一种磁吸附爬壁机器人的制作方法

本实用新型涉及高空清扫或检测的机器人技术领域，尤其是涉及一种磁吸附爬壁机器人。

背景技术：

火电厂在发电过程中炉膛内燃料燃烧产生大量的灰尘/粉尘，这些固体颗粒在炉膛内伴随着气体对流对水冷壁管表面进行持续的冲刷/摩擦接触，水冷壁管外表面暴露在高温/高压/强对流的恶劣环境中逐步被磨损。电厂需要每半年对锅炉进行停机检测，检查水冷壁管外表面的磨损量，并根据磨损情况制定相应的修补方案。目前电厂主要是依靠人工维护，然而人工检测存在诸多劣势：一，耗时长，即停机时间长(整个检测周期不小于12天)，给电厂运行带来直接经济损失；二，投入人力多、施工量大，整个过程中需要大量的施工人员搭建和拆除脚手架，也需要多组检测人员同时作业并完成相应的数据整理工作；三，员工高空作业危险系数高。爬壁机器人是一种能在垂直壁面上爬行的机器人，它可以携带大量的检测设备(如超声波检测仪—用来检测壁面的厚度)，也可以携带清扫工具对壁面进行打扫。伴随着近几年人工成本大大提高，对于能高效的自动化清扫和检测的机器人的需求越来越大。

技术实现要素：

为了克服现有水冷壁管存在检测和维护效率较低、安全性较低的缺陷，本实用新型提供了一种磁吸附爬壁机器，以解决上述人工检测存在的问题，使火电厂的检测和维护水冷壁管的效率得到大幅度的提升，同时保障员工的人身安全。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种磁吸附爬壁机器人，包括两个行走单元，两个行走单元之间通过垂直越障机构连接，每个行走单元包括机架、运动机构、吸附机构和左右越障机构，所述机架包括底盘和顶盖，所述顶盖罩扣在所述底盘上，所述运动机构包括两个轮胎和车轮驱动电机，两个轮胎分别安装在所述底盘的左右两侧，且分别通过一个车轮驱动电机驱动；每个轮胎的前后两侧上分别设置一个吸附机构，所述吸附机构包括电磁铁和铁块，所述电磁铁固定安装在底盘上，所述铁块的顶面与电磁铁固定连接，所述铁块的底面为与水冷壁面贴合的弧形面；

所述左右越障机构包括直流电机、齿轮、齿条、左右平移导轨、重载直线导轨和越障机构平台，所述左右平移导轨和齿条均沿着左右方向固定在所述顶盖上，所述左右平移导轨位于齿条远离垂直越障机构的一侧，所述齿轮固定在所述直流电机的电机轴上，所述齿轮与所述齿条啮合，所述直流电机安装在直流电机架上，所述直流电机架的底部设有第一滑块，所述第一滑块安装在左右平移导轨上且与左右平移导轨形成左右滑动副，所述重载直线导轨沿着左右方向安装在顶盖朝向垂直越障机构一侧的侧面上，所述越障机构平台为倒L型，其上端固定在所述直流电机上，其下端上设有第二滑块，所述第二滑块安装在重载直线导轨上且与重载直线导轨形成左右滑动副，同时在重载直线导轨的左右两端分别设有限位的挡块。

进一步，所述垂直越障机构包括两个连杆和两个电动推杆，两个连杆上下布置，两个连杆的前后两端分别与两个行走单元的越障机构平台的侧面铰接，两个电动推杆分别左右对称的布置在两个连杆的左右两侧，两个电动推杆的下端与其中一个行走单元的越障机构平台铰接，两个电动推杆的上端同时与铰接块铰接，所述铰接块可前后滑动的安装在上侧的连杆上。

再进一步，所述车轮驱动电机为带有减速器的直流无刷电机。

再进一步，所述电磁铁通过固定架安装在所述底盘上。

更进一步，所述轮胎为agv小车轮胎。

本实用新型的有益效果主要表现在：工作效率较高，保障了员工的人身安全。

附图说明

图1是本实用新型的总装图的主视图。

图2是本实用新型的总装图的左视图。

图3是本实用新型的总装图的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。

参照图1～图3，一种磁吸附爬壁机器人，包括两个行走单元，两个行走单元之间通过垂直越障机构连接，每个行走单元包括机架、运动机构、吸附机构和左右越障机构，所述机架包括底盘和顶盖4，所述顶盖4罩扣在所述底盘上，所述运动机构包括两个轮胎和车轮驱动电机，两个轮胎分别安装在所述底盘的左右两侧，且分别通过一个车轮驱动电机驱动；每个轮胎的前后两侧上分别设置一个吸附机构，所述吸附机构包括电磁铁31和铁块1，所述电磁铁31固定安装在底盘上，所述铁块1的顶面与电磁铁31固定连接，所述铁块1的底面为与水冷壁面贴合的弧形面；

