设置，增加机器人与水冷壁管道上之间的抓紧力，安全性好，稳定性强；通过旋转平移装置的设置使得机器人能够实现自主平移功能，提高检测效率，适用于不同的水冷壁工况，适用范围更加广泛；
19.(2)吸附装置设置永磁和弹簧负压双吸附，电磁吸附装置具有一定的越障能力，安全性好，稳定性强；弹簧负压双吸附在正常行驶的过程中，异形橡胶块不接触壁面防止增加摩擦力来影响机器人的行进。在到达特定位置，要进行平移的过程时，异形橡胶块通过电动推杆被放置到可以与壁面进行接触的位置，压缩弹簧来增加摩擦力，来保证在抬升前车体内框架的时候，有足够的摩擦力，防止机器人下滑；
20.(3)旋转平移装置采用四杆机构作为单独的横移装置，能够实现自主平移功能，实现跨管道检测；
21.(4)将车轮组件设置为自适应结构，使得爬壁机器人更好的贴合管道，且在行走过
程中，碰到结焦等障碍物时能更好的跨越，适应小幅度的管道变形情况。
附图说明
22.图1为本实用新型实施例所述的爬壁机器人轴视图；
23.图2为本实用新型实施例所述的爬壁机器人另一视角轴视图；
24.图3为本实用新型实施例所述的爬壁机器人第三视角轴视图；
25.图4为本实用新型实施例所述的爬壁机器人侧视图；
26.图5为本实用新型实施例所述的车轮组件和内框架结构示意图；
27.图6为本实用新型实施例所述的第一吸附装置结构示意图；
28.图7为本实用新型实施例所述的旋转平移装置结构示意图。
29.附图标记说明：
30.内框架1，外框架2，竖梁21，横梁22，顶梁23，侧梁24，连接梁25，车轮组件3，车轮架31，第一驱动装置32，滑块33，驱动架34，轮毂35，连接板36，第一弹性连接件37，销轴38，升降装置4，第二驱动装置41，滑轨42，旋转平移装置5，四杆机构51，传动结构52，旋转底座53，第三驱动装置54，第一吸附装置6，第二弹性连接件61，橡胶块62，支撑座63，箱体64，推杆65，固定板66，第二吸附装置7，电磁铁71，底板72
具体实施方式
31.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。
32.如图1～7所示，本实施例提供了一种水冷壁管道爬壁机器人，包括内框架1、外框架2、车轮组件3、旋转平移装置5和吸附装置，内框架1与外框架2通过升降装置4相连，其中车轮组件3与内框架1连接，旋转平移装置5和吸附装置均与外框架2连接，升降装置4带动内框架1移动，内框架1带动车轮组件3向接近或远离水冷壁的方向移动，旋转平移装置5安装在机器人车体靠近中间的部位，由旋转平移装置5带动机器人车体旋转平移至特定位置，实现机器人自主平移功能。其中本实施例所述内框架1、外框架2、车轮组件3、吸附装置均包括前后两个部分组成，旋转平移装置5设置在外框架2的前后两部分之间。当机器人沿管道延伸方向前进或后退时，内框架1带动车轮组件3向接近管道的方向移动，使得车轮组件3与管道接触，此时内框架1和车轮组件3处于第一工况，机器人能够沿水冷壁管道延伸方向进退；当需要平移机器人时，内框架1带动车轮组件3向远离管道的方向移动，使得车轮组件3与管道分离，此时内框架1和车轮组件3处于第二工况，机器人能够沿垂直于冷壁管道延伸的方向、且平行于水冷壁面的方向平移。
33.本实施例通过吸附装置的设置，增加机器人与水冷壁管道上之间的抓紧力，安全性好，稳定性强；通过旋转平移装置的设置使得机器人能够实现自主平移功能，提高检测效率，适用于不同的水冷壁工况，适用范围更加广泛。
34.进一步的，吸附装置包括第一吸附装置6和第二吸附装置7，第一吸附装置6设置在机器人车体的前后两端。第二吸附装置7设置在外框架2接近管道的一侧，且第二吸附装置7位于两个第一吸附装置6之间。第一吸附装置6设置为弹簧负压吸附装置，第二吸附装置7设置为电磁吸附装置。
