一种角钢塔架自动检测机器人

1.本发明涉及角钢塔架检测领域，具体涉及一种角钢塔架自动检测机器人。


背景技术：

2.角钢作为一种建筑钢材，广泛运用在各种建筑结构中，如输电塔、石油井架等角钢塔架，以石油井架为例，在石油开采工作当中，为了保障开采过程安全性和稳定性，需要对钻井设备进行有效的管理，石油井架作为油气钻采作业中的重要机械设备，由于其长期工作在恶劣的环境同时加上搬迁、安装过程中诸多因素的影响，井架结构会逐渐产生程度不同的腐蚀、变形、疲劳等局部或整体的缺陷，对井架结构承载能力均有不同程度的影响，直接关系到钻、修井作业的安全，若不能及时的发现井架缺陷地方，有可能会导致井架倒塌、井喷等重大安全事故，严重危害人们生命财产安全。
3.目前主要通过工人在井架攀爬的方式对井架进行检测，但是这种方式存在以下缺点：1)工人携带检测设备进行高空作业时，工作危险性较高，容易造成人员安全事故；2)人工观测只能够发现井架角钢表面的损伤，难以发现井架角钢内部的缺陷，检测不全面且效率低；3)抓手伸缩类机器人难以实现井架角钢主材之间的过渡爬行，不能对井架支干角钢进行检测，导致检测不全面，且该类机器人攀爬速度较慢，检测效率低；
4.以上仅仅只是以石油井架为例作为角钢塔架的背景描述，然而现有的以角钢作为主材的角钢塔架同样存在类似于石油井架的问题，为了解决现有角钢塔架检测效率低、检测不全面等问题，则需要发明一种角钢塔架自动检测机器人，实现检测过程中机器人在角钢塔架上主干角钢与支干角钢过渡行驶以及快速爬架的高效率全方位检测。


技术实现要素：

5.解决的技术问题：
6.本发明的目的在于：针对现有的角钢塔架多靠人工攀爬方式进行检测，以及现有的检测机器人无法实现在塔架主材为角钢的条件下完成主干角钢与支干角钢之间的过渡行驶问题，提出发明一种角钢塔架自动检测机器人，该机器人能够实现在角钢塔架的主干角钢和支干角钢上行驶，代替工人对角钢塔架进行检测，降低了检测风险，提高了检测效率和检测范围。
7.技术方案：
8.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种角钢塔架自动检测机器人，其特征在于：机器人包括电磁铁履带轮组、底盘、抓手云台，其中电磁铁履带轮组为两个，对称布置在底盘左右两侧；
9.所述电磁铁履带轮组包括电磁铁履带轮、电机支架、圆柱杆a、圆柱杆b、扇形齿轮；所述电磁铁履带轮包括橡胶履带、履带轮支架、带轮组、导电板、限位板、探头固定架a、探头固定架b、超声波探头、弹性挡圈a、履带轮电磁铁、电磁铁导电触头、电磁铁固定栓、电机壳和驱动电机；
10.所述带轮组包括驱动带轮组和从动带轮组，带轮组对称安装在履带轮支架两侧；驱动带轮组包括4个驱动带轮和2个驱动带轮轴，每对驱动带轮固定在驱动带轮轴两侧；从动带轮组包扩4个从动带轮、4个调整环、2个从动带轮轴、4个弹性挡圈b和8个轴承；每个从动带轮上都对称安装有两个轴承，弹性挡圈b和调整环用于限制轴承和从动带轮在从动带轮轴上的轴向移动，从动带轮对称安装在从动带轮轴两侧；从动带轮轴与驱动带轮轴平行；橡胶履带同时压紧套接在带轮组外侧，驱动带轮组一侧与驱动电机的电机轴固定，驱动电机固定安装在电机壳中，电机壳安装在电机支架上；电磁铁导电触头尾端穿过橡胶履带与履带轮电磁铁连接，电磁铁固定栓分别将电磁铁导电触头和履带轮电磁铁固定安装在橡胶履带内外两侧，导电板和限位板对称安装在履带轮支架左右两侧；导电板由固定板、通电板和调整弹簧组成，通过螺栓固定在履带轮支架上，其中调整弹簧两侧分别与固定板和通电板焊接，两侧通电板分别接通电池正极和负极，导电触头与通电板接触，用于传输电流给履带轮电磁铁；限位板一侧有用于限制导电触头位置的圆弧形台阶；探头固定架a和探头固定架b分别安装在履带轮支架内框上下两侧，超声波探头穿过探头固定架b，尾端伸入探头固定架a圆孔中，弹性挡圈a安装在超声波探头上防止超声波探头滑落；探头固定架a圆孔中焊接有缓冲弹簧，能够使超声波探头与角钢表面紧密接触；圆柱杆a与圆柱杆b平行于履带轮支架，分别连接于电机壳前后两侧，扇形齿轮通过紧定螺钉固定安装在圆柱杆a与圆柱杆b上；所述电机支架设有圆柱孔和圆弧状槽口，其中圆弧状槽口的圆弧圆心与圆柱孔圆心重合，圆弧状槽口的圆弧角度大于90
°
，所述电机壳能够以电机支架圆柱孔为旋转中心转动。
11.所述的橡胶履带旁侧有均匀分布有圆柱通孔，外侧均布有电磁铁安装凸台和台阶状的电磁铁安装通孔，电磁铁安装通孔贯通电磁铁安装凸台，其中中间孔的尺寸略大于两端孔的尺寸，每组电磁铁安装通孔均被圆柱通孔贯穿，圆柱通孔轴心与电磁铁安装通孔轴心处于同一平面。
12.所述底盘包括伸缩片组、连接栓、连接头、螺旋杆、底盘轮距调整电机、底盘前板、底盘后板、底盘顶板、底盘支架固定环a、底盘支架固定环b、履带轮角度调整电机、调整齿轮、底盘圆柱杆、高清摄像装置、摄像头支架、电池、超声波探伤装置、控制器和天线；
