CN102343588B - 一种磁盘吸附式爬壁机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种磁盘吸附式爬壁机器人，包括：机座；转向调节结构，位于机座的下方，并且与所述机座固定连接；磁盘驱动机构，嵌入安装于所述机座；以及磁盘角度调节结构，与所述磁盘驱动机构固定连接，所述磁盘角度调节结构带动所述磁盘驱动机构一起运动从而改变所述磁盘驱动机构的磁盘与壁面之间的夹角。采用本发明的磁轮吸附式爬壁机器人，利用磁盘角度调节机构中各部件之间的机械连动关系，可以改变磁盘与壁面之间的夹角从而产生可变的磁吸附力，以便机器人既能够始终吸附在壁面上，又具有一定的负载能力。

Description

一种磁盘吸附式爬壁机器人

技术领域

本发明涉及一种机器人，尤其涉及一种基于磁盘吸附方式的机器人。

背景技术

当前，管道运输作为一种效率高、成本低的传送方式，在通讯、石油、化工、电力等行业应用越来越广泛。在管道的使用过程中，因腐蚀、压力以及其它外力损伤，往往不可避免地造成管壁出现各种程度的破损。如此一来，一旦监控到管壁出现损坏，需要及时予以更换，否则会酿成严重事故。

考虑到绝大多数的管道环境通常操作人员无法直接接触，管道作业一般采用机器人来实施。根据管道机器人的作业方式来分，一类是行走机器人，另一类是爬壁机器人。由于行走机器人结构复杂、技术难度大且适应性和稳定性差，而爬壁机器人的适应性和稳定性较强，目前的重点研究领域聚焦于爬壁机器人。其按吸附功能可分为真空吸附和磁盘吸附，以磁吸附方式为例，磁体可以是电磁体，也可以是永磁体，电磁体式维持吸附需要给电磁体提供电能，但控制较方便，而永磁体式不受断电的影响，使用安全可靠。

在现有技术中，一种爬壁机器人是采用永磁体磁盘作为磁吸附功能，来检测和修理管道。该爬壁机器人使用该磁盘作为驱动轮，再附加两个旋转轮来辅助调节方向，进行爬壁作业。由于磁盘可自由地绕垂直轴旋转，以便机器人能够曲面作业，此外，该磁盘结构还可产生较理想的吸附重量比，从而减轻结构的整体重量。需要指出的是，该爬壁机器人的磁盘与壁面所成角度是固定不变的，从而导致磁吸附力不能变化，因此该爬壁机器人无法解决壁面吸附和移动作业之间的矛盾。

发明内容

针对现有技术中的爬壁机器人在设计时所存在的上述缺陷，本发明提供了一种新型的、可变磁吸附力的吸附式爬壁机器人。

依据本发明的一个方面，提供了一种磁盘吸附式爬壁机器人，包括：

机座；

转向调节结构，位于所述机座的下方，并且与所述机座固定连接；

磁盘驱动机构，嵌入安装于所述机座；以及

磁盘角度调节结构，与所述磁盘驱动机构固定连接，所述磁盘角度调节结构带动所述磁盘驱动机构一起运动从而改变所述磁盘驱动机构的磁盘与壁面之间的夹角。

优选地，所述磁盘是永磁体制成的。在一实施例中，当所述磁盘与壁面之间的夹角改变时，所述磁盘与壁面之间的磁吸附力改变。在另一实施例中，所述磁盘角度调节机构包括旋转电机、涡轮蜗杆减速器、支座、导轨、滚珠丝杠、滑块和连接件，其中，旋转电机安装在涡轮蜗杆减速器上，涡轮蜗杆减速器套装在支座上，支座与导轨连接，滚珠丝杠固定在导轨上并且与涡轮蜗杆减速器连接，滑块与滚珠丝杠连接，以及连接件固定于滑块上。此外，所述涡轮蜗杆减速器对所述旋转电机进行减速，并将所述旋转电机的旋转运动转化为所述滚珠丝杠的直线运动。所述滚珠丝杠与所述滑块同轴，并带动所述滑块沿轴线方向联动。所述连接件的一端与所述滑块固定连接，另一端安装于所述磁盘驱动机构的凹槽，当所述滑块沿轴线方向运动时，所述连接件沿所述凹槽在水平方向运动。

优选地，所述磁盘驱动机构还包括肋板、垂直轴、连接圆盘和磁盘，其中，所述垂直轴通过所述肋板固定在所述机座上，所述连接圆盘的下端与所述磁盘相连接。

优选地，所述转向调节机构包括一对旋转轮以及对应于每个旋转轮的固定支架，所述旋转轮通过螺丝与所述固定支架相连接。

采用本发明的磁轮吸附式爬壁机器人，利用磁盘角度调节机构中各部件之间的机械连动关系，可以改变磁盘与壁面之间的夹角从而产生可变的磁吸附力，以便机器人既能够始终吸附在壁面上，又具有一定的负载能力。此外，该机器人结构紧凑，移动灵活，可适应不同的管道工作环境。并且，具有上述磁盘角度调节机构的爬壁机器人采用了涡轮蜗杆减速器的减速设计，旋转电机水平放置后，使得整体结构的外观简明整洁，结构相对简单。

