专利名称：电磁式双槽杆爬壁装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种爬壁装置，更具体涉及一种电磁铁吸附式的双槽杆爬壁 装置，适用于搭载核工业、石化企业、建筑行业、消防部门、造船业等金属环境 下的工作平台，进行机械探伤、自动化焊接、喷砂除锈、涂漆防腐、光洁检査等 重复性作业。
背景技术：
我国从1987年实施国家"863"高技术研究发展计划以来，在特种机器人、 机器人应用工程、机器人基础学科等方面取得了很大成绩。爬壁机器人是能够在 垂直陡壁上进行作业的机器人，其核心技术就在于爬壁装置。基于爬壁装置的自 动化机器人能代替技术人员在金属环境下从事高难度、高危险性的工作。例如-核废液储罐的视觉检査、测厚及焊缝探伤，石油、化工、城市煤气、核工业等大 型球罐的喷砂除锈、涂漆防腐，油罐船体钢架桥梁等不同工业环境的机械探伤， 电站锅炉水冷壁清扫和检查，船舰内外壁面的喷涂和寄生物清理等工作领域。
目前，爬壁装置分为真空吸附式爬壁装置和磁吸附式爬壁装置，在磁吸附式 爬壁这一类型中又分为永磁铁吸附式爬壁和电磁铁吸附式爬壁。而在国内曾有车 轮型真空吸附式和履带永磁铁吸附式爬壁装置研制成功的报道，但是尚未有类似 于本文中所论述的基于电磁式的双槽杆爬壁装置。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种电磁式双槽杆爬壁装置，该装置能在金属环 境壁面下进行工作，适用于搭载自动化焊接器械、探伤器械、清洁器械、喷砂涂 漆器械等模块，该装置结构简单、承载能力强、可靠性优良，实现了工业机械的 模块化装配，体现了高效率低损耗的互换性要求。
为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术措施
本实用新型由电磁吸附部分、平行四杆连接机构部分、双槽杆折叠伸縮机构 部分、转向动力部分、伸縮动力部分、路线锁定部分组成。爬壁装置的机架由多 平行四边形机构和上、下槽杆通过轴连接而成，多平行四边形机构由相互交叉的 4根长杆和4根短杆连接而成，上、下槽杆和多平行四边形机构的中线平行固定。 伸縮动力装置与路线锁定装置分别控制机器人的行进和转向，伸縮动力装置的驱 动电机固定在上槽杆，轴上固定一个双层槽轮，通过双层沟槽间的坡口实现闭环 巻绳在双层槽轮上的同轴反向环绕。转向动力装置的驱动电机固定在下槽杆，电 机轴端利用锁紧螺钉与小齿轮相对固定，小齿轮与固定于机架末端的不完全大齿 轮组成简易的行星齿轮机构。机架末端安装的光电对管是路线锁定装置的主体硬 件部分，使用者可以根据实际需要来调整对管的角度。爬壁装置的吸附功能由电 磁铁组实现，电磁铁组分别固定于机架的前后两端。多平行四杆第二骨节下固定 一对万向轮，用以支撑机身中部，同时也增加了爬壁装置的承载能力以及运行时 的稳定性。其连接关系是机架前方上槽杆、定滑轮、第二电磁铁架与前销轴相 连接，前销轴顶端用螺母、垫片紧固，前锁紧板与上槽杆、第二电磁铁架通过螺 钉连接，机架后方转向电机架、大齿轮、第一电磁铁架、下槽杆与后销轴相连接， 后销轴顶端用螺母紧固，后锁紧板与大齿轮、第一电磁铁架连接，上槽杆移动轴 与上槽杆连接，下槽杆移动轴与下槽杆连接，第一万向轮架与第二短轴通过螺纹 连接，第一万向轮用螺钉固定在第一万向轮架上；第二万向轮架与第五短轴通过 螺纹连接，第二万向轮用螺钉固定在第二万向轮架上，定滑轮与槽轮上绕有巻绳， 巻绳与上槽杆移动轴固定连接，光电对管用硅胶粘固在后锁紧板上，第一长杆与 第二长杆通过下槽杆移动轴连接，下槽杆移动轴两端用卡簧卡紧限位；第三长杆 与第四长杆通过上槽杆移动轴连接，上槽杆移动轴两端用卡簧卡紧限位，驱动电 机架通过螺钉固定在上槽杆上，驱动电机固定在驱动电机架上，电机轴与槽轮通 过锁紧螺钉连接，转向电机架通过螺钉固定在下槽杆上，转向电机固定在转向电 机架上，电机轴与小齿轮通过锁紧螺钉连接。
