专利名称：一种磁吸附式爬壁机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种爬壁机器人，特别涉及一种用于小半径圆锥风机塔身检测和维护的磁吸式爬壁机器人，属于机器人领域。
背景技术：
目前很多领域都用到铁罐，例如石油化工企业的储油罐、发电厂等企业的锅炉、风力发电设备的风机塔等。对这些大铁罐的清洗、检测工作采用传统的人工方法存在着劳动强度大、周期长、效率低下、安全性差等问题。随着我国产业结构升级转型，人工操作已经不符合社会、环境的发展要求，需要寻找更好的方法以替代人工作业。近年来，爬壁机器人受到越来越多研究部门和生产企业的关注，寄希望于用智能化的爬壁机器人代替人工作业。中国专利申请201110115923. 8，“基于壁虎运动肌体结构形态仿生的壁面移动机器人”公开了一种用于高大圆锥状等各种带有弧度的壁面(该壁面具有导磁性)的壁面移动机器人，它包括驱动单元，链条履带，载荷分散机构、抗倾覆装置、超声波探头伺服移动装置、机器人箱体外壳和控制系统等，其中链条履带具有相对转动轴和多磁路磁条吸附单元，该机器人的工作环境仅限于平面或大的圆柱面，针对这种小半径圆柱面或圆锥面的壁面环境，爬壁机器人要克服壁面弧度变化对机器人吸附力的影响，保证爬壁机器人稳定、可靠地吸附在壁面上是非常困难的。特别是，如附图1所示，当爬壁机器人在小半径圆锥壁面上任意方向爬行时，由于圆锥壁面的半径相对于车体尺寸较小，爬壁机器人与壁面的间隙Δ1较大，当爬壁机器人与竖直方向成45°时，间隙Δ 1达到最大。爬壁机器人吸附单元与壁面之间的间隙会极大地影响爬壁机器人的吸附力，从而导致爬壁机器人从壁面上滑落或倾覆。
发明内容
本发明的目的是提供一种磁吸附式爬壁机器人，可以在小半径的圆锥风机塔身上任意方向爬行，从而方便检测、维护小半径圆锥类塔型结构的壁面。本发明包括四个驱动单元，四条链条履带，控制系统以及机器人箱体，其中，链条履带上装有磁吸附单元，整体连接关系为机器人箱体外壳的左右两侧各安装有两个驱动单元，四个驱动单元分别与四条链条履带连接，每条链条履带内安有载荷分散机构，控制系统置于机器人箱体内部，并与驱动单元连接。其中，驱动单元包括码盘、伺服电机及减速器、电机固定轴、履带中间内板、履带链轮、履带中间外板、履带链轮松紧调节机构、旋转支撑轴、旋转支承座、履带链轮、夹紧支柱、铰接底板、底板连接销。码盘固接在伺服电机及减速器上，伺服电机及减速器固接在电机固定轴上，电机固定轴与履带中间内板固接，两个履带链轮安装在履带中间内板和履带中间外板之间，其中一个履带链轮固接在电机轴上，这样它就可以随着电机轴的转动而转动。旋转支承轴的一端与铰接底板固接，旋转支承座与履带中间内板固接，通过轴承与旋转支承轴的一端连接。这样，旋转支承座可以绕着旋转支承轴旋转。夹紧支柱与履带中间内板固接，同时与履带中间外板固接。铰接底板的另一端通过底板连接销与机器人箱体内部的车身脊柱连接，这样铰接底板可以围绕底板连接销旋转，从而机器人的驱动单元就具有了绕底板连接销旋转的自由度，利用该自由度，爬壁机器人可以减少磁吸附单元与壁面之间的间隙。其中，铰接底板为一个瘦长Z字型结构。此外，履带中间内板和履带中间外板上各固接一个履带链轮松紧调节机构，所述履带链轮松紧调节机构包括链条张紧轴，链条张紧调节薄螺母，链条张紧座，链条张紧调节厚螺母，链条张紧弯板，开口销；履带链轮松紧调节机构通过调整履带链轮位置来调整链条履带的松紧程度。