CN101863294B - 用于干、湿环境的磁隙式爬壁机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于干、湿环境的磁隙式爬壁机器人。包括有框式结构的机器人骨架，机器人骨架底部安装有轮系行走机构，机器人骨架内有真空负载腔壳体，真空负载腔壳体内安装有可旋转的作业工具，爬壁机器人上安装有磁块，与工作壁面之间形成不接触间隙并产生磁吸力。载有砂轮或超高压水射流喷头等对大型球罐焊缝进行打磨作业，对大型船舶、储罐表面进行除锈(漆)作业，该磁隙既保证了机器人的磁性吸附，又保证了机器人的灵活爬行，极有利于同质量机器人的节能与控制，是爬壁机器人重型化、商品化的有效形式。
Description
技术领域
本发明属于吸附式机器人，具体是一种用于干式和湿式钢质表面焊缝打磨、除锈除漆的一种磁隙式爬壁机器人。
背景技术
大型球罐的焊缝打磨和船舶等大型钢质表面除锈(漆)作业历来是人工作业，既危险又效率低。采用爬壁机器人进行上述作业，可大大减少危险性，但在进行除锈(漆)作业时，由于作业的打击力(焊缝打磨、摩擦力和250MPa超高压水射流除锈的打击力)都比较大，作业宽度在250～350mm，作业轨迹需灵活实现横移、纵移、转弯换行等动作，爬壁机器人必须具备吸附可靠、运行平稳、转向灵活、高空承载作业和作业工具转速可调节等技术条件。现有的单一的真空式或磁吸性爬壁机器人均满足不了上述要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于干、湿环境的磁隙式爬壁机器人，采用磁隙式吸附为主，真空吸附为辅的复合吸附形式，实现了重载爬壁，无接触磁性吸附和运行作业的目标。本发明的爬壁机器人不仅适用于现有干、湿式作业环境，也可用于类似的大型钢质工作壁面作业，如水下作业、大型钢结构表面作业等发明内容。
本发明的技术方案如下：
用于干、湿环境的磁隙式爬壁机器人，包括有框式结构的机器人骨架，机器人骨架底部安装有轮系行走机构，机器人骨架内有真空负载腔壳体，真空负载腔壳体内安装有可旋转的作业工具，所述的真空负载腔壳体的唇边设有具弹性的密封裙边与工作壁面贴合，真空负载腔壳体上具有真空抽吸口，其特征在于所述的爬壁机器人上安装有磁块，与工作壁面之间产生磁吸力；机器人骨架与真空负载腔壳体之间通过多个连接点柔性连接。
所述的用于干、湿环境的磁隙式爬壁机器人，其特征在于所述的爬壁机器人的机器人骨架、真空负载腔壳体或轮式行走机构的骨架上安装有磁块。
所述的用于干、湿环境的磁隙式爬壁机器人，其特征在于所述的磁块与工作壁面之间的距离2-10mm可调。
所述的用于干、湿环境的磁隙式爬壁机器人，其特征在于所述的机器人骨架与真空负载腔壳体之间活动连接有多个气缸，通过气缸活塞的伸缩带动真空负载腔壳体使其密封裙边与工作壁面之间始终保持良好贴合。
所述的用于干、湿环境的磁隙式爬壁机器人，其特征在于机器人骨架与真空负载腔壳体之间采用柔性连接，当机器人转向时，真空腔体与机器人本体骨架能形成相对转动，从而可减少机器人转向时阻力，使其转向更灵活。
所述的用于干、湿环境的磁隙式爬壁机器人，其特征在于机器人骨架上连接有钢丝绳。
所述的用于干、湿环境的磁隙式爬壁机器人，其特征在于所述的轮系行走机构为履带式行走机构，履带式行走机构包括设置于所述的机器人骨架两侧的履带轮系，每个履带轮系由安装于机器人骨架上的二个从动轮、一个主动轮以及装配于二个从动轮与主动轮外的履带组成，所述的机器人骨架上安装有气动马达作为主动轮驱动装置。
所述的用于干、湿环境的磁隙式爬壁机器人，其特征在于所述的可旋转的作业工具是指旋转打磨砂轮或旋转射流喷头，所述的作业工具安装于真空负载腔壳体内，所述的机器人骨架上安装有作业工具的气动马达驱动装置。
