一种双层轨道蠕动式爬壁机器人的制作方法

本发明属于爬壁机器人技术领域，具体涉及一种双层轨道蠕动式爬壁机器人。

背景技术：

立式圆柱形金属储油罐是石化企业和油库储存油品的主要容器，依据有关技术资料和实地考察，大多数储油罐是用金属钢板焊接拼接而成，直径可达到10～38m，储油量在3000-10000m³之间，储油罐体积庞大。然而，由于加工过程和使用环境的影响，储油期间罐体的几何形状和尺寸会与设计要求之间产生差异，导致理论容积和实际容积不符，因此要求油库管理人员对储油罐的容积率进行精确的确定。

目前，在公布号为cn108327810a、发明名称为一种双层轨道式爬壁机器人的中国专利中公开一种利用轮式爬行机构带动测量机器人在储油罐的外壁上进行往复移动，从而实现对储油罐几何形状和尺寸的测量工作。然而，在采用上述轮式爬行机构辅助机器人进行储油罐测量操作时，不仅由于轮式爬行机构的结构复杂、质量大，导致整个设备重量增加，操作使用不方便，而且轮式爬行机构中使用的轮式驱动组件成本高，导致整个爬壁机器人设备的价格昂贵。

技术实现要素：

为了解决现有爬壁机器人，存在的结构复杂、制造成本高的问题，本发明提出了一种双层轨道蠕动式爬壁机器人。该机器人，包括上层轨道、下层轨道和机器人，其中，所述机器人位于所述上层轨道并且可以沿所述上层轨道进行圆周方向的往复移动；同时还包括爬行伸缩件以及多组上夹紧单元和多组下夹紧单元；其中，

所述上层轨道与所述下层轨道之间平行设置，所述爬行伸缩件位于所述上层轨道和所述下层轨道之间，并且所述爬行伸缩件的一端与所述上层轨道连接，另一端与所述下层轨道连接；

多组所述上夹紧单元与所述上层轨道固定连接，并且沿所述上层轨道的圆周方向分布，同时所述上夹紧单元可以沿指向所述上层轨道中心的方向进行往复伸缩动作；多组所述下夹紧单元与所述下层轨道固定连接，并且沿所述下层轨道的圆周方向分布，同时所述下夹紧单元可以沿指向所述下层轨道中心的方向进行往复伸缩动作。