履带链轮松紧调节机构通过链条张紧座分别固接在履带中间内板及履带中间外板上，链条张紧弯板与固接履带链轮的链轮轴固接，链条张紧轴通过链条张紧调节薄螺母、链条张紧调节厚螺母和开口销相连接，通过调节链条张紧薄螺母和链条张紧厚螺母，就可以调节链条张紧弯板的位置，从而可以调节履带链轮的位置。磁吸附单元包括轭铁、磁铁、隔磁块、活动磁块铰接座，固定磁块铰接座、磁块铰接销轴。磁吸附单元固接链条履带上，固定磁块铰接座固接在链条履带上，活动磁块铰接座通过磁块铰接销轴与固定磁块铰接座连接，隔磁块固接在活动磁块铰接座上，轭铁固接在隔磁块上，磁铁安装在轭铁中间，并被轭铁固定，且两块磁块之间同极安装。每一条链条履带由两个以上的磁吸附单元呈环形并列连接。本发明与现有技术相比有如下有益效果一、提供了一种可以克服磁吸附单元与壁面间隙的驱动单元，它通过拥有一个翻滚自由度，当爬壁机器人在小半径圆锥面上爬行时，通过该翻滚自由度，可以减小磁吸附单元和壁面间的间隙；二、提供了一种辅助克服磁吸附单元与壁面间隙的磁吸附单元，磁吸附单元具有围绕磁块铰接销轴旋转的自由度，在该倾斜自由度和驱动单元围绕底板连接销的旋转自由度的共同作用下，爬壁机器人可以克服磁吸附单元和壁面间的间隙，从而保证爬壁机器人紧密、可靠地吸附在小半径圆锥壁面上；三、每个驱动单元部分装有履带链轮松紧调节机构，利用履带链轮松紧调节机构调整履带链轮位置来调整链条履带的松紧程度，让该机器人有更好的适应性；四、每个驱动单元部分均配有一个伺服电机，加强了机器人的动力性能。
图1是爬壁机器人与壁面间隙的示意图；图2是磁吸附式爬壁机器人总体示意图；图3是本发明驱动单元的示意图；图4是本发明履带链轮松紧调节机构的示意图；图5是本发明磁吸附单元的示意图；图6是本发明履带链轮松紧调节机构安装在履带中间外板上的示意图；图7是磁吸附机器人与壁面吸附的示意图。上述附图中1-模块化驱动单元，2-链条履带，3-车身脊柱，4-箱体、5-底板连接销，6-铰接底板，7-履带中间内板，8-电机固定轴，9-电机及减速器，10-码盘，11-旋转支承座，12-旋转支承轴，13-履带链轮松紧调节机构，14-履带链轮，15-履带中间外板，16-夹紧支柱，17-链条张紧轴，18-链条张紧调节薄螺母，19-链条张紧座，20-链条张紧调节厚螺母，21-链条张紧弯板，22-开口销，23-爬壁机器人示意，圆锥壁面示意，25-轭铁，26-磁铁，27-隔磁块，28-活动磁块铰接座，29-固定磁块铰接座，30-磁块铰接销轴，31-磁吸附式爬壁机器人示意。
具体实施例方式结合附图2，磁吸附式爬壁机器人包含四个驱动单元1，四条链条履带2，控制系统以及机器人箱体4，机器人箱体外壳由外壳前侧板、外壳上盖、外壳后侧板、外壳下板和外壳侧板连接成封闭结构；整体连接关系为机器人箱体外壳的左右两侧面上个安装两个驱动单元1，每个驱动单元1的连接方式相同均配有电机及减速器9，每个链条履带2内侧装有载荷分散机构；控制系统放置在机器人箱体4内的电路安装板上，并与四个驱动单元1连接；结合附图3，驱动单元包括码盘10、伺服电机及减速器9、电机固定轴8、履带中间内板7、履带链轮14、履带中间外板7、履带链轮松紧调节机构13、旋转支撑轴12、旋转支承座11、夹紧支柱16、铰接底板6、底板连接销5 ；与控制系统连接的码盘10固接在电机及减速器9上，电机及减速器9固接在电机固定轴8上，电机固定轴8通过螺钉与履带中间内板7固接，履带链轮14安装在履带中间内板7和履带中间外板15之间，其中一个履带链轮固接在电机轴上，这样它就可以随着电机轴的转动而转动。