13.伸缩片组左右两端与底盘支架固定环b铰接，前后两端与两个连接栓铰接；螺旋杆与两个连接栓丝杠螺母配合连接；底盘圆柱杆分别穿过底盘支架固定环a和底盘支架固定环b，对称布置在螺旋杆左右两侧；底盘支架固定环a通过螺栓压紧固定在底盘圆柱杆上，底盘支架固定环b通过紧定螺钉固定在底盘圆柱杆上；履带轮角度调整电机固定安装在底盘支架固定环b外侧，履带轮角度调整电机的电机轴上安装有调整齿轮；底盘前板和底盘后板固定安装于底盘顶板前后两侧；摄像头支架、电池、超声波探伤装置、控制器和天线固定在底盘顶板上，高清摄像装置安装在摄像头支架上；
14.所述底盘前板设有四个直槽和一个圆台孔，底盘后板设有四个直槽和一个电机安装槽，底盘圆柱杆前后两端分别安装在底盘前板和底盘后板的直槽中；伸缩片组呈平行四边形结构，能够实现横向和纵向伸缩，螺旋杆一端与底盘轮距调整电机的电机轴固定，另一端伸入底盘前板圆台孔中，螺旋杆上有两段旋向相反的螺纹；底盘轮距调整电机和螺旋杆用于调整伸缩片组伸缩；调整齿轮与扇形齿轮啮合，用于控制电磁铁履带轮整体角度。
15.抓手云台包括行星转台、导轨滑板、直角固定片、云台电机、云台板、云台法兰盘、机械抓手；其中行星转台对称安装在底盘顶板上；
16.行星转台由圆形导轨、太阳轮电机、行星轮系、行星转台支撑架、行星轮系支撑架、行星架、三角盘和z形连接架组成；行星轮系的齿圈固定安装于圆形导轨上，太阳轮电机固定安装在行星轮系支撑架上，太阳轮电机的电机轴穿过行星轮系支撑架和行星架与太阳轮固定连接，圆形导轨与行星轮系支撑架固定在行星转台支撑架上，行星架和三角盘分别固定在行星轮系内外两侧，三角盘与导轨滑板通过z形连接架固定连接，导轨滑板安装在圆形导轨上；云台板两端与导轨滑板固定，云台电机固定在云台板中部，云台电机的电机轴穿过云台板与云台法兰盘固定连接；机械抓手由云台柱、手臂杆组、抓手电磁铁、抓手电机和抓手法兰盘组成，云台柱与云台法兰盘固定，手臂杆组与云台柱连接，抓手电磁铁固定安装在手臂杆组末端。
17.所述导轨滑板包括导轨板和滚轮，导轨板板面与圆形导轨外侧面平行，导轨板固定在z形架的一侧面平行于三角盘的侧边，滚轮轮面与圆形导轨滚动接触；
18.所述超声波探伤装置用于检测角钢塔架中金属角钢内部缺陷，超声波探头与角钢接触，用于采集角钢材料信息，高清摄像装置有可旋转球形镜头，用于采集角钢表面信息，电池用于给机器人供电，控制器用于控制电池供电方式和可旋转球形镜头的角度，控制器还用于控制驱动电机、履带轮角度调整电机、云台电机、抓手电机、太阳轮电机和底盘轮距调整电机转速、转角和转向以及存储信息，天线用于发送信息和接收控制指令信息。
19.有益效果：
20.本发明所提供的一种角钢塔架自动检测机器人具有以下有益效果：
21.(1)能够代替工人在竖直的角钢塔架上爬行，通过超声波探伤装置和高清摄像装置检测角钢塔架上角钢材料内部和外部情况，并存储记录和实时发送检测数据。
22.(2)采用可调电磁铁履带轮轮距和角度的底盘以及抓手云台结构，能够让机器人在塔架主材为角钢材料的条件下实现主干角钢与支干角钢之间的过渡行驶，保障了检测的全面性。
23.(3)采用电磁铁履带轮能够使机器人在角钢塔架上保持较快的行驶速度，提高检测效率。
附图说明
24.图1为角钢塔架自动检测机器人的立体结构示意图；
25.图2为角钢塔架自动检测机器人电磁铁履带轮组和部分底盘零件立体结构示意图；
26.图3为角钢塔架自动检测机器人电磁铁履带轮组和部分底盘零件俯视图；
27.图4为电磁铁履带轮分解示意图；
28.图5为电磁铁履带轮部分位置剖面示意图；
29.图6为抓手云台部分零件分解示意图；
30.图7为底盘前板和底盘后板立体结构示意图
31.图8为角钢塔架自动检测机器人爬架流程i示意图；
32.图9为角钢塔架自动检测机器人爬架流程ⅱ示意图；
33.图10为角钢塔架自动检测机器人爬架流程ⅲ示意图。
34.图中：1
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电磁铁履带轮组；101
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电磁铁履带轮；102
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电机支架；103
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圆柱杆a；104
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圆柱杆b；105
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扇形齿轮；106
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橡胶履带；107
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履带轮支架；108
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带轮组；109