第一电磁铁、第四电磁铁用螺钉固定在第二电磁铁架上；第二电磁铁、第三 电磁铁用螺钉固定在第一 电磁铁架上。
第一短杆与第四短杆通过前销轴连接，前销轴两端用卡簧卡紧限位；第二短
杆与第三短杆通过后销轴连接，后销轴两端用卡簧卡紧限位。第一短杆与第三长 杆通过第一短轴连接，第一短轴两端用卡簧卡紧限位；第二短杆与第二长杆通过 第三短轴连接，第三短轴两端用卡簧卡紧限位；第三短杆与第一长杆通过第四短 轴连接，第四短轴两端用卡簧卡紧限位;第四短杆与第四长杆通过第六短轴连接， 第六短轴两端用卡簧卡紧限位。
第一长杆与第四长杆通过第二短轴连接，第二短轴两端用卡簧卡紧限位；第 二长杆与第三长杆通过第五短轴连接，第五短轴两端用卡簧卡紧限位。
本实用新型与其它类型爬壁装置的性能比较
真空吸附式此种方式具有不受壁面材料限制的优点，但在定义的工作条件 下(金属工业环境)其优点就不适用，且当壁面凹凸不平时，容易使吸盘漏气， 从而使吸附力下降，承载能力降低，从而导致装置从壁面脱落，损坏机器且有安
全隐患。
磁吸附方式里面又可以按移动方式分为车轮式、履带式和足脚引式。 磁吸附车轮式此种方式与避免接触面积不大，所以移动速度快、控制灵活，
但同时导致了吸附力过小，且承载能力很低等重大问题。较其它工作方式，车轮
式的相对重心过高，工作平稳行不可靠。
磁吸附履带式:此种方式对壁面的适应性较强,但接触面积大带来不易转弯、
摩擦阻力大等缺点。结构复杂、成本过高、装置笨重限制了磁吸附履带式的进一
步发展。
本实用新型属于足脚引式的范畴，它统筹了上述各方式的优点
1、 根据工作需要可以扩展电磁铁数量，加大与壁面的吸附能力，提高承载 能力，工作平稳性也得到保障。
2、 依据简单的四边形不稳定性本实用新型采用了平行四杆连接机构，拥有 单步运动行程大范围可调的特点，从而使装置能根据实际工作需要进行速度的多 级设置，平行四杆的平面伸縮性也保证了本实用新型能跨越一定宽度的壁面缝 隙。
3、 双槽杆折叠伸縮机构巧妙的精简了机构，使得本实用新型结构紧凑，简
单明了，减轻了自重从而提高了承载能力。
4、 转向装置处采用了行星齿轮机构，利用大的减速比实现非转向自锁，保
证斜爬时不回摆。
5、 同轴反向环绕的巻绳通过相逆互补运动实现机构伸縮，双层槽轮的改进 设计保证了巻绳始终处于拉直状态，使得运动的线性较好。
6、 路线锁定装置利用光电对管实现直线运动的闭环控制，保证运动处于最 省力状态。
图1为一种电磁式双槽杆爬壁装置的结构示意图； 图2为本实用新型的动力部分的局部放大示意图。 其中-
1.1—第一电磁铁1.2—第二电磁铁1.3—第三电磁铁
1.4—第四电磁铁2—前锁紧板3 —定滑轮
4一前销轴5.1—第一短杆5.2—第二短杆
5.3 —第三短杆5.4—第四短杆6.1 —第一短轴
6.2—第二短轴6.3 —第三短轴6.4—第四短轴
6.5—第五短轴6.6—第六短轴7—上槽杆
8—巻绳9一上槽杆移动轴10.1—第一万向轮
10.2—第二万向轮ll.l一第一万向轮架11.2—第二万向轮架
12—驱动电机架13—驱动电机14一后销轴
15 —转向电机16—光电对管17—后锁紧板
18_大齿轮19.1一第一电磁铁架19.2—第二电磁铁架
20—转向电机架21 —小齿轮22.1—第一长杆
22.2—第二长杆22.3—第三长杆22.4—第四长杆
23—槽轮24—下槽杆25 —下槽杆移动轴
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明
根据图l、图2可知，按图l方位是机架前方在下，后方在上。机架前方上
槽杆7、定滑轮3、第二电磁铁架19.2与前销轴4相连接，前销轴4顶端用螺母、