附图说明

读者在参照附图阅读了本发明的具体实施方式以后，将会更清楚地了解本发明的各个方面。其中，

图1A示出依据本发明的磁盘吸附式爬壁机器人的一优选实施例的整体结构示意图；

图1B示出如图1A所示的磁盘吸附式爬壁机器人的侧视图；以及

图2示出如图1A所示的磁盘吸附式爬壁机器人的磁盘角度调节机构的结构示意图。

具体实施方式

下面参照附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细描述。本领域的普通技术人员应当理解，下文中的实施例只是对本发明的技术方案进行示意性说明，并且优选地介绍本发明的具体实施方式和本发明的爬壁机器人的操作过程，但本发明并不只局限于此。

如前所述，按吸附功能划分，爬壁机器人大致包括真空吸附和磁盘吸附两种形式。真空吸附法采用气缸驱动，无论是单吸盘结构还是多吸盘结构，均不受壁面材料的限制，然而，当壁面凸凹不平时，真空吸附式的爬壁机器人容易造成吸盘漏气，吸附力下降，从而导致承载能力降低。相比之下，磁吸附式爬壁机器人采用电机驱动，对壁面凸凹不平的情形其适应性很强，吸附力远大于真空吸附方式，且不存在吸盘漏气的问题。爬壁机器人按移动功能分主要是吸盘式、车轮式和履带式。吸盘式能跨越很小的障碍；车轮式移动速度快、控制灵活，但维持一定的吸附力较困难；履带式对壁面适应性强，着地面积大，但不易转弯。

另外，从爬壁机器人的移动形式来看，爬壁机器人可包括吸盘式、车轮式和履带式。无论是那种移动方式的爬壁机器人，在操作过程中，都必须实现壁面吸附和移动作业这两个最基本的功能。在现有技术中，虽然吸附单元可以为爬壁机器人提供吸附力，使其牢固地吸附于壁面，但是机器人执行作业时，吸附力却又成为机器人主要的运动阻力。有鉴于此，如何设计一种吸附力可变的爬壁机器人，不仅使机器人的吸附单元提供足够大的吸附力，在运动时而且还能克服吸附力对移动所造成的阻碍，是机器人技术领域的一项课题，而本发明的爬壁机器人也正是在上述方面进行了长足的技术改进。

图1A示出依据本发明的磁盘吸附式爬壁机器人的一优选实施例的整体结构示意图；以及图1B示出如图1A所示的磁盘吸附式爬壁机器人的侧视图。参照图1，本发明的磁盘吸附式爬壁机器人包括机座1、转向调节机构2、磁盘驱动机构3和磁盘角度调节机构4。其中，转向调节机构2固定安装于机座1的下部，磁盘驱动机构3也嵌入安装于机座1中，并且磁盘角度调节机构4与磁盘驱动结构3连接在一起。

当图1A的爬壁机器人工作时，其磁盘驱动机构3直接带动整个机构进行移动。由于磁盘驱动机构3与壁面并不完全接触，而是与壁面间成一定的角度，因而机器人在运动时可以顺利地通过壁面上的小障碍。此外，为了防止该爬壁机器人在运动时的运动方向偏移预定路线，在机座1的下部设置了转向调节机构2，当爬壁机器人的运动方向发生偏移时，通过该转向调节机构2来带动机器人的整体机构恢复到预定路径上。

依据本发明的一实施例，磁盘驱动机构3还包括肋板、垂直轴、连接圆盘和磁盘，其中，垂直轴通过肋板固定在机座1上，连接圆盘的下端与磁盘相连接。依据本发明的另一实施例，转向调节机构2包括一对旋转轮以及对应于每个旋转轮的固定支架，旋转轮通过螺丝与固定支架相连接。

更为详细地，通过上述磁盘角度调节机构4带动磁盘驱动机构3，可以改变磁盘驱动机构3的磁盘与壁面之间的角度，这样一来，在磁盘驱动机构3的磁盘与壁面之间就能够产生可变的磁吸附力。与此同时，所产生的磁吸附力不仅使爬壁机器人始终牢固地吸附于壁面，而且还具有一定的负载能力，以便在机器人运动时能克服吸附力对移动所造成的阻碍，使其适应不同的管道工作环境。