优选的，所述爬行伸缩件的下端与所述下层轨道之间采用铰接方式连接，和/或所述爬行伸缩件的上端与所述上层轨道之间采用铰接方式连接。

进一步优选的，所述爬行伸缩件采用电动推杆。

优选的，所述上夹紧单元包括上夹紧伸缩件和闸瓦；其中，所述上夹紧伸缩件的一端与所述上层轨道固定连接，另一端沿所述上层轨道的径向伸出并且与所述闸瓦连接。

优选的，所述下夹紧单元包括下夹紧伸缩件和闸瓦；其中，所述下夹紧伸缩件的一端与所述下层轨道固定连接，另一端沿所述下层轨道的径向伸出并且与所述闸瓦连接。

优选的，所述上层轨道由多个弧形轨道沿圆周方向依次拼接组成。

优选的，所述下层轨道采用多边形结构，并且有多个支杆相互拼装组成。

优选的，该爬壁机器人还包括导向滑杆；所述导向滑杆位于所述上层轨道和所述下层轨道之间，辅助所述爬行伸缩杆进行竖直方向的往复动作。

优选的，所述上夹紧单元和所述下夹紧单元中均设有压力传感器，用于检测所述上夹紧单元和所述下夹紧单元对罐体外壁的夹紧压力。

优选的，所述爬行机器人还包括控制单元，所述控制单元与所述爬行伸缩件、所述上夹紧单元以及所述下夹紧单元连接，用于操作人员进行远程动作控制。

与现有技术相比较，采用本发明的双层轨道蠕动式爬壁机器人对立式罐体进行外壁进行测量时，具有以下有益效果：

1、在本发明中，通过在上层轨道和下层轨道之间设置可以沿竖直方向往复伸缩动作的爬行伸缩件，在上层轨道设置多个上夹紧装置以及在下层轨道设置多个下夹紧装置，这样在多个下夹紧装置共同与罐体外壁夹紧固定并且多个上夹紧装置共同与罐体外壁脱离接触时，就可以以下层轨道为基准，借助爬行伸缩件的伸缩动作，带动上层轨道进行相对于罐体的上下位置调整，反之则可以以上层轨道为基准，借助爬行伸缩件的伸缩动作，带动下层轨道进行相对于罐体的上下位置调整，从而实现整个爬壁机器人沿罐体外壁的上下位置移动。此时，与现有技术中的轮式爬行机构相比较，本发明的爬行机器人利用爬行伸缩件以及上夹紧装置和下夹紧装置，即可实现沿罐体外壁的位置移动，大大简化了整个爬行机器人的结构，减轻了整体重量，从而提高了爬行机器人在罐体外壁移动的灵活性以及控制的方便性，而且省去了轮式爬行机构中对高成本轮式驱动组件的使用，从而大大降低制造成本。

2、在本发明中，通过将爬行伸缩件与上层轨道和下层轨道的连接设置为铰接方式，这样在爬升伸缩件驱动上层轨道或下层轨道进行移动而出现小角度偏差时，即上层轨道与下层轨道出现不平行状态时，可以保证爬行伸缩杆继续进行正常伸缩而不发生卡死现象，从而提高该爬行机器人工作的可靠性和稳定性。

附图说明

图1为本实施例中双层轨道蠕动式爬壁机器人的主视结构示意图；

图2为图1中沿a方向并且去除局部上层轨道后的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细介绍。

结合图1和图2所示，本实施例的双层轨道蠕动式爬壁机器人，包括上层轨道1、下层轨道2、机器人3、爬行伸缩杆4以及三组上夹紧单元5和三组下夹紧单元6。

上层轨道1与下层轨道2之间平行设置，并且上层轨道1与下层轨道2的内径尺寸均大于待测量储油罐的外径尺寸。其中，在本实施例中，上层轨道1和下层轨道2均采用分体式结构，以便于进行上层轨道和下层轨道的加工制造和拆装使用。

优选的，上层轨道1由三段等弧度的弧形轨道沿圆周方向依次拼接组成，并且每段弧形轨道的端部均采用梯形台阶形式的设计，用于相邻弧形轨道之间的安装定位，并且在梯形台阶位置还设有螺纹孔，用于安装和固定l形连接板11，从而实现相邻弧形轨道的连接固定。

优选的，下层轨道2采用与上层轨道1直径尺寸相对应的多边形结构，并且由多根支杆相互拼装组成，例如由六根铝合金型材依次连接形成的正六边形。这样，可以大大降低下层轨道采用环形结构设计时对弧形轨道的加工精度要求以及由此增加的加工成本，从而可以降低整个爬行机器人的制作成本。

机器人3与上层轨道1的上表面之间为滑动连接，并且可以沿上层轨道1进行圆周方向的往复移动。此时，机器人就可以携带测量装置绕待测量储油罐的外表面进行往复移动，实现对罐体外壁尺寸和形状的测量操作。

爬行伸缩件4位于上层轨道1和下层轨道2之间，并且爬行伸缩件4的上端与上层轨道1连接，下端与下层轨道2连接。此时，在爬行伸缩件4的伸缩动作下，上层轨道1和下层轨道2之间可以产生沿竖直方向的相对运动，从而改变上层轨道1和下层轨道2之间的相对位置关系。

优选的，在本实施例的上层轨道1和下层轨道2之间沿圆周方向均布了三组爬行伸缩杆4，以此，通过三组爬行伸缩杆4的同步动作，可以保证上层轨道1与下层轨道2之间进行相对运动时的稳定性和平稳性。同样，在其他实施例中，根据上层轨道和下层轨道的直径尺寸以及结构强度，可以对爬行伸缩杆的设置数量和安装位置进行调整，保证上层轨道和下层轨道在爬行伸缩杆驱动时的运动稳定性和平稳性。