本发明爬壁机器人以磁隙式吸附为主进行载重爬壁行进，其磁块与钢质工作壁面的距离可调节，以产生不同的磁吸附力适应不同重量，不同行进速度和不同作业方式的要求，所爬工作壁面可以是90°垂直面、大直径球面、柱面；也可以是钢质容器等内壁顶面。
本发明人设计了用于干、湿环境的磁隙式爬壁机器人，其干式旋转打磨砂轮或湿式旋转射流喷头都采用气动马达强制其在真空负载腔内旋转作业，且一般情况下加载于磁隙式爬壁机器人的中心位置，由其带动实现全自动化遥控作业，真空负载腔壳体内置干式旋转打磨砂轮或湿式旋转射流喷头，可按照预定的作业轨迹灵活实现横移、纵移、换行、转弯等动作。所有动作和无极调节行进速度均由操作人员遥控气动马达进行。作业后的废屑、废水等都由真空泵机组抽吸至储罐。这既不同于单一的真空吸附式爬壁机器人，严重限制了机器人重量和一旦泵故障造成安全隐患；又不同于磁块贴壁吸附式爬壁机器人，由于摩擦力太大而影响机器人运行的灵活性。本发明的爬壁机器人由气动(或电动)马达带动履带行走，而由磁块组成的吸附单元分别置于履带两侧并与作业的钢质表面不接触而形成可调节的磁隙，该磁隙既保证了机器人的磁性吸附，又保证了机器人的灵活爬行，极有利于同质量机器人的节能与控制，是爬壁机器人重型化、商品化的有效形式。
附图说明
图1为干、湿环境焊缝打磨、船舶除锈(漆)作业的成套设备。
图2为爬壁机器人俯视结构图。
图3为轮式行走机构结构图。
图4为真空负载腔壳体与机器人骨架连接结构图。(a)为柔性连接，(b)为气缸活动连接。
具体实施方式
参见图1-4。
如图2所示：用于干、湿环境的磁隙式爬壁机器人，包括有框式结构的机器人骨架1，机器人骨架1底部左、右两侧分别安装有覆带式行走机构2，机器人骨架1中央有真空负载腔壳体4，机器人骨架1与真空负载腔壳体4之间通过柔性连接11连接，且机器人骨架1与真空负载腔壳体4之间活动连接有4个气缸12，通过气缸12活塞的伸缩带动真空负载腔壳体4密封裙边与工作壁面之间始终保持良好均匀贴合。真空负载腔壳体4上设有真空抽吸口3，真空负载腔壳体4内安装有可旋转的作业工具5，真空负载腔壳体4上安装有作业工具5的驱动机构气动马达6，所述的真空负载腔壳体4的唇边设有具弹性的密封裙边与工作壁面贴合，爬壁机器人的机器人骨架1上安装有磁块7，与工作壁面之间产生磁吸力，且磁块7与工作壁面的距离可调。作业工具5为旋转打磨砂轮或旋转射流喷头。作业工具5与真空负载腔壳体4之间的结合部采用密封连接。机器人骨架1上装有钢丝绳，外连防坠器，该绳平时不受力，当爬壁机器人出现意外时，起到保险作用使之不坠落。
图3所示为覆带式行走机构2。履带式行走机构2包括设置于所述的机器人骨架两侧的履带轮系，每个履带轮系由安装于机器人骨架上的二个从动轮8、一个主动轮9以及装配于二个从动轮8与主动轮9外的履带链条10组成，所述的机器人骨架1上安装有气动马达6作为主动轮驱动装置，马达驱动主动轮，主动轮通过履带链条带动从动轮。另外，在二个从动轮8中，有一个从动轮位置可以调节，兼有张紧轮作用；调节该轮位置，可使履带张紧，使得履带不至于打滑。每个履带轮系配备一个气动马达6，成三角形履带链条转动轮系。当二个履带轮系的2个马达的工况(转速)一致，左右两个履带式行走机构同步，机器人即呈直线行进；否则，机器人则转向。二个履带轮系的2个气动马达的工况相差越大，机器人转向则越快。气动马达的动力气源由压缩机供给，通过PLC电控系统控制电磁气阀，从而控制气源的压力与气量。机器人采用气动马达驱动，其特点为：自身重量小，连接管路简单，轻便。
如图3所示，在履带式行走机构骨架上的履带两侧安装有磁块，构成磁隙机构，这些磁块机构镶装在行走机构的骨架上，而且可以调节安装高度以得到理想的磁隙。显然，磁块与履带的高度差形成了爬壁机器人相对钢质工作壁面的磁隙，也就是说，机器人爬壁行走依赖于履带，而它的吸附壁面则依赖于磁隙吸附。这一结果保证了磁吸机构的无接触吸附即磁隙吸附，从而极大地减少了机器人爬壁的摩擦阻力。由于磁隙的作用，使得爬壁机器人以最小接触面积行进，也就是极大地提高了机器人行进的灵活性。