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导电板；110
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限位板；111
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探头固定架a；112
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探头固定架b；113
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超声波探头；114
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弹性挡圈a；115
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履带轮电磁铁；116
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电磁铁导电触头；117
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电磁铁固定栓；118
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电机壳；119
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驱动电机；120
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驱动带轮组；121
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从动带轮组；122
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驱动带轮；123
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驱动带轮轴；124
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从动带轮；125
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调整环；126
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从动带轮轴；127
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弹性挡圈b；128
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轴承；129
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固定板；130
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通电板；131
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调整弹簧；132
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缓冲弹簧；2
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底盘；201
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伸缩片组；202
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连接栓；203
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连接头；204
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螺旋杆；205
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底盘轮距调整电机；206
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底盘前板；207
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底盘后板；208
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底盘顶板；209
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底盘支架固定环a；210
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底盘支架固定环b；211
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履带轮角度调整电机；212
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调整齿轮；213
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底盘圆柱杆；214
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高清摄像装置；215
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摄像头支架；216
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电池；217
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超声波探伤装置；218
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控制器；219
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天线；3
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抓手云台；301
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行星转台；302
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导轨滑板；303
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直角固定片；304
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云台电机；305
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云台板；306
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云台法兰盘；307
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机械抓手；308
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圆形导轨；309
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太阳轮电机；310
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行星轮系；311
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行星转台支撑架；312
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行星轮系支撑架；313
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行星架；314
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三角盘；315
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z形连接架；316
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云台柱；317
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手臂杆组；318
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抓手电磁铁；319
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抓手电机；320
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抓手法兰盘；321
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导轨板；322
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滚轮。
具体实施方式
35.下面结合附图1
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10对本发明做进一步的描述,本发明的保护范围不局限于以下描述:
