CN101648583B - 无导轨自动跟踪柔性爬行小车 - Google Patents
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Abstract
一种无导轨自动跟踪柔性爬行小车，主要由行走机构(1)、刚性连接板(2)、磁轮旋转轴(3)以及轴向传感装置(4)组成，其中：装有两组磁轮(18)的行走机构(1)上设置有中间夹连有压簧(12)的上压板(9)和下压板(10)的组合结构，通过刚性连接板(2)的两端固定连接成爬行小车的总体，并在小车上设置扇形齿轮(7)与小齿轮(6)，角度传感器(5)与小齿轮(6)的转动轴(17)固联。本发明结构简单，工作可靠，成本低廉，使用维护修理简易，并且根据实际工作需要，可更换执行机构，用于管道内外环缝、纵缝的焊接、坡口加工、焊缝检测以及球罐的全位置焊接和罐体喷涂等多种工程实际。
Description
技术领域
本发明涉及一种爬行小车，尤其是能对管道环缝、纵缝进行自动跟踪的无导轨柔性爬行小车。
背景技术
目前，由机器人对管道进行焊接时一般事先铺设平行于管道焊缝的环形轨道，利用轨道的定向作用进行焊缝的跟踪，但铺设轨道工序复杂，占用大量时间，而且在铺设过程中无法保证环形轨道与管道同心，导致焊接质量难以保证。针对这一问题，我们曾经研制了“无导轨金位置行走光电实时跟踪管道焊接机器人”，并已获得中国专利权，专利号为ZL03246772.9。此专利较好的解决了无需铺设轨道进行管道全位置焊接的问题，但经过长时间工程实际，发现以下方面需进行改进。第一，该焊接机器人的爬行小车为刚性连接，当焊接小车偏离母线爬行或遇到障碍时，若传感器处理过当，小车的行走机构将无法保证与管道表面完全贴合，此时容易发生焊接机器人从管道上脱落的危险；此外，因光电跟踪传感需要事先画线，这将加大焊前工作量。因此，研制一种针对管道环缝或纵缝进行自动跟踪的无导轨柔性爬行小车成为当务之急。
发明内容
根据背景技术所述，本发明的目的在于克服原有爬行小车行走方式和跟踪方式的不足，提供一种由永磁轮四轮驱动的行走机构与刚性构件之间采用压簧式柔性连接形式的小车，在小车行走过程中，利用四只压簧产生不同的变形量和齿轮传动及放大，将爬行过程中微小偏移量转换为角度传感器的电压信息等，指示执行机构进行速度和方向调节，从而控制小车能对环缝或纵缝自动跟踪，并在管道外部、内部均可爬行的无导轨自动跟踪柔性爬行小车。
为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种无导轨自动跟踪柔性爬行小车，主要由行走机构(1)、刚性连接板(2)、磁轮旋转轴(3)以及轴向传感装置(4)组成，其中：行走机构(1)左右两侧各装有两组磁轮(18)，行走机构(1)的两侧通过磁轮旋转轴(3)与弯板(13)连接，在弯板(13)上利用螺栓连接下压板(10)，并在其两端设置压簧(12)，压簧(12)的上端与上压板(9)连接；在上下压板(9、10)的中央部分有下支座(11)通过螺栓与下压板(10)固联，上支座(14)通过螺栓与上压板(9)固联，上、下支座(14)、(11)的圆孔内插入销轴(8)，上支座(14)或下支座(11)与销轴(8)一侧轴端顶紧成为一体，销轴(8)的另一侧轴端固联扇形齿轮(7)，扇形齿轮(7)与固联于角度传感器(5)的转动轴(17)轴端的小齿轮(6)啮合，角度传感器(5)的外壳与不同销轴(8)固连为一体的上压板(9)或下压板(10)固联；左右行走机构(1)通过上压板(9)与刚性连接板(2)的两端固定连接，构成小车的主体。
另外，在小车其他部分不变的情况下，轴向传感装置(4)还可以被替换。爬行过程中小车偏离母线的偏移量反映为压簧变形量后，可通过将直线位移传感器(16)的外壳固联于和销轴(8)固连为一体的上压板(9)或下压板(10)上，而传感器的传感杆(15)固联于另一块不与销轴(8)固连为一体的压板上，通过此压板的摆动带动传感杆(15)伸长或缩短，从而将偏移量转换为直线位移传感器的电压量，可通过调节直线位移传感器(16)的安装位置和压板中央的位置控制偏移量的放大倍数和传感的灵敏度。直线位移传感器亦可由力传感器等测力装置来代替。
行走机构(1)的磁轮(18)绕磁轮旋转轴(3)旋转，以调节行走机构(1)和管道表面的角度，保证小车在沿管道环缝或纵缝爬行时，四只磁轮始终贴紧管道表面。
由于采用上述技术方案，本发明具有以下优点和效果：
1、本发明无需铺设轨道，节约了人力物力；
2、本发明可适应较大管径范围，并且在管道内外均可爬行；
3、本发明不仅能够自动跟踪管道环缝，而且可自动跟踪管道纵缝。由于该跟踪传感器为机械传感，不会受到电磁干扰的影响，抗干扰能力较强；
4、本发明依靠柔性连接，不仅解决了刚性连接情况下小车易脱落和无法逾越障碍的难题，而且利用柔性连接的扭转变形反映偏移量，因此结构简单紧凑，工作可靠，造价低廉，使用维护修理简易，并且根据实际工作需要，更换执行机构，可用于管道内外环缝、纵缝的焊接、坡口加工、焊缝检测以及球罐的全位置焊接和罐体喷涂等多种工程实际。