垫片紧固，底部与第一电磁铁架19.2是螺纹连接。前锁紧板2与上槽杆7、第二 电磁铁架19.2通过螺钉连接。机架后方转向电机架20、大齿轮18、第一电磁铁 架19.1、下槽杆24与后销轴14相连接，后销轴14顶端与底部均用螺母紧固。 后锁紧板17与大齿轮18、第一电磁铁架19.1通过螺钉连接。上槽杆移动轴9 与上槽杆7连接，保证上槽杆7与机架平行;下槽杆移动轴25与下槽杆24连接， 保证下槽杆24与机架平行；上槽杆移动轴9、下槽杆移动轴25均可在槽中前后 移动。第一电磁铁l.l、第四电磁铁1.4用螺钉固定在第二电磁铁架19.2上；第 二电磁铁1.2、第三电磁铁1.3用螺钉固定在第一电磁铁架19.1上。第一万向轮 架11.1与第二短轴6.2通过螺纹连接，第一万向轮10.1用螺钉固定在第一万向 轮架11.1上；第二万向轮架11.2与第五短轴6.5通过螺纹连接，第二万向轮10.2 用螺钉固定在第二万向轮架11.2上。定滑轮3与槽轮23上绕有巻绳8，巻绳8 与上槽杆移动轴9固定连接。光电对管16用硅胶粘固在后锁紧板17上。第一短 杆5.1与第四短杆5.4通过前销轴4连接，前销轴4两端用卡簧卡紧限位；第二 短杆5.2与第三短杆5.3通过后销轴14连接，后销轴14两端用卡簧卡紧限位。 第一短杆5.1与第三长杆22.3通过第一短轴6.1连接，第一短轴6.1两端用卡簧 卡紧限位；第二短杆5.2与第二长杆22.2通过第三短轴6.3连接，第三短轴6.3 两端用卡簧卡紧限位；第三短杆5.3与第一长杆22.1通过第四短轴6.4连接，第 四短轴6.4两端用卡簧卡紧限位;第四短杆5.4与第四长杆22.4通过第六短轴6.6 连接，第六短轴6.6两端用卡簧卡紧限位。第一长杆22.1与第二长杆22.2通过 下槽杆移动轴25连接，下槽杆移动轴25两端用卡簧卡紧限位；第三长杆22.3 与第四长杆22.4通过上槽杆移动轴9连接，上槽杆移动轴9两端用卡簧卡紧限 位。第一长杆22.1与第四长杆22.4通过第二短轴6.2连接，第二短轴6.2两端用 卡簧卡紧限位；第二长杆22.2与第三长杆22.3通过第五短轴6.5连接，第五短 轴6.5两端用卡簧卡紧限位。各轴孔之间均为间隙配合，由三个平行四边形组成 的机架可以伸縮。驱动电机架12通过螺钉固定在上槽杆7上，驱动电机13固定 在驱动电机架12上，电机轴与槽轮23通过锁紧螺钉连接。转向电机架20通过 螺钉固定在下槽杆24上，转向电机15固定在转向电机架20上，电机轴与小齿 轮21通过锁紧螺钉连接。
本实用新型工作的主体过程如下- 直线前进运动时，后端第一电磁铁架19.1下方的第二电磁铁1.2、第三电磁 铁1.3得电吸附固定，前端第二电磁铁架19.2下方的第一电磁铁1.1、第四电磁 铁1.4断电撤力，然后驱动电机13正转，巻绳8拉动上槽杆移动轴9，平行四边 形机架伸展向前运动，到达伸展极限位置后，驱动电机13断电停止停，前端第 一电磁铁l.l、第四电磁铁1.4得电吸附固定，后端第二电磁铁1.2、第三电磁铁 1.3断电撤力，然后驱动电机13反转，巻绳8拉动上槽杆移动轴9,平行四边形 机架收縮向前运动，到达收縮极限位置后，驱动电机13断电停止。整个运动过 程由光电对管16保证前进方向的确定性。按照此过程循环前进，其动作类似于 蠕虫爬行。
直线后退运动与前进运动互为逆过程。
转向运动时，后端第二电磁铁1.2、第三电磁铁1.3得电吸附固定，前端第 一电磁铁l.l、第四电磁铁1.4断电撤力，然后转向电机18得电工作，由于大齿 轮18固定，整个机架绕大齿轮18向指定方向旋转；到达指定位置后，转向电机 15断电停止，前端第一电磁铁l.l、第四电磁铁1.4得电吸附固定，后端第二电 磁铁1.2、第三电磁铁1.3断电撤力，转向电机15再次得电工作，后端第一电磁 铁架19.1在大齿轮18带动下旋转，到达初始位置(前后电磁铁架平行)后，转 向电机15断电停止。