36.一种角钢塔架自动检测机器人，其特征在于：机器人包括电磁铁履带轮组1、底盘2、抓手云台3，其中电磁铁履带轮组1为两个，对称布置在底盘2左右两侧；
37.所述电磁铁履带轮组1包括电磁铁履带轮101、电机支架102、圆柱杆a103、圆柱杆b104、扇形齿轮105；所述电磁铁履带轮101包括橡胶履带106、履带轮支架107、带轮组108、导电板109、限位板110、探头固定架a111、探头固定架b112、超声波探头113、弹性挡圈a114、履带轮电磁铁115、电磁铁导电触头116、电磁铁固定栓117、电机壳118和驱动电机119；
38.所述带轮组108包括驱动带轮组120和从动带轮组121，带轮组108对称安装在履带轮支架107两侧；驱动带轮组120包括4个驱动带轮122和2个驱动带轮轴123，每对驱动带轮122对称固定在驱动带轮轴123两侧；从动带轮组121包扩4个从动带轮124、4个调整环125、2个从动带轮轴126、4个弹性挡圈b127和8个轴承128；每个从动带轮124上都对称安装有两个轴承128，弹性挡圈b127和调整环125用于限制轴承128和从动带轮122在从动带轮轴126上的轴向移动，从动带轮124对称安装在从动带轮轴126两侧；从动带轮轴126与驱动带轮轴123平行；橡胶履带106同时压紧套接在带轮组108外侧，驱动带轮组120一侧与驱动电机119的电机轴固定，驱动电机119固定安装在电机壳118中，电机壳118安装在电机支架102上；电磁铁导电触头116尾端穿过橡胶履带106与履带轮电磁铁115连接，电磁铁固定栓117分别将电磁铁导电触头116和履带轮电磁铁115固定安装在橡胶履带106内外两侧，导电板109和限位板110对称安装在履带轮支架107左右两侧；导电板109由固定板129、通电板130和调整弹簧131组成，通过螺栓固定在履带轮支架107两侧，其中调整弹簧131两侧分别与固定板129和通电板130焊接，两侧通电板130分别接通电池216正极和负极，电磁铁导电触头116与通电板130接触，用于传输电流给履带轮电磁铁115；电磁铁导电触头116与通电板130接触时，调整弹簧131被压缩，使机器人在行驶过程中电磁铁导电触头116与通电板130一直保持良好接触，保障了履带轮电磁铁115吸附的可靠性；限位板110一侧有用于限制电磁铁导电触
头116位置的圆弧形台阶；探头固定架a111和探头固定架b112分别安装在履带轮支架107内框上下两侧，超声波探头穿113过探头固定架b112，尾端伸入探头固定架a111圆孔中，弹性挡圈a114安装在超声波探头113上防止超声波探头113滑落；探头固定架a111圆孔中焊接有缓冲弹簧132，能够使超声波探头113与角钢塔架的角钢表面紧密接触；圆柱杆a103与圆柱杆b104平行于履带轮支架107，分别连接于电机壳118前后两侧圆柱台孔处，扇形齿轮105通过紧定螺钉固定安装在圆柱杆a103与圆柱杆b104上；所述电机支架102设有圆柱孔和圆弧状槽口，其中圆弧状槽口的圆弧圆心与圆柱孔圆心重合，圆弧状槽口的圆弧角度大于90
°
，所述电机壳118能够以电机支架102圆柱孔为旋转中心转动。
39.在一个实施例中，所述的橡胶履带106旁侧有均匀分布的圆柱通孔，外侧均布有电磁铁安装凸台和台阶状的电磁铁安装通孔，电磁铁安装通孔贯通电磁铁安装凸台，其中中间孔的尺寸略大于两端孔的尺寸，每组电磁铁安装孔均被圆柱通孔贯穿，圆柱通孔轴心与电磁铁安装孔轴心处于同一平面。
40.在一个实施例中，所述的电磁铁履带轮101上安装有多个履带轮电磁铁115。
41.所述底盘2包括伸缩片组201、连接栓202、连接头203、螺旋杆204、底盘轮距调整电机205、底盘前板206、底盘后板207、底盘顶板208、底盘支架固定环a209、底盘支架固定环b210、履带轮角度调整电机211、调整齿轮212、底盘圆柱杆213、高清摄像装置214、摄像头支架215、电池216、超声波探伤装置217、控制器218和天线219。
42.伸缩片组201左右两端与底盘支架固定环b210铰接，前后两端与两个连接栓202铰接；螺旋杆204与两个连接栓202丝杠螺母配合连接；底盘圆柱杆213分别穿过底盘支架固定环a209和底盘支架固定环b210，对称布置在螺旋杆204左右两侧；底盘支架固定环a209通过螺栓压紧固定在底盘圆柱杆213上，底盘支架固定环b210通过紧定螺钉固定在底盘圆柱杆213上；履带轮角度调整电机211通过螺钉固定安装在底盘支架固定环b210外侧，履带轮角度调整电机211的电机轴上安装有调整齿轮212；底盘前板206和底盘后板207固定安装于底盘顶板208前后两侧；摄像头支架215、电池216、超声波探伤装置217、控制器218和天线219固定在底盘顶板208上，高清摄像装置214安装在摄像头支架215上。