35.在机器人沿管道延伸方向前进或后退、内框架1和车轮组件3处于第一工况时，第一吸附装置6不接触管道，防止增加摩擦力影响电机驱动车体的行进，仅第二吸附装置7与管道接触，使得机器人在移动的过程中电磁铁始终提供吸附力，避免机器人脱落。在到达特定位置，需要机器人进行平移时，内框架1和车轮组件3处于第二工况，第一吸附装置6移动至与管道接触抓紧，使得平移内框架1和车轮组件3时，机器人仍旧与管道有足够的摩擦力，防止平移时车体下滑，充分提高其安全性。
36.具体的，所述第一吸附装置6包括推杆65和吸附块，推杆65一端与外框架2连接，推杆65的另一端与吸附块连接，推杆65设置为可伸缩结构，由推杆65带动吸附块与管道吸附抓紧或脱离。
37.进一步的，推杆65设置为电动推杆或气缸，吸附块包括固定板66、第二弹性连接件61、橡胶块62、支撑座63、箱体64和固定板66，固定板66与推杆65连接，固定板66背离推杆65的一侧连接第二弹性连接件61，第二弹性连接件61的另一端连接箱体64，箱体64背离第二弹性连接件61的一侧连接支撑座63和设置在支撑座63内的异性橡胶块62，其中橡胶块62与管道接触的一侧形状设置为圆弧形，与管道壁的形状配合，增加二者之间的摩擦力。
38.更进一步的，支撑座63设置为橡胶材质，支撑座63可以与橡胶块62设置为一体成型结构，减少零部件数量。第二弹性连接件61设置为弹簧，位于弹簧两端的箱体64和固定板66为弹簧形变提供支撑，保证弹簧处于压缩状态，当橡胶块62与管道接触时提高橡胶块62与管道之间的摩擦力。
39.在正常行驶的过程中，异形橡胶块是被电动推杆控制升起，不接触壁面防止增加摩擦力来影响机器人的行进。在到达特定位置，要进行平移的过程时，异形橡胶块通过电动推杆被放置到可以与壁面进行接触的位置，压缩弹簧来增加摩擦力，来保证在抬升前车体内框架的时候，有足够的摩擦力，防止机器人下滑。
40.在本实施方式中，外框架2包括竖梁21、横梁22、顶梁23和侧梁24，其中，竖梁21和侧梁24垂直于水冷壁面，横梁22位于竖梁21和侧梁24之间，竖梁21设置在靠近机器人车体前后端部的位置，侧梁24设置在靠近机器人车体中间的位置，横梁22与竖梁21、侧梁24靠近水冷壁管道的一端连接，且横梁22设置为与水冷壁面平行的结构，顶梁23连接在竖梁21的另一端，顶梁23平行于横梁22，且顶梁23向远离侧梁24的方向凸起延伸。
41.第一吸附装置6设置在竖梁21远离横梁22的一侧，第一吸附装置6的顶部与顶梁23连接，使得第一吸附装置6与外框架2连接，同时第一吸附装置6又不会与内框架1和升降装置4产生干扰。
42.优选的，横梁22可以设置为方框型结构或平板结构，也可以在方框型的横梁22朝向管道的一侧连接平板。
43.第二吸附装置7设置在横梁22朝向水冷壁的一侧，第二吸附装置7包括电磁铁71和底板72，底板72通过螺栓等连接件与横梁22连接，电磁铁71设置在底板72上背离横梁22的一侧，使得电磁铁71与水冷壁管道接触，保证第二吸附装置7与管道之间持续的吸附力。节省空间，降低机器人整体重量，保证在行进过程中，始终可以有电磁铁提供吸附力，将机器人稳固在水冷壁面上，防止发生滑落。
44.在本实施方式中，升降装置4设置在横梁22背离水冷壁的一侧，升降装置4包括第二驱动装置41和滑轨42，其中第二驱动装置41与内框架1连接，滑轨42与外框架2的侧梁24
连接，滑轨42设置为直线滑轨。第二驱动装置41驱动内框架1沿滑轨42向接近或远离水冷壁的方向移动，进而带动车轮组件3与水冷壁管道接触或脱离水冷壁管道。在第二驱动装置41驱动内框架1移动的过程中，滑轨42对内框架1起到限位引导的作用，给予内框架相对的支持力，同时可以提供一个支点，保证在升降的过程不会发生侧翻的情况，提高了整体机构的稳定性和位置确定性。
45.优选的，第二驱动装置41设置为电机、电动气缸、电动推杆或其他可以实现驱动的驱动装置。
46.在本实施方式中，旋转平移装置5的前后两端与外框架2的侧梁24连接，由此机器人车体的前后外框架连接为一个整体。进一步的，为保证旋转平移装置工作的灵活性，在侧梁24的顶部设置连接梁25，旋转平移装置5通过连接梁25与外框架2连接。