旋转支承轴12与铰接底板3固接，旋转支承座13与履带中间内板7固接，通过轴承与旋转支承轴12连接。这样，旋转支承座13可以绕着旋转支承轴12旋转。夹紧支柱16与履带中间内板7固接，同时与履带中间外板15固接。履带中间内板7和履带中间外板15上各固接一个履带链轮松紧调节机构13，履带链轮松紧调节机构13通过调整履带链轮14位置来调整链条履带的松紧程度，铰接底板6固定在旋转支承轴12上，铰接底板6通过底板连接销5与车身脊柱3连接，这样铰接底板6可以围绕底板连接销5旋转，从而机器人的驱动单元就具有了绕底板连接销5旋转的自由度，利用该自由度，爬壁机器人可以减少吸附单元与壁面之间的间隙。结合附图4，每个履带链轮松紧调节机构13的固接方式相同均通过链条张紧座19分别固接在履带中间内板7及履带中间外板15上，链条张紧弯板21与固接履带链轮14的链轮轴固接，链条张紧轴17通过链条张紧调节薄螺母18、链条张紧调节厚螺母20和开口销22相连接，通过调节链条张紧薄螺母18和链条张紧厚螺母20，就可以调节链条张紧弯板21的位置，从而可以调节履带链轮14的位置。结合附图5，磁吸附单元磁吸附磁单元固接链条履带2上，每一条链条履带2可以由两个以上的磁吸附单元呈环形并列连接。磁吸附单元包括轭铁25、磁铁沈、隔磁块27、活动磁块铰接座28、固定磁块铰接座四、磁块铰接销轴30。活动磁块铰接座观通过磁块铰接销轴30与固定磁块铰接座四连接，活动磁块铰接座观可以围绕磁块铰接销轴30相对于固定磁块铰接座四转动，隔磁块27固接在活动磁块铰接座观上，轭铁25固接在隔磁块27上，磁铁沈安装在轭铁25中间，并被轭铁25固定，且两块磁块之间同极安装。可进一步优化为，轭铁25为由外侧轭铁与中间轭铁构成的卡槽型结构，其中外侧轭铁的厚度是中间轭铁的二分之一，相邻磁铁的磁极相同，由此可构成封闭的磁力线使磁条单元的吸附力达到最强，磁吸附单元外表面包覆一层用来保护和增大摩擦力的橡胶。
结合附图6，履带链轮松紧调节机构13通过链条张紧座19分别固接在履带中间内板7及履带中间外板15上。履带链轮松紧调节机构13包括链条张紧轴17、链条张紧调节薄螺母18、链条张紧座19、链条张紧调节厚螺母20、链条张紧弯板21，开口销22。链条张紧弯板21与固接履带链轮14的链轮轴固接，链条张紧轴17通过链条张紧调节薄螺母18、链条张紧调节厚螺母20和开口销22相连接，通过调节链条张紧薄螺母18和链条张紧厚螺母20，就可以调节链条张紧弯板21的位置，从而可以调节履带链轮14的位置。
权利要求
1.一种磁吸附式爬壁机器人，包括四个驱动单元(1)，四条链条履带O)，控制系统以及机器人箱体，其中，链条履带( 上装有磁吸附单元；整体连接关系为所述机器人箱体左右两侧各安装有两个所述驱动单元(1)，四个所述驱动单元(1)分别与四条所述链条履带(2)连接，每条所述链条履带(2)内安有载荷分散机构，所述控制系统置于所述机器人箱体内部，并与所述驱动单元(1)连接；其特征是所述驱动单元包括码盘(10)，伺服电机及减速器(9)，电机固定轴(8)，履带中间内板(7)，履带链轮(14)，履带中间外板(15)，履带链轮松紧调节机构，旋转支撑轴(12)，旋转支承座(11)，履带链轮(14)，夹紧支柱(16)，铰接底板(6)，底板连接销(5)；所述码盘(10)固接在所述伺服电机及减速器(9)上，所述伺服电机及减速器(9)固接在所述电机固定轴⑶上，所述电机固定轴⑶与所述履带中间内板(7)固接，两个所述履带链轮(14)安装在所述履带中间内板(7)和所述履带中间外板(15)之间，其中一个所述履带链轮(14)固接在电机轴上，所述旋转支承轴(1 