CN101138994A - 轮式永磁吸附管道爬行机器人 - Google Patents

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一种轮式永磁吸附管道爬行机器人，包括四轮驱动小车、永磁吸附机构和转向机构。小车由安装在车架上的四套车轮组组成，车轮组均包括轮架、车轮、车轮轴、轮架转向轴、减速器和电机；永磁吸附机构包括衔铁和二个极性相反永磁铁组；转向机构包括支架、主动链轮、主动链轮轴、链条、减速器和电机；永磁吸附机构与小车车架底部连接；转向机构固定在小车的车架上。本发明机器人可在倾斜管道外表面按任意路线爬行，可按要求到达管道外表面的任意位置，且机器人爬行时车身纵轴线始终保持与管道轴线平行。本发明结构紧凑，体积小，重量轻，操纵简便，运动灵活，带负载能力强，可携带不同类型的高压水喷枪、涂料喷枪、检测传感器等，广泛应用于管道，储罐等的清洗、涂装和检测等维护工作。

Description

轮式永磁吸附管道爬行机器人
技术领域
本发明属于机器人领域，涉及的是一种特种机器人，具体为一种轮式永磁吸附管道爬行机器人。
背景技术
管道作为一种输送成本低、效率高、安全无污染的运输方式，在石油、石化、电力、城市供水等行业得到广泛的应用。但金属管道受周围环境的腐蚀作用和人为破坏等因素的影响，会发生泄漏、爆裂，引起火灾、爆炸等事故，造成环境污染、经济损失，威胁人身安全。为保证管道安全运营，必须定期对管道进行检测维护。
为降低人工劳动强度，各种适用于不同工况的管道机器人不断被报道，如公开号CN 1745985A，公开日2006年3月15日的专利文献公开了一种热交换器受热面管道检测机器人，是一种适用于对多排管道组成的热交换器受热面管道进行检测的工业机器人；授权公告号CN 2747088Y，授权公告日2005年12月21日的专利文献公开了一种单电机单驱动直进轮式小型管道机器人移动机构，是一种小直径管道内部机器人移动机构；授权公告号CN 2487515Y，授权公告日2002年4月24日的专利文献公开了一种履带式管道机器人，是一种适用于管道内部检测维修的机器人；授权公告号CN 2545606Y，授权公告日2003年4月16日的专利文献公开了一种自动纠偏管道爬行器，是一种可以自动纠偏、转弯，防止翻车，在管道内部爬行进行检测的爬行器。
上述各机器人只能在管道内部爬行，或者只能在多排管道组成的热交换器受热面管道上爬行，不能在倾斜放置的管道外表面按任意路线灵活爬行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种轮式永磁吸附管道爬行机器人，该机器人能在铁磁性管道外表面沿管道轴线方向按任意路线爬行，并且该管道可以是任意倾斜角度。
本发明提供的轮式永磁吸附管道爬行机器人，其特征在于：该机器人包括四轮驱动小车、永磁吸附机构和转向机构；
四轮驱动小车由安装在车架上的四套车轮组组成，每套车轮组均包括轮架、车轮、车轮轴、轮架转向轴、行进减速器和行进电机；轮架的纵轴线上固定有轮架转向轴，轮架转向轴通过推力轴承安装在车架的轴承座上，轮架转向轴轴端装有链轮；车轮、车轮轴通过车轮组径向轴承安装在轮架上，行进减速器套装在车轮轴外伸端，行进电机安装在行进减速器上；
永磁吸附机构包括二个永磁铁组和衔铁，二个永久磁铁组的极性相反，均安装在衔铁的下方；
转向机构包括支架、主动链轮、主动链轮轴、链条、转向减速器和转向电机，支架固定在车架上表面，主动链轮和主动链轮轴通过转向径向轴承安装在支架上，主动链轮与四个车轮组的转向轴端链轮用链条连接，形成环形链传动；
永磁吸附机构通过调节螺栓与四轮驱动小车车架底部连接，在调节螺栓上安装有弹簧；转向机构固定在四轮驱动小车的车架上。
本发明轮式永磁吸附管道爬行机器人采用四轮全驱动，可保证机器人在管道上爬行时不打滑，具有较强的带负载能力；永磁吸附机构与管道间的吸引力使四轮驱动小车能在任何角度任何位置可靠的吸附在管道外壁上，而不发生脱落；转向机构可带动四轮驱动小车的四个车轮组同时转向相同角度，从而使机器人能按要求到达管道外表面的任意位置，并且机器人爬行时车身纵轴线始终保持与管道轴线平行。本发明结构紧凑，体积小，重量轻，操纵简便，运动灵活，带负载能力强，可携带不同类型的高压水喷枪、涂料喷枪、检测传感器等，广泛应用于管道，储罐等的清洗、涂装和检测等维护工作。
附图说明
图1为机器人沿倾斜管道外表面螺旋爬行示意图；
图2(a)为本发明轮式永磁吸附管道爬行机器人的结构示意图，图2(b)为图2(a)的左视图；
图3为车轮组的结构示意图；
图4为永磁吸附机构的结构示意图；
图5(a)为转向机构的结构示意图，图5(b)为图5(a)的C-C剖视图。
具体实施方式
如附图1所示，本发明机器人R能在铁磁性管道1外表面沿管道轴线方向爬行，并且该管道可以是任意倾斜角度α，沿管道行进的路线L可以为直线也可以为螺旋线或其他任意曲线，可按要求到达管道外表面的任意位置，机器人爬行时车身纵轴线始终保持与管道轴线平行。下面结合附图对本发明的结构做进一步详细说明：
如附图2所示，本发明设计的轮式永磁吸附管道爬行机器人包括四轮驱动小车2、永磁吸附机构3和转向机构4。永磁吸附机构3安装在四轮驱动小车2下部，转向机构4固定在四轮驱动小车2上。四轮驱动小车2包括四套车轮组，每套车轮组均带有驱动装置，各驱动装置分别驱动车轮在管道上运动，四轮驱动小车2的四套车轮组在转向机构4的驱动下可同时转向相同的角度。
如附图3所示，四轮驱动小车2由安装在车架8上的四套车轮组组成，每套车轮组均包括轮架10、车轮13、车轮轴12、轮架转向轴14、行进减速器17和行进电机16。轮架10的纵轴线上固定有轮架转向轴14，轮架转向轴14通过推力轴承15安装在车架8的轴承座9上，轮架转向轴14轴端装有链轮7。车轮13、车轮轴12通过车轮组径向轴承11安装在轮架10上，行进减速器17套装在车轮轴12外伸端，行进电机16安装在行进减速器17上。行进电机16经行进减速器17减速直接驱动车轮13转动。
轮式行走方式较履带、步行等行走方式结构更简单、控制更容易。采用四轮全驱动可保证获得足够的驱动力，不产生打滑。四个车轮13均采用强度高、耐磨、耐腐蚀的人造橡胶轮，与管道1表面有较大的摩擦系数，同时由于人造橡胶较软，不会对管道表面造成损伤，且更容易平稳越过管道上的螺旋焊缝或其他障碍物。
如附图4所示，永磁吸附机构3由二个永磁铁组19、19’与衔铁18组成，二个永久磁铁组19、19’的极性相反，均安装在衔铁18的下方。永久磁铁组19、19’极性相反使得在相同条件下，用较小自重的永久磁铁能获取足够大的吸附力。
永磁吸附机构3通过调节螺栓5与四轮驱动小车2车架8底部连接，并在调节螺栓5上安装有弹簧6。工作时，永磁吸附机构3底面与管道1间留有一定的间隙，以便机器人R能顺利通过管道1表面上的螺旋焊缝或其他障碍物。通过调节螺栓5可调节永磁吸附机构3与管道1表面间的距离，使永磁吸附机构3与管道1之间产生的吸引力，让机器人R能在任何角度任何位置始终吸附在管道1的表面，而不发生脱落，并且具有一定的负载能力。通过调节永磁吸附机构3与管道1表面间的距离，还可使机器人R能适应多种规格的管道。授权公告号CN 2405719Y，授权公告日2000年11月15日的专利文献公开了一种永磁履带式爬壁机构，其永磁履带与作业面直接接触，运行阻力大，运动稳定性较差，公开号CN 1375437A，公开日2002年10月23日的专利文献公开了一种磁吸附式爬壁机器人履带，可解决上述问题，但结构较复杂。采取本发明所述永磁吸附机构，既可获取足够的吸附力，同时可避免永磁吸附装置与作业面直接接触所带来的较大的运行阻力，且运动灵活，结构简单。
如附图5所示，转向机构4包括支架22、主动链轮23、主动链轮轴20、链条26、转向减速器21和转向电机25，支架22通过螺栓27固定在车架8上表面，主动链轮23、主动链轮轴20通过转向径向轴承24安装在支架22上，主动链轮23与四个车轮组的转向轴端链轮7用一根链条26连接，形成环形链传动。
工作时，由转向电机25经转向减速器21减速直接驱动主动链轮轴20，经链传动，带动四个车轮组各自绕其转向轴同时转过相同的角度。当要改变机器人在管道表面的行进方向时，采用四轮同时转向，可实现机器人车身纵轴线始终保持与管道轴线平行，同时可避免只采用两轮转向时存在较大的转弯半径问题。在0～90°范围内，四轮同时转向任意一个角度，机器人即可实现以相应的角度为升角作螺旋线式行进，当维护需要时，便可携带维护设备对整个管道外表面进行扫描维护。