47.具体地，旋转平移装置5包括四杆机构51、传动结构52、旋转底座53和第三驱动装置54，四杆机构51设置为平行四边形结构，使得能够实现带动机器人前后车体实现旋转平移，四杆机构51与外框架2的连接梁25连接，四杆机构51的下部与传动结构52连接，传动结构52与第三驱动装置54连接，由第三驱动装置54驱动传动结构52运行，传动结构52通过四杆机构51带动前后外框架2旋转平移。
48.在传动结构52与第三驱动装置54之间设置旋转底座53，一方面旋转底座53对传动结构52起到支撑固定的作用，另一方面旋转底座53将传动结构52包裹起来，对传动结构52中各个零部件起到保护作用，防止外物落入传动结构52内部影响传动结构52的正常稳定运行。
49.优选的，传动结构52设置为行星齿轮系，保证旋转平移装置运转灵活性。第三驱动装置54设置为直流减速电机或其他驱动机构，直流减速电机设置在旋转底座53靠近水冷壁管道的一侧。通过直流减速电机进行提供动力，输出转矩，进行控制行星齿轮轮系进行转动，从而控制平行四杆机构的旋转角度，将机器人车体旋转到特定的位置并保证车体与水冷壁面始终保持平行。
50.在本实施方式中，车轮组件3包括车轮架31、第一驱动装置32、滑块33、驱动架34和轮毂35，每个车轮组件3均包括两个轮毂35，轮毂35通过车轮架31与内框架1连接，滑块33设置在两个轮毂35之间滑块33与内框架1连接，升降装置4的第二驱动装置41在驱动内框架1沿远离或接近水冷壁面的方向移动时，滑块33沿滑轨42移动，滑块33与滑轨42的配合对内框架1、车轮组件3的移动起到限位引导的作用，防止车轮组件3与水冷壁管道倾斜错位。
51.进一步的，轮毂35采用橡胶轮，橡胶轮为机器人行走提供摩擦，轮毂35与水冷壁管道的接触面设置为凹槽型结构，与管道的形状配合，保证轮毂在沿管道延伸方向爬行时与管道贴合紧密。优选的，外轮毂与车轮内侧最低点距离约为15mm，外轮毂的直径约为130mm，轮毂35两侧距离为51mm，这样的结构刚好适应水冷管壁的结构。
52.进一步的，第一驱动装置32和滑块33设置在两个轮毂35之间，由第一驱动装置32驱动两个轮毂35沿水冷壁管道延伸方向移动。优选的，第一驱动装置32设置为电机。在第一驱动装置32靠近内框架1的一侧设置驱动架34，驱动架34对第一驱动装置32起到保护作用，驱动架34的端部与车轮架31连接。
53.在本实施方式中，车轮组件3设置为自适应车轮组件，自适应装置包括连接板36、第一弹性连接件37、销轴38，连接板36设置在车轮架31靠近内框架1的位置，连接板36与车
轮架31连接，销轴38穿过连接板36和内框架1连接，使得车轮架31和轮毂35能够相对于内框架1转动，保证轮毂35在行走过程中，碰到结焦等障碍物时能更好的跨越，适应小幅度的管道变形情况。
54.进一步的，第一弹性连接件37位于连接板36的两侧，第一弹性连接件37与内框架1连接，且第一弹性连接件37与车轮架31之间存在间隙，使得橡胶轮对变形的管道有一定的适应性。
55.作为本实用新型实施例的一部分，还提供了一种爬壁机器人控制方法，包括：
56.(1)直行模式，包括前进和后退模式。
57.遥控器发送前进信号，第一吸附装置保持与水冷壁管道断开不接触，控制车轮组件3的电机正转，带动爬壁机器人沿着水冷壁管道前进，同理，发送后退信号，控制车轮组件3的电机反转，使得爬壁机器人沿着水冷壁管道后退。
58.(2)平移模式
59.当爬壁机器人到达指定位置或者水冷壁至高点时需要进行平移时，遥控器发送平移信号，升降装置4控制第二驱动装置41将内框架1向远离水冷壁面的方向顶起，内框架1和外框架2滑动分离使得车轮组件3离开壁面；
60.同时第一吸附装置6的推杆65驱动吸附块向接近水冷壁面的方向移动，并与水冷壁管道吸附抓紧；
61.第三驱动装置54提供动力，输出转矩，控制传动结构52进行转动，从而控制平行四杆机构51的旋转角度，将机器人车体平移到特定的位置并保证车体与水冷壁面始终保持平行。
62.虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。