附图说明
图1为本发明结构总体立体示意图
图2为本发明另一实施例结构总体立体示意图
具体实施方式
由图1示出，一种无导轨自动跟踪柔性爬行小车，主要由行走机构1、刚性连接板2、磁轮旋转轴3以及轴向传感装置4组成，其中：行走机构1左右两侧各装有两组磁轮18，行走机构1的两侧通过磁轮旋转轴3与弯板13连接，在弯板13上利用螺栓连接下压板10，并在其两端设置压簧12，压簧12的上端与上压板9连接；在上下压板9、10的中央部分有下支座11通过螺栓与下压板10固联，上支座14通过螺栓与上压板9固联，上、下支座14、11的圆孔内插入销轴8，下支座11或上支座14与销轴8一侧轴端顶紧成为一体(图中只示出与上支座14固连成为一体)，销轴8的另一侧轴端固联扇形齿轮7，扇形齿轮7与固联于角度传感器5的转动轴17轴端的小齿轮6啮合，角度传感器5的外壳与不同销轴8固连为一体的上压板9或下压板10固联(图中为上压板9)；左右行走机构1通过上压板9与刚性连接板2的两端固定连接，构成小车的主体。
当焊接开始时，调整焊枪对准焊缝中心，行走机构1的磁轮可绕磁轮旋转轴3旋转，以调节行走机构1和管道表面的角度，即可保证小车在沿管道环缝或纵缝爬行时，四只磁轮始终贴紧管道表面。小车沿管道环缝方向爬行时，或沿管道纵缝爬行时，一旦小车爬行过程中偏离环缝方向或纵缝方向，将造成原来在同一平面上的四个接触点不再处于同一平面，而两组磁轮由于磁力作用始终要与各自的表面保持贴合，此时安装在上压板9和下压板10之间前后两侧的压簧12将产生形变，带动下压板10产生扭转变形。销轴8的另一侧轴端固联扇形齿轮7，下压板的扭转变形带动扇形齿轮7摆过一定角度，通过与之啮合的小齿轮6进行角度传递和放大，小齿轮6安装在角度传感器5的转动轴上，并与转动轴固联，这样爬行过程中微小偏移量将转换为角度传感器的电压信息从而控制执行机构进行速度和方向调节，使小车恢复沿环缝或纵缝爬行的状态，达到环缝或纵缝自动跟踪的目的。
由图2示出本发明的另一实施例，爬行过程中小车偏离母线的偏移量反映为压簧变形量后，在小车其他主体结构不变的情况下，轴向传感装置4被替换为直线位移传感器16，直线位移传感器16的外壳固联于和销轴8固连为一体的压板上(图示为下压板10上)，直线位移传感器的传感杆15固联于另一块压板上(图示为上压板9)，通过不与销轴8固连为一体的压板的摆动带动传感杆15伸长或缩短，从而将偏移量转换为直线位移传感器的电压量，可通过调节直线位移传感器16的安装位置和压板中央的位置控制偏移量的放大倍数和传感的灵敏度。此外，直线位移传感器亦可由力传感器等测力装置来代替。这样爬行过程中微小偏移量将转换为直线位移传感器或力传感器的电压信息从而控制执行机构进行速度和方向调节，使小车恢复沿环缝或纵缝爬行的状态，亦可达到环缝或纵缝自动跟踪的目的。
另知，上、下压板9、10的作用是对等的，如上压板9与销轴8固连成为一体，下压板10则可绕销轴8摆动，如下压板10与销轴8固连成为一体，上压板9则可绕销轴8摆动。
此外，还可根据实际工作需要，更换执行机构，用于管道内外环缝、纵缝的焊接、坡口加工、焊缝检测以及球罐的全位置焊接和罐体喷涂等多种工程实际。
Claims (3)
1.一种无导轨自动跟踪柔性爬行小车，主要由行走机构(1)、刚性连接板(2)、磁轮旋转轴(3)以及轴向传感装置(4)组成，其特征在于：行走机构(1)左右两侧各装有两组磁轮(18)，行走机构(1)的两侧通过磁轮旋转轴(3)与弯板(13)连接，在弯板(13)上利用螺栓连接下压板(10)，并在其两端设置压簧(12)，压簧(12)的上端与上压板(9)连接；在上下压板(9、10)的中央部分有下支座(11)通过螺栓与下压板(10)固联，上支座(14)通过螺栓与上压板(9)固联，上、下支座(14)、(11)的圆孔内插入销轴(8)，上支座(14)或下支座(11)与销轴(8)一侧轴端顶紧成为一体，销轴(8)的另一侧轴端固联扇形齿轮(7)，扇形齿轮(7)与固联于角度传感器(5)的转动轴(17)轴端的小齿轮(6)啮合，左右行走机构(1)通过上压板(9)与刚性连接板(2)的两端固定连接，构成小车的主体。
2.根据权利要求1所述的无导轨自动跟踪柔性爬行小车，其特征在于：与销轴(8)固连为一体的上压板(9)或下压板(10)上固联直线位移传感器(16)的外壳，直线位移传感器的传感杆(15)固联于另一块不与销轴(8)固连为一体的压板上，通过此压板的摆动带动传感杆(15)伸长或缩短。
3.根据权利要求1或2所述的无导轨自动跟踪柔性爬行小车，其特征在于：行走机构(1)的磁轮(18)绕磁轮旋转轴(3)旋转，以调节行走机构(1)和管道表面的角度，保证小车在沿管道环缝或纵缝爬行时，四只磁轮始终贴紧管道表面。
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