Claims (1)

1.一种轮式永磁吸附管道爬行机器人，其特征在于：该机器人包括四轮驱动小车(2)、永磁吸附机构(3)和转向机构(4)；
四轮驱动小车(2)由安装在车架(8)上的四套车轮组组成，每套车轮组均包括轮架(10)、车轮(13)、车轮轴(12)、轮架转向轴(14)、行进减速器(17)和行进电机(16)；轮架(10)的纵轴线上固定有轮架转向轴(14)，轮架转向轴(14)通过推力轴承(15)安装在车架(8)的轴承座(9)上，轮架转向轴(14)轴端装有链轮(7)；车轮(13)、车轮轴(12)通过车轮组径向轴承(11)安装在轮架(10)上，行进减速器(17)套装在车轮轴(12)外伸端，行进电机(16)安装在行进减速器(17)上；
永磁吸附机构(3)包括二个永磁铁组(19、19’)和衔铁(18)，二个永久磁铁组(19、19’)的极性相反，均安装在衔铁(18)的下方；
转向机构(4)包括支架(22)、主动链轮(23)、主动链轮轴(20)、链条(26)、转向减速器(21)和转向电机(25)，支架(22)固定在车架(8)上表面，主动链轮(23)和主动链轮轴(20)通过转向径向轴承(24)安装在支架(22)上，主动链轮(23)与四个车轮组的转向轴端链轮(7)用链条(26)连接，形成环形链传动；
永磁吸附机构(3)通过调节螺栓(5)与四轮驱动小车(2)车架(8)底部连接，在调节螺栓(5)上安装有弹簧(6)；转向机构(4)固定在四轮驱动小车(2)的车架(8)上。
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