43.在一个实施例中，所述底盘前板206设有四个直槽和一个圆台孔，底盘后板207设有四个直槽和一个电机安装槽，底盘圆柱杆213前后两端分别安装在底盘前板206和底盘后板207的直槽中；伸缩片组201呈平行四边形结构，能够实现横向和纵向伸缩，螺旋杆204一端与底盘轮距调整电机205的电机轴通过连接头203固定，另一端伸入底盘前板206圆台孔中，螺旋杆204上有两段旋向相反的螺纹；底盘轮距调整电机205和螺旋杆204用于调整伸缩片组201伸缩；调整齿轮212与扇形齿轮啮合105，用于控制电磁铁履带轮101整体角度。
44.抓手云台3包括行星转台301、导轨滑板302、直角固定片303、云台电机304、云台板305、云台法兰盘306、机械抓手307；其中行星转台301对称安装在底盘顶板208上。
45.行星转台301由圆形导轨308、太阳轮电机309、行星轮系310、行星转台支撑架311、行星轮系支撑架312、行星架313、三角盘314和z形连接架315组成；行星轮系310的齿圈固定安装于圆形导轨308上，太阳轮电机309固定安装在行星轮系支撑架312上，太阳轮电机309的电机轴穿过行星轮系支撑架312和行星架313与太阳轮固定连接，圆形导轨308与行星轮系支撑架312固定在行星转台支撑架311上，行星架313和三角盘314分别固定在行星轮系310内外两侧，三角盘314与导轨滑板302通过z形连接架315固定连接，导轨滑板302安装在
圆形导轨308上；云台板305两侧与导轨滑板302通过直角固定片303固定，云台电机304固定在云台板305中部，云台电机304的电机轴穿过云台板305，与云台法兰盘306固定；机械抓手307由云台柱316、手臂杆组317、抓手电磁铁318、抓手电机319和抓手法兰盘320组成，云台柱316与云台法兰盘306固定，手臂杆组317与云台柱316连接，抓手电磁铁318固定安装在手臂杆组317末端。
46.在一个实施例中，所述导轨滑板302包括导轨板321和滚轮322，导轨滑板302板面与圆形导轨308外侧面平行，导轨滑板302固定在z形连接架315的一侧面平行于三角盘314的侧边，滚轮322轮面与圆形导轨308滚动接触。
47.在一个实施例中，抓手电机319通过沉头螺钉固定在手臂杆组317上，抓手法兰盘320通过螺钉固定在手臂杆组317上，抓手电机319的电机轴与抓手法兰盘320过盈配合连接使手臂杆组317之间能够相对转动。
48.在一个实施例中，所述超声波探伤装置217用于检测角钢塔架的角钢材料内部缺陷信息，超声波探头113与角钢塔架的角钢表面接触，用于采集角钢材料信息，高清摄像装置214有可旋转球形镜头，用于采集角钢表面信息，电池216用于给机器人供电，控制器218用于控制电池216供电方式和可旋转球形镜头的角度，控制器还可以用于控制驱动电机119、履带轮角度调整电机211、云台电机304、抓手电机319、太阳轮电机309和底盘轮距调整电机205转速、转角和转向，以及存储信息；天线219用于发送信息和接收控制指令信息。
49.在一个实施例中，角钢塔架自动检测机器人在角钢塔架上行驶过程如下：
50.角钢塔架主干角钢行驶阶段：底盘轮距调整电机205通过连接头203带动螺旋杆204旋转，使电磁铁履带轮101的轮距处于适应角钢塔架主干角钢尺寸位置，机器人左右两侧电磁铁履带轮101分别贴在角钢塔架的主干角钢两侧，驱动电机119带动驱动带轮122旋转，机器人开始行驶。
51.角钢塔架主干角钢
‑
支干角钢过渡：机器人位于角钢塔架主干角钢与支干角钢交界处附近时，驱动电机119停止转动，机器人停止行驶；太阳轮电机309开始旋转，通过三角盘314带动导轨滑板302绕圆形导轨308转动，使得云台板305板面平行于角钢塔架支干角钢一侧面；机械抓手307转动到与角钢塔架支干角钢方向一致时，通过抓手电机319调整使得抓手电磁铁318贴在角钢塔架支干角钢侧面处，抓手电磁铁318通电；机器人一侧电磁铁履带轮101的导电板109断电，履带轮角度调整电机211带动电磁铁履带轮101整体转动使其离开角钢塔架主干角钢侧面；另一侧履带轮角度调整电机211和太阳轮电机309配合转动，使得底盘顶板208板面与角钢塔架主干角钢一侧面平行；两侧电磁铁履带轮101导电板109均断电，机械抓手307将底盘2及电磁铁履带轮组1提升离开角钢塔架主干角钢至角钢塔架支干角钢上方，云台电机304转动，使电磁铁履带轮101的纵向与角钢塔架支干角钢方向一致；太阳轮电机309转动，使电磁铁履带轮101位于角钢塔架支干角钢两侧；底盘轮距调整电机205通过连接头203带动螺旋杆204旋转，使电磁铁履带轮101的轮距处于适应角钢塔架支干角钢位置，机器人两侧履带轮角度调整电机211转动，使得电磁铁履带轮101组贴合于角钢塔架支干角钢两侧面，导电板109通电，电磁铁履带轮101吸附在角钢塔架支干角钢两侧面，完成角钢塔架主干角钢与支干角钢之间的过渡行驶。
52.最后所应说明的是:以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解:依然可以对本
专利进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。