所述左右越障机构包括直流电机5、齿轮22、齿条25、左右平移导轨24、重载直线导轨34和越障机构平台19，所述左右平移导轨24和齿条均沿着左右方向固定在所述顶盖4上，所述左右平移导轨24位于齿条远离垂直越障机构的一侧，所述齿轮22固定在所述直流电机5的电机轴上，所述齿轮22与所述齿条25啮合，所述直流电机5安装在直流电机架26上，所述直流电机架26的底部设有第一滑块23，所述第一滑块23安装在左右平移导轨24上且与左右平移导轨24形成左右滑动副，所述重载直线导轨34沿着左右方向安装在顶盖朝向垂直越障机构一侧的侧面上，所述越障机构平台19为倒L型，其上端固定在所述直流电机5上，其下端上设有第二滑块13，所述第二滑块13安装在重载直线导轨34上且与重载直线导轨34形成左右滑动副，同时在重载直线导轨34的左右两端分别设有限位的挡块33。

进一步，所述垂直越障机构包括两个连杆14和两个电动推杆15，两个连杆14上下布置，两个连杆14的前后两端分别与两个行走单元的越障机构平台的侧面铰接，两个电动推杆15分别左右对称的布置在两个连杆的左右两侧，两个电动推杆15的下端与其中一个行走单元的越障机构平台铰接，两个电动推杆15的上端同时与铰接块17铰接，所述铰接块17可前后滑动的安装在上侧的连杆14上。电动推杆15的上端通过铰链16与铰接块17铰接。

再进一步，所述车轮驱动电机为带有减速器的直流无刷电机28。

再进一步，所述电磁铁31通过固定架安装在所述底盘上。

更进一步，所述轮胎为agv小车轮胎3。

本实施例中，在磁吸附爬壁机器人中，吸附机构的主要任务是使机器人稳稳的吸附于水冷壁表面，所以吸附机构的设计主要由两部分组成，分别为：(1)电磁铁31：电磁铁提供吸力，保证机器人能吸附在壁面；(2)铁块1结构设计：铁块用来贴合水冷壁表面，其形状十分关键。为了防止机器人轮胎打滑，电磁铁应该分布在轮胎周围，为轮胎提供足够的正压力，所以在机器人的两个轮子上下各有一个电磁铁，整个机器人由两个相同的机器人组成，所以共有八个电磁铁。当机器人处于越障状态时只有四个磁铁提供吸力。考虑到机器人整体结构比较紧凑，选择的电磁铁体积应该较小，所以选择吸盘式电磁铁。水冷壁管表面是特殊的圆弧形，而电磁铁表面是平的，所以电磁铁无法直接和壁面贴合。为了更好地贴合壁面需要一个圆弧形的铁块来过渡，铁块的材料为45钢。铁块一面设计为圆弧形，用来和壁面贴合；一面设计成平面，用来和电磁铁贴合；平的一面周围有四个M6的螺纹孔，用来固定铁块。

在磁吸附爬壁机器人中，运动机构的主要任务是使机器人能以一定的速度稳定的爬行，即产生的驱动力能够克服铁块与壁面的摩擦力和自身的重力，因此运动机构的设计主要由两部分组成，分别为：(1)轮胎：轮胎大小与机器人速度、提供的驱动力有关；(2)车轮驱动电机：电机决定了机器人的驱动力和速度。考虑到爬行速度和负载能力，磁吸附爬壁机器人选择了轮式驱动。水冷壁管表面由碳钢组成，为了增大摩擦，轮胎选择橡胶材料。轮胎和水冷壁管需要紧密接触，铁块和壁面也需要接触，所以需要根据铁块厚度决定轮胎直径。轮胎主要与圆弧形水管最高点接触，测量铁块圆弧形最高点和电机轴中心的距离，最终选择agv小车轮胎3。轮胎的驱动力由电机提供，考虑到机器人的体积较小以及整个机器人为直流供电，故采用无刷直流电机与减速器一体的方式和轮胎直接相连，此方式减少了中间的传动环节，有效的节省了空间。