权利要求1、一种电磁式双槽杆爬壁装置，它包括第一至第四电磁铁(1.1、1.2、1.3、1.4)、第一至第四短杆(5.1、5.2、5.3、5.4)、第一至第四短轴(6.1、6.2、6.3、6.4)、上槽杆(7)、下槽杆(24)、上槽杆移动轴(9)、下槽杆移动轴(25)，其特征在于机架前方上槽杆(7)、定滑轮(3)、第二电磁铁架(19.2)与前销轴(4)相连接，前销轴(4)顶端用螺母、垫片紧固，前锁紧板(2)与上槽杆(7)、第二电磁铁架(19.2)通过螺钉连接，机架后方转向电机架(20)、大齿轮(18)、第一电磁铁架(19.1)、下槽杆(24)与后销轴(14)相连接，后销轴(14)顶端用螺母紧固，后锁紧板(17)与大齿轮(18)、第一电磁铁架(19.1)连接，上槽杆移动轴(9)与上槽杆(7)连接，下槽杆移动轴(25)与下槽杆(24)连接，第一万向轮架(11.1)与第二短轴(6.2)通过螺纹连接，第一万向轮(10.1)用螺钉固定在第一万向轮架(11.1)上；第二万向轮架(11.2)与第五短轴(6.5)通过螺纹连接，第二万向轮(10.2)用螺钉固定在第二万向轮架(11.2)上，定滑轮(3)与槽轮(23)上绕有卷绳(8)，卷绳(8)与上槽杆移动轴(9)固定连接，光电对管(16)用硅胶粘固在后锁紧板(17)上，第一长杆(22.1)与第二长杆(22.2)通过下槽杆移动轴(25)连接，下槽杆移动轴(25)两端用卡簧卡紧限位；第三长杆(22.3)与第四长杆(22.4)通过上槽杆移动轴(9)连接，上槽杆移动轴(9)两端用卡簧卡紧限位，驱动电机架(12)通过螺钉固定在上槽杆(7)上，驱动电机(13)固定在驱动电机架(12)上，电机轴与槽轮(23)通过锁紧螺钉连接，转向电机架(20)通过螺钉固定在下槽杆(24)上，转向电机(15)固定在转向电机架(20)上，电机轴与小齿轮(21)通过锁紧螺钉连接。
2、 根据权利要求1所述的一种电磁式双槽杆爬壁装置，其特征在于第一 电磁铁(1.1)、第四电磁铁(1.4)用螺钉固定在第二电磁铁架(19.2)上；第二 电磁铁(1.2)、第三电磁铁(1.3)用螺钉固定在第一电磁铁架(19.1)上。
3、 根据权利要求1所述的一种电磁式双槽杆爬壁装置，其特征在于第一 短杆(5.1)与第四短杆(5.4)通过前销轴(4)连接，前销轴(4)两端用卡簧 卡紧限位；第二短杆(5.2)与第三短杆(5.3)通过后销轴(14)连接，后销轴(14)两端用卡簧卡紧限位。
4、 根据权利要求1所述的一种电磁式双槽杆爬壁装置，其特征在于第一 短杆(5.1)与第三长杆(22.3)通过第一短轴(6.1)连接，第一短轴(6.1)两端用卡簧卡紧限位；第二短杆(5.2)与第二长杆(22.2)通过第三短轴(6.3) 连接，第三短轴(6.3)两端用卡簧卡紧限位；第三短杆(5.3)与第一长杆(22.1) 通过第四短轴(6.4)连接，第四短轴(6.4)两端用卡簧卡紧限位；第四短杆(5.4) 与第四长杆(22.4)通过第六短轴(6.6)连接，第六短轴(6.6)两端用卡簧卡紧限位。
5、 根据权利要求1所述的一种电磁式双槽杆爬壁装置，其特征在于第一 长杆(22.1)与第四长杆(22.4)通过第二短轴(6.2)连接，第二短轴(6.2)两 端用卡簧卡紧限位；第二长杆(22.2)与第三长杆(22.3)通过第五短轴(6.5) 连接，第五短轴(6.5)两端用卡簧卡紧限位。
专利摘要本实用新型公开了一种电磁式双槽杆爬壁装置，机架前方上槽杆、定滑轮、第二电磁铁架与前销轴相连接，前销轴顶端用螺母、垫片紧固，底部与第一电磁铁架是螺纹连接，前锁紧板与上槽杆、第二电磁铁架通过螺钉连接，机架后方转向电机架、大齿轮、第一电磁铁架、下槽杆与后销轴相连接，后销轴顶端与底部均用螺母紧固，后锁紧板与大齿轮、第一电磁铁架通过螺钉连接。本实用新型结构简单、承载能力强、可靠性优良，实现了工业机械的模块化装配，体现了高效率低损耗的互换性要求。
文档编号B62D57/04GK201065142SQ20072008481
公开日2008年5月28日 申请日期2007年5月22日 优先权日2007年5月22日
发明者李红淼, 珂 王, 郑家元 申请人:李红淼