为了进一步说明图1A中的磁盘吸附式爬壁机器人形成可变磁吸附力的操作过程，图2示出了其磁盘角度调节机构的详细的结构示意图。

参照图2，磁盘角度调节机构4包括旋转电机5、涡轮蜗杆减速器6、支座7、导轨8、滚珠丝杠9、滑块10以及连接件11。在下文中，将详细描述磁盘角度调节机构4的上述各组件的机械连接关系。旋转电机5安装在涡轮蜗杆减速器6上，而涡轮蜗杆减速器6套装于支座7，支座7与导轨8固定连接在一起。此外，滚珠丝杠9位于涡轮蜗杆减速器6的下方，而且滚珠丝杠9与涡轮蜗杆减速器6连接且固定在导轨8上。滑块10与滚珠丝杠9连接，连接件11也固定连接于滑块10，以便与滑块10一起联动。

从上述机械连接关系不难看出，当本发明的爬壁机器人在进行管道作业时，首先旋转电机5经涡轮蜗杆减速器6减速后，由涡轮蜗杆减速器6来驱动滚珠丝杠9直线运动，如此一来，滚珠丝杠9将旋转电机5的旋转运动转化为直线运动。接着，因滚珠丝杠9与滑块10保持同轴，当滚珠丝杠9直线运动(如上下运动)时会带动滑块10也沿着同一轴线方向做上下运动。由于连接件11与滑块10固定连接，滑块10直接带动连接件11也做上下运动。对于连接件11来说，其一端与滑块10固定连接，其另一端安装于磁盘驱动机构3的凹槽中，并沿凹槽在水平方向运动。由此可知，该爬壁机器人的磁盘角度调节机构4会带动磁盘与壁面之间的夹角连续变化，以实现可变的磁吸附力。

针对本发明的磁轮吸附式爬壁机器人，利用磁盘角度调节机构中各部件之间的机械连动关系，可以改变磁盘与壁面之间的夹角从而产生可变的磁吸附力，以便机器人既能够始终吸附在壁面上，又具有一定的负载能力。此外，该机器人结构紧凑，移动灵活，可适应不同的管道工作环境。并且，具有上述磁盘角度调节机构的爬壁机器人采用了涡轮蜗杆减速器的减速设计，旋转电机水平放置后，使得整体结构的外观简明整洁，结构相对简单。

上文中，参照附图描述了本发明的具体实施方式。但是，本领域中的普通技术人员能够理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，还可以对本发明的具体实施方式作各种变更和替换。这些变更和替换都落在本发明权利要求书所限定的范围内。

Claims (7)

1.一种磁盘吸附式爬壁机器人，其特征在于，所述爬壁机器人包括：

机座(1)；

转向调节结构(2)，位于所述机座(1)的下方，并且与所述机座(1)固定连接；

磁盘驱动机构(3)，嵌入安装于所述机座(1)；以及

磁盘角度调节结构(4)，与所述磁盘驱动机构(3)固定连接，所述磁盘角度调节结构(4)带动所述磁盘驱动机构(3)一起运动从而改变所述磁盘驱动机构(3)的磁盘与壁面之间的夹角，所述磁盘角度调节结构(4)包括旋转电机(5)、蜗轮蜗杆减速器(6)、支座(7)、导轨(8)、滚珠丝杠(9)、滑块(10)和连接件(11)，其中，旋转电机(5)安装在蜗轮蜗杆减速器(6)上，蜗轮蜗杆减速器(6)套装在支座(7)上，支座(7)与导轨(8)连接，滚珠丝杠(9)固定在导轨(8)上并且与蜗轮蜗杆减速器(6)连接，滑块(10)与滚珠丝杠(9)连接，以及连接件(11)固定于滑块(10)上。

2.如权利要求1所述的磁盘吸附式爬壁机器人，其特征在于，所述磁盘是永磁体制成的。

3.如权利要求2所述的磁盘吸附式爬壁机器人，其特征在于，当所述磁盘与壁面之间的夹角改变时，所述磁盘与壁面之间的磁吸附力改变。

4.如权利要求1所述的磁盘吸附式爬壁机器人，其特征在于，所述蜗轮蜗杆减速器(6)对所述旋转电机(5)进行减速，并将所述旋转电机(5)的旋转运动转化为所述滚珠丝杠(9)的直线运动。

5.如权利要求4所述的磁盘吸附式爬壁机器人，其特征在于，所述滚珠丝杠(9)与所述滑块(10)同轴，并带动所述滑块(10)沿轴线方向联动。

6.如权利要求5所述的磁盘吸附式爬壁机器人，其特征在于，所述连接件(11)的一端与所述滑块(10)固定连接，另一端安装于所述磁盘驱动机构(3)的凹槽，当所述滑块(10)沿轴线方向运动时，所述连接件(11)沿所述凹槽在水平方向运动。

7.如权利要求1所述的磁盘吸附式爬壁机器人，其特征在于，所述转向调节机构包括：一对旋转轮以及对应于每个旋转轮的固定支架，所述旋转轮通过螺丝与所述固定支架相连接。