CN102923205B - 管道形锅炉管壁焊接用爬壁机器人行走机构 - Google Patents

管道形锅炉管壁焊接用爬壁机器人行走机构 Download PDF

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Abstract

一种管道形锅炉管壁焊接用爬壁机器人行走机构，包括轴向行走机构、周向行走机构和磁吸附机构，其特征在于：所述轴向行走机构装在底盘上，周向行走机构装在底盘两侧，磁吸附机构装在底盘下方；本发明采用履带式运动机构和轮式运动机构具有较强的负载能力，同时磁吸附机构采用双稳态永磁结构来实现通磁和断磁两种状态的切换，磁力的变化是逐步可调的，和整个机构在轴向运动时所要克服的阻力成正比，避免了阻力过大影响机器人行走的缺点，增加了爬壁机器人行走的安全性和灵活性，满足管道形锅炉管壁焊接过程中对焊接机器人在管道形锅炉管壁圆周切线方向和管道轴线方向双向移动的同时又具有较高吸附力的要求，提高了工作效率，节约了人力、物力。

Description

管道形锅炉管壁焊接用爬壁机器人行走机构
技术领域
本发明属于智能化控制技术领域，具体讲就是涉及一种管道形锅炉管壁焊接用爬壁机器人行走机构。
背景技术
如附图1所示，有一种管道形锅炉管壁是通过将数根小口径管道并排焊接连接而成，在焊接作业时，要么利用人工往返于管道两端，沿小口径管道轴向完成一次焊接后，沿锅炉管壁圆周方向移动进行第二次焊接作业，循环进行，进而完成整个管道形锅炉管壁的焊接工作，但是利用人工焊接，劳动强度过高，焊接精确度无法得到保证，影响了产品的质量。另一种是采用焊接机器人进行焊接作业，用焊接机器人进行焊接作业时，需要焊接机器人具有沿管道形锅炉管壁圆周切线方向和管道轴线方向双向移动的功能，即当焊接机器人进行焊接并排小口径管道时，首先需要完成沿管道轴线方向直线运动，然后沿管道形锅炉管壁圆周切线方向移动一段距离完成另一根小口径管道的焊接工作，循环进行，从而完成整个管道形锅炉管壁的焊接工作；同时又要求这种焊接机器人在进行焊接作业时，能够稳定的吸附在管道壁上，但是目前焊接机器人同时具有在管道轴向和周向移动的功能与在管道壁上吸附功能之间没有能达到完美结合，焊接机器人的管道壁上吸附功能越好，焊接机器人移动时遇到的阻力就会越大，焊接机器人的移动性能就越差。
中国专利申请号为200510086383.X的专利公开了一种非接触磁吸附轮式爬壁机器人，包括轮式移动机构和永磁吸附装置，轮式移动机构包括底盘，安装在底盘上的驱动机构、有驱动机构驱动的驱动轮。所述驱动轮对称布置，采用差动驱动方式，依靠驱动轮的差速实现在导磁壁面上的转向；永磁吸附装置安装在所述底盘上，所述永磁吸附装置安装和导磁壁面间是非接触的，磁能利用率高，吸附能力强，这种非接触磁吸附轮式爬壁机器人负载能力强，运动灵活性特别是转向灵活性好，但是无法实现管道形锅炉管壁焊接工作中要求的具有沿管道形锅炉管壁圆周切