本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种直角坐标系金属壁面工作爬壁机器人。
背景技术：
在船舶工业中，为了延长船舶的使用寿命，保证船舶的安全航行，船舶必须定期进坞进行修理，金属爬壁机器人广泛应用于船舶进坞修理过程的除锈，喷漆等。同样，在核工业中，金属爬壁机器人广泛应用于对核废液储罐进行检查、测厚及焊缝探伤等；在石化工业中，金属爬壁机器人主要应用于对储存罐的内外表面进行检查、除锈或喷漆等；此外，爬壁机器人还广泛应用于建筑行业，消防部门，电力行业等。
基于吸盘式电磁铁吸附原理，在通电状态下产生强大的电磁吸力，使机器人吸附在金属壁面，断电时，磁性消失，机器人可自由移动。该电磁铁结构合理、紧凑，吸盘式电磁铁线圈置于软磁材料外壳之中并以环氧浇封，具有体积小、吸力大、牢固、可靠、全密封、环境适应性强等特点，该系列电磁铁可进行远程操作，动作简单灵敏，功能稳定可靠。现有爬壁机器人主要采用的是永磁铁轮式机构，其载重小，不适合船舶、核工业以及石化工业中大型金属壁面的工作。
技术实现要素：
针对现有爬壁机器人负载能力小，越障能力差的局限性，本发明目的在于提供一种金属壁面工作爬壁机器人。此爬壁机器人采用吸盘式电磁铁产生吸引力吸附于船舶表面，采用齿轮齿条机构实现机器人的行走功能，采用直线电机实现机器人的越障功能，采用球铰机构实现电磁铁与金属壁面的平稳接触，能够承载较大重量，托运大型机械手工作，这大大超过了现有爬壁机器人的载重。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种直角坐标系金属壁面工作爬壁机器人，包括框架、固定滑块、直线导轨、支撑架、齿条、齿轮、直线电机、支撑柱、支撑板、球铰、电磁铁、带轮、皮带、减速器、电机、螺钉、转轴、轴承、转轴固定板，在所述框架的四条边框上安装有16个固定滑块，每两个固定滑块为一组，与一条直线导轨相配合，使得直线导轨能够沿固定滑块滑动，框架的每条边框均有两条直线导轨平行安装；在所述框架的每条边框的两条直线导轨之间安装有两根转轴，转轴上端安装有带轮，转轴下端通过轴承安装有齿轮；在所述框架的每条边框的两条直线导轨之间还安装有转轴固定板，转轴固定板采用六个脚架固定在框架上，用来固定转轴的下端，改善转轴的受力情况；所述直线导轨下部安装有支撑架，支撑架为U型，其水平方向一侧通过螺钉安装有齿条，与齿轮啮合，支撑架底部安装有八根支撑柱，支撑柱上安装有支撑板，支撑板能够沿支撑柱上下移动，在支撑架的空腔中安装有两个直线电机，直线电机活动端与支撑板固定连接，直线电机转动带动支撑板上下移动，爬壁机器人的足部结构为多个球铰依次固定在支撑板上，球铰下部安装有电磁铁，球铰带动电磁铁进行小范围的转动，以适应曲线壁面；所述框架正面安装有多个带轮，两根皮带内外分开布置，安装于框架正面，皮带通过带轮转向围成封闭的一圈，两个电机分别通过减速器连接内外圈的两个带轮，分别驱动水平和垂直两个运动方向的齿轮转动，在框架的每条边框的相邻两个齿轮中间通过带轮增加皮带的包角。
与现有技术相比，本发明具有如下突出的实质性特点和显著的优点：
1.机器人的控制简单，只需要控制电机的正反转，便可实现机器人两个自由度的行走。
2.机器人的结构简单，机器人成矩形，对称分布，每一个方向都只有固定滑块、直线导轨、直线电机、支撑板、电磁铁等零件，结构简单。
3.机器人具有优越的越障能力，机器人的支撑板类似于脚掌，行走中摆动足与支撑足的相互交替，有利于越障。
4.机器人足部采用球铰，能够调整电磁铁位置，使电磁铁很好的与弧度小的曲面贴合，使机器人吸附可靠行走稳定。
5.机器人工作时吸附可靠，在行走状态下工作时，机器人有两排支撑板电磁铁吸附，在定点状态下工作时，机器人可有多排支撑板电磁铁吸附，大大增加了吸附力，使机器人吸附性能更好，工作更稳定。