此外，在本实施例中，爬行伸缩杆4选用电动推杆。其中，电动推杆的电机端通过下安装支座21固定在下层轨道2的上表面，电动推杆的伸出端与上层轨道1的下表面固定连接。这样，通过远程电气控制电动推杆中电机的转动方向即可实现爬行伸缩杆的往复伸缩动作，同样也可以选用其他直线驱动机构作为爬行伸缩杆，例如气缸或油缸。

进一步优选的，在本实施例中，将电动推杆的伸出端与上层轨道1之间进行铰接连接，例如采用虎克铰进行连接。这样，在电动推杆的动作过程中，当伸出端与上层轨道的连接位置之间出现一定的角度偏差时，电动推杆可以继续进行正常伸缩动作而不发生卡死现象，从而保证爬行伸缩杆驱动上层轨道和下层轨道进行相对运动的稳定流畅性，最后通过对各个电动推杆伸出量的控制，使上层轨道最终实现水平状态。其中，可以借助电动推杆自身的伸出位移反馈数据控制最终的伸出量，也可以根据需要在电动推杆上设置位移监测装置进行位移辅助检测，保证操作人员的准确操作。

例如，当电动推杆存在安装误差或者多个电动推杆长时间工作而出现动作不一致的情况时，在上层轨道与下层轨道进行相对运动的过程中，就可以借助虎克铰允许上层轨道与下层轨道在不平行的姿态下进行相对移动，即允许电动推杆的轴线与上层轨道的中心轴线之间存在夹角，从而保证上层轨道与下层轨道之间相对运动的正常进行。

同样，在其他实施例中，根据爬行伸缩杆的结构形式，也可以将爬行伸缩杆与上层轨道的连接以及与下层轨道的连接均设计铰接方式，保证爬行伸缩杆对上层轨道和下层轨道之间相对运动的稳定、流畅驱动。

三组上夹紧单元5与上层轨道1固定连接，并且沿上层轨道1的圆周方向均布，同时上夹紧单元5可以沿指向上层轨道中心的方向进行同步的往复伸缩运动。三组下夹紧单元6与下层轨道2固定连接，并且沿下层轨道2的圆周方向均布，同时下夹紧单元6可以沿指向下层轨道中心的方向进行同步的往复伸缩运动。这样，通过上夹紧单元可以控制上层轨道与待测量储油罐之间位置的夹紧固定和脱离，通过下夹紧单元可以控制下层轨道与待测量储油罐之间位置的夹紧固定和脱离。

优选的，在本实施例中，上夹紧单元5包括上夹紧伸缩件51和闸瓦52。其中，上夹紧伸缩件51的一端与上层轨道1固定连接，另一端沿上层轨道1的径向伸出并且与闸瓦52连接。此时，在上夹紧伸缩件的带动作用下，就可以控制闸瓦与待测量储油罐外壁之间的接触和脱离，这样在三组上夹紧单元的共同夹紧作用下，就可以实现上层轨道与待测量储油罐外壁之间的夹紧固定和脱离接触。

同理，下夹紧单元6包括下夹紧伸缩杆61和闸瓦62，此时，在下夹紧伸缩件的带动作用下，同样可以控制闸瓦与待测量储油罐外壁之间的接触和脱离，进而实现下层轨道与待测量储油罐外壁之间的夹紧固定和脱离接触。

进一步优选的，在本实施例中，上夹紧伸缩件51和下夹紧伸缩杆61均采用电动推杆，并且在各自的闸瓦位置处设有压力传感器。这样，根据压力传感器对闸瓦与罐体外壁之间夹紧力大小的检测结构，操作人员就可以对上夹紧伸缩件51和下夹紧伸缩杆61进行远程电气控制，从而提高操作的便捷性。其中，位于上层轨道上的电动推杆通过第一支座12固定在上层轨道1的下表面，位于下层轨道上的电动推杆通过第二支座22固定在下层轨道2的上表面，并且上夹紧伸缩件51和下夹紧伸缩杆61均指向待测量储油罐的中心方向。

在本实施例的上层轨道和下层轨道上分别设置了三组夹紧单元，并且沿圆周方向均布固定，同样在其他实施例中，根据上层轨道和下层轨道的结构尺寸，可以调整夹紧单元的安装数量和固定位置，以保证上层轨道和下层轨道与待测量储油罐外壁之间夹紧固定的稳定性和可靠性。