的一端与所述铰接底板(6)固接，所述旋转支承座(11)与所述履带中间内板(7)固接，通过轴承与所述旋转支承轴(12)的一端连接，所述夹紧支柱(16)与所述履带中间内板(7)固接，同时与所述履带中间外板(1 固接，所述铰接底板(6)的另一端通过所述底板连接销( 与所述机器人箱体内部的车身脊柱C3)连接，其中，所述铰接底板(6)为一个瘦长Z字型结构。
2.如权利要求1所述的一种磁吸附式爬壁机器人，其特征在于所述磁吸附单元包括轭铁(25)，磁铁(沈)，隔磁块(27)，活动磁块铰接座( )，固定磁块铰接座( )、磁块铰接销轴(30)；所述固定磁块铰接座09)固接在所述链条履带( 上，所述活动磁块铰接座(28)通过所述磁块铰接销轴(30)与所述固定磁块铰接座09)连接，所述隔磁块(XT)固接在所述活动磁块铰接座08)上，所述轭铁0 固接在所述隔磁块(XT)上，所述磁铁06)安装在所述轭铁0 中间，并被所述轭铁0 固定，且两块所述磁块06)之间同极安装；每一条所述链条履带O)由两个以上的磁吸附单元呈环形并列连接。
3.如权利要求1或2所述的一种磁吸附式爬壁机器人，其特征在于所述履带链轮松紧调节机构(1 通过调整所述履带链轮(14)位置来调整所述链条履带O)的松紧程度；所述履带链轮松紧调节机构包括链条张紧轴(17)，链条张紧调节薄螺母(18)，链条张紧座(19)，链条张紧调节厚螺母(20)，链条张紧弯板(21)，开口销0 ；所述履带链轮松紧调节机构(13)通过所述链条张紧座(19)分别固接在所述履带中间内板(7)及所述履带中间外板(1 上，所述链条张紧弯板与所述履带链轮(14)的链轮轴固接，所述链条张紧轴(17)通过所述链条张紧调节薄螺母(18)、链条张紧调节厚螺母OO)和开口销0 相连接。
4.如权利要求1或2所述的一种磁吸附式爬壁机器人，其特征在于所述磁吸附单元外表面包覆一层用来保护和增大摩擦力的橡胶。
5.如权利要求3所述的一种磁吸附式爬壁机器人，其特征在于所述磁吸附单元外表面包覆一层用来保护和增大摩擦力的橡胶。
全文摘要
本发明属于机器人领域，涉及一种爬壁机器人，特别涉及一种用于小半径圆锥风机塔身检测和维护的爬壁机器人，其包括四个驱动单元(1)，四条链条履带(2)，控制系统以及机器人箱体，链条履带(2)上安有磁吸附单元；其中，驱动单元通过铰接底板(6)与车身脊柱(3)的连接拥有一个翻滚自由度，链条履带(2)上的磁吸附单元通过活动磁块铰接座(28)拥有一个活动自由度；本发明可以在小半径的圆锥风机塔身上任意方向爬行，可以减小在小半径圆锥面上爬行时，爬壁机器人吸附单元与壁面间的间隙。从而方便检测、维护小半径圆锥类塔型结构的壁面。
文档编号B62D57/024GK102556196SQ201110436290
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月22日 优先权日2011年12月22日
发明者宗成国, 戴福全, 白阳, 邵洁, 郭文增, 高学山 申请人:北京理工大学