在磁吸附爬壁机器人中，越障机构的主要任务是使机器人越过水冷壁管表面的障碍物。水冷壁表面主要存在两类障碍物，第一类为扰流横梁，主要有规律的分布在垂直方向，因此需要设计垂直方向的越障机构，取名为垂直越障机构；第二类是由壁面圆形的水管导致的障碍物，左右方向有规律的分布，因此需要设计左右方向的越障机构，取名为左右越障机构。垂直越障机构由连杆机构和笔筒型电动推杆组成，电动推杆一端铰接在行走单元上，另一端铰接在连杆上。笔筒型电动推杆和连杆的连接方式是先在连杆上焊接上一个铝合金铰接块，笔筒型电动推杆一端和铝合金铰接块通过螺栓连接。电动推杆伸长或缩短时，带动连杆旋转，平行四边形的夹角产生变化，机器人的高度也随之变化。左右越障机构由电机和齿轮齿条组成，在移动时为了减小摩擦并且使移动更加稳定，机构中安装有直线导轨。

在磁吸附爬壁机器人中，连接机构的主要任务是用来连接机器人各个机构，其主要包括底盘、顶盖4、越障机构平台19。底盘在磁吸附爬壁机器人中主要用来放置电机、电磁铁和铁块，底盘上留有特定的固定架，电机固定架用来固定电机，两边有肋加强了结构强度；电磁铁和铁块固定架用来固定电磁铁和铁块；立柱带有M6螺纹孔，用来和顶盖连接。顶盖在磁吸附爬壁机器人中主要用来放置直线导轨和齿轮齿条，并将底盘上的零件包住起到保护作用，对于直线导轨的固定，通过在顶盖上打孔用螺栓和螺母固。越障机构平台19在磁吸附爬壁机器人中主要用来连接直线导轨的滑块、电机支架、连杆的铰链和笔筒型电动推杆的铰链。

如图1中所示，轮胎通过键2与车轮驱动电机的电机轴连接的，6、7为一对螺栓和螺母，8、9为一对螺栓和螺母，10为螺栓，11、12为一对螺栓和螺母，连杆14为铝合金连杆，18为螺栓，20、21为一对螺栓和螺母。

如图2所示，27、29为螺栓，30为用于安装直流无刷电机的底座30。

如图3所示，32为螺栓。

本实用新型是由两个相同的行走单元通过连杆机构组成，在垂直越障过程中需要两个行走单元配合越障，其越障流程如下：

(1)磁吸附爬壁机器人由带有减速器的直流无刷电机28驱动agv小车轮胎3向上爬行，直到遇到障碍，然后停止爬行，行走单元Ⅱ电磁铁31断电，伸长笔筒型电动推杆15抬起行走单元Ⅱ。

(2)完成抬升后磁吸附爬壁机器人继续向上爬行，直到行走单元Ⅱ越过障碍物。

(3)缩短笔筒型电动推杆15将行走单元Ⅱ放下，碰到壁面后停止笔筒型电动推杆15，行走单元Ⅱ的电磁铁31通电，吸附于壁面。

(4)行走单元Ⅰ的电磁铁断电，缩短笔筒型电动推杆15，抬起行走单元Ⅰ。

(5)完成抬升后磁吸附爬壁机器人继续向上爬行，直到行走单元Ⅰ越过障碍物。

(6)伸长笔筒型电动推杆15将行走单元Ⅰ放下，碰到壁面后停止笔筒型电动推杆15，行走单元Ⅰ的电磁铁通电，吸附于壁面。

垂直越障为以上六个过程。

左右越障时整个机器人需要换到另外四个水管，同样需要两个行走单元相互配合完成越障，其越障流程如下：

(1)行走单元Ⅱ电磁铁31断电，伸长笔筒型电动推杆15，抬起行走单元Ⅱ。

(2)利用直流电机5和齿轮22齿条25机构使行走单元Ⅱ在重载直线导轨34上做直线运动直到越障，由挡块33来防止运动过度

(3)缩短笔筒型电动推杆15将机器人2放下，碰到壁面后停止电动推杆，行走单元Ⅱ的电磁铁31通电，吸附于壁面，此时行走单元Ⅱ平移两个水管。

(4)行走单元Ⅰ电磁铁断电，缩短笔筒型电动推杆15，抬起行走单元Ⅰ。

(5)利用相同左右越障机构对被抬升的行走单元Ⅰ进行平移。

(6)伸长笔筒型电动推杆将行走单元Ⅰ放下，碰到壁面后停止笔筒型电动推杆，行走单元Ⅰ的电磁铁通电，吸附于壁面，此时行走单元Ⅰ平移两个水管。

当完成以上六个步骤后整个磁吸附爬壁机器人平移了两个水管的距离，行走单元本身占据四个水管的距离，要将磁吸附爬壁机器人移到新的四个水管上，需要再进行一次以上6个步骤。

本实用新型的具体实施例，已经体现出本实用新型实质性特点，根据实际的使用需要，在本实用新型的启示下，对其进行形状、结构等方面的等同修改，均在本方案的保护范围之列。