此外，在上层轨道1和下层轨道2之间还设有导向滑杆7，并且沿竖直方向固定在上层轨道1和下层轨道2之间。在本实施例中，导向滑杆7由上滑杆和下滑杆组成，其中上滑杆的上端与上层轨道垂直固定连接，下滑杆的下端与下层轨道垂直固定连接，而上滑杆的下端与下滑杆的上端之间则为滑动式插装连接。这样，在爬行伸缩杆驱动上层轨道和下层轨道进行相对移动时，导向滑杆就可以对上层轨道和下层轨道的相对移动进行辅助导向和支撑，提高上层轨道和下层轨道之间相对运动的稳定性。

采用本实施例的双层轨道蠕动式爬壁机器人对立式罐体的外壁进行测量的过程如下：

首先，将组成上层轨道1的弧形轨道和组成下层轨道2的支杆依次摆放在罐体的外部进行组装，并且将三组爬行伸缩杆4均布固定在上层轨道1和下层轨道2之间，将三组上夹紧单元5与上层轨道1均布固定连接，并且使三组上夹紧单元5同时与罐体外壁保持接触夹紧状态，将三组下夹紧单元6与下层轨道2均布固定连接，并且使三组下夹紧单元6同时与罐体外壁保持接触夹紧状态。在此过程中，借助水平仪和直角尺对上层轨道和下层轨道的水平度进行调整，使上层轨道和下层轨道与罐体的基准母线保持垂直关系，即保证上层轨道1的上表面保持水平状态。

接着，将测量装置与机器人进行固定连接，并且将测量装置调整至最佳测量姿态位置。

然后，在保持下夹紧单元6与罐体外壁夹紧状态的情况下，控制上夹紧单元5脱离与罐体外壁的接触，并且控制爬行伸缩杆4进行伸出动作。此时，以下层轨道2为基准，爬行伸缩杆4带动上层轨道1进行相对罐体向上或向下的位置移动，当上层轨道1上的测量装置到达指定位置后，停止爬行伸缩杆4的伸缩动作，并且控制上夹紧单元5动作使其与罐体外壁重新保持夹紧状态，从而完成对测量装置沿罐体外壁位置的调整操作，即可控制机器人3带着测量装置进行罐体外壁的测量操作。

其中，当爬行伸缩杆4处于最大伸出位置或最大回收位置仍然无法将上层轨道1调整至测量位置时，首先，控制上夹紧单元5动作使其与罐体外壁保持夹紧状态，使上层轨道1与罐体保持位置固定；接着，控制下夹紧单元6动作使其与罐体外壁脱离接触，并且控制爬行伸缩杆4进行伸缩动作，此时，以上层轨道1为基准，爬行伸缩杆4带动下层轨道2进行相对罐体向上或向下的位置移动，当下层轨道2移动一定距离后，停止爬行伸缩杆4的伸缩动作，并且控制下夹紧单元6动作使其与罐体外壁重新保持夹紧状态；然后，再控制上夹紧单元5脱离与罐体外壁的接触，并控制爬行伸缩杆4再次进行伸缩动作，以下层轨道2为基准，再次调整上层轨道1相对于罐体的位置，当上层轨道1到达指定位置后，停止爬行伸缩杆4的伸缩动作，并控制上夹紧单元5与罐体外壁重新保持夹紧状态。这样，通过爬行伸缩杆4、上夹紧单元5和下夹紧单元6三者之间的交替动作，完成了整个爬壁机器人沿罐体外壁的位置移动，将测量装置调整至了测量位置。

结合图1和图2所示，在本实施例的爬行机器人上还设有一个控制单元8。其中，控制单元8同时与爬行伸缩件4、上夹紧单元5和下夹紧单元6的动力部件进行线路连接。这样，操作人员可以通过控制单元对整个爬壁机器人的动作进行远程控制，根据实际情况既可以采用电线传输方式进行远程控制，也可以采用无线信号传输方式进行远程控制。