6.本发明立足于负载能力大、工作效率高、吸附性能好、控制简单、驱动灵活，在金属壁面工作等方面具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是爬壁机器人的本体结构图。
图2是爬壁机器人底侧视图（隐藏转轴固定板）。
图3是爬壁机器人腿部足部机构示意图。
图4是爬壁机器人齿轮齿条机构。
图5是爬壁机器人皮带传动示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施例进行进一步的描述。
如图1至图5所示，一种直角坐标系金属壁面工作爬壁机器人，包括框架1、固定滑块2、直线导轨3、支撑架4、齿条5、齿轮6、直线电机7、支撑柱8、支撑板9、球铰10、电磁铁11、带轮12、皮带13、减速器14、电机15、螺钉16、转轴17、轴承18、转轴固定板19，在所述框架1的四条边框上安装有16个固定滑块2，每两个固定滑块2为一组，与一条直线导轨3相配合，使得直线导轨3能够沿固定滑块2滑动，框架1的每条边框均有两条直线导轨3平行安装；在所述框架1的每条边框的两条直线导轨3之间安装有两根转轴17，转轴17上端安装有带轮12，转轴17下端通过轴承18安装有齿轮6；在所述框架1的每条边框的两条直线导轨3之间还安装有转轴固定板19，转轴固定板19采用六个脚架固定在框架1上，用来固定转轴17的下端，改善转轴17的受力情况；所述直线导轨3下部安装有支撑架4，支撑架4为U型，其水平方向一侧F通过螺钉16安装有齿条5，与齿轮6啮合，支撑架4底部安装有八根支撑柱8，支撑柱8上安装有支撑板9，支撑板9能够沿支撑柱8上下移动，在支撑架4的空腔中安装有两个直线电机7，直线电机7活动端与支撑板9固定连接，直线电机7转动带动支撑板9上下移动，爬壁机器人的足部结构为多个球铰10依次固定在支撑板9上，球铰10下部安装有电磁铁11，球铰10带动电磁铁11进行小范围的转动，以适应曲线壁面；所述框架1正面安装有多个带轮12，两根皮带13内外分开布置，安装于框架1正面，皮带13通过带轮12转向围成封闭的一圈，两个电机15分别通过减速器14连接内外圈的两个带轮12，分别驱动水平和垂直两个运动方向的齿轮6转动，在框架1的每条边框的相邻两个齿轮6中间通过带轮12增加皮带13的包角。
所述爬壁机器人的行走原理为：
如图2所示，当需要竖直方向上行走时：第一支撑板9-1和第三支撑板9-3上电磁铁通电，机器人吸附于壁面，第一电机15-1正转，带动第一齿轮6-1、第二齿轮6-2、第三齿轮6-3、第四齿轮6-4正转，齿轮转动带动第二直线导轨3-2、第四直线导轨3-4上升，当第二直线导轨3-2、第四直线导轨3-4上升到极限位置时，第一电机15-1停止转动，第三直线电机7-3、第四直线电机7-4、第七直线电机7-7、第八直线电机7-8伸出，带动第二支撑板9-2、第四支撑板9-4伸出，第二支撑板9-2、第四支撑板9-4上电磁铁通电，第一直线电机7-1、第二直线电机7-2、第五直线电机7-5、第六直线电机7-6缩回，带动第一支撑板9-1、第三支撑板9-3缩回，第一电机15-1反转，机器人上升，同时第一直线导轨3-1、第三直线导轨3-3上升，第一直线导轨3-1、第三直线导轨3-3上升到极限位置后，依次重复上诉过程，机器人在竖直壁面上行走。水平方向行走原理与竖直方向行走原理一致，这里不再阐述。
所述爬壁机器人工作原理为：
定点工作时，机器人行走到工作区后，所有直线电机7伸出，带动所有支撑板9板伸出，然后所有电磁铁11通电，机器人牢固的吸附在壁面上，机器人搭载的机械手开始工作。移动工作时，机器人搭载的机械手在摆动足与支撑足相互交替时工作。