爬壁机器人的真空负载腔壳体内，安装着作业工具，该工具针对不同用途不同设计，但都是以气动马达强制其旋转做功。密封裙边，既保证了相对密封，又不影响机器人的行进，真空负载腔的作用有三个：以真空为辅作为磁隙吸附的补充。以真空抽吸走干、湿作业的铁屑、漆皮、废水等，保证作业现场不污染空气和地面，不形成水雾；屏蔽作业工具，使作业面封闭。对于湿环境作业，由于超高压水的温度达到70℃左右，在封闭的真空腔内废水抽吸的前提下，被除锈(漆)的钢质表面可以即除即干，保持相当时间不再返锈。
真空负载腔壳体的真空抽吸口3通过真空管道与真空泵相连接，而真空负载腔壳体4与机器人骨架1之间则采用柔性连接，也即保证真空负载腔壳体4可以有一定的活动能力，即真空负载腔壳体4与机器人骨架之间又能形成一定的相对转动，为爬壁机器人的灵活转向创造了条件。柔性连接11的形式是链接。由4个气缸12轴向施力保证真空负载腔壳体4的密封裙边均匀接触工作壁面，同时也可形成作业工具与作业面的均匀靶距。
爬壁机器人的遥控系统是一个由PLC系统构成的控制盒，通过改变电控信号来控制爬壁机器人上的气动阀的工况，从而改变控制行走机构的2个气动马达和作业工具的驱动马达的气压和气量，从而获得爬壁机器人合适的行进速度和保持良好的行走姿态以及保证“作业工具”的旋转速度。
本发明磁隙式爬壁机器人的技术参数为：
最大外形尺寸：1000×700×300mm
重量：70kg左右
作业直径：250～350mm
(当用于250mm作业直径时，外形尺寸相应减小)
磁隙：2～10mm
真空度：约-0.04MPa
适用于干式机械打磨焊缝，湿式超高压纯水射流除锈(漆)作业。
Claims (8)
1.用于干、湿环境的磁隙式爬壁机器人，包括有框式结构的机器人骨架，机器人骨架底部安装有轮系行走机构，机器人骨架内有真空负载腔壳体，真空负载腔壳体内安装有可旋转的作业工具，所述的真空负载腔壳体的唇边设有具弹性的密封裙边与工作壁面贴合，真空负载腔壳体上具有真空抽吸口，其特征在于所述的爬壁机器人上安装有磁块，与工作壁面之间产生磁吸力；机器人骨架与真空负载腔壳体之间通过多个连接点柔性连接，所述柔性连接的形式是链接。
2.根据权利要求1所述的用于干、湿环境的磁隙式爬壁机器人，其特征在于所述的爬壁机器人的机器人骨架、真空负载腔壳体或轮系行走机构的骨架上安装有磁块。
3.根据权利要求1或2所述的用于干、湿环境的磁隙式爬壁机器人，其特征在于所述的磁块与工作壁面之间的距离2-10mm可调。
4.根据权利要求1所述的用于干、湿环境的磁隙式爬壁机器人，其特征在于所述的机器人骨架与真空负载腔壳体之间活动连接有多个气缸，通过气缸活塞的伸缩带动真空负载腔壳体使其密封裙边与工作壁面之间始终保持良好贴合。
5.根据权利要求1所述的用于干、湿环境的磁隙式爬壁机器人，其特征在于机器人骨架与真空负载腔壳体之间采用柔性连接，当机器人转向时，真空腔体与机器人本体骨架能形成相对转动，从而可减少机器人转向时阻力，使其转向更灵活。
6.根据权利要求1所述的用于干、湿环境的磁隙式爬壁机器人，其特征在于机器人骨架上连接有钢丝绳。
7.根据权利要求1所述的用于干、湿环境的磁隙式爬壁机器人，其特征在于所述的轮系行走机构为履带式行走机构，履带式行走机构包括设置于所述的机器人骨架两侧的履带轮系，每个履带轮系由安装于机器人骨架上的二个从动轮、一个主动轮以及装配于二个从动轮与主动轮外的履带组成，所述的机器人骨架上安装有气动马达作为主动轮驱动装置。
8.根据权利要求1所述的用于干、湿环境的磁隙式爬壁机器人，其特征在于所述的可旋转的作业工具是指旋转打磨砂轮或旋转射流喷头，所述的作业工具安装于真空负载腔壳体内，所述的机器人骨架上安装有作业工具的气动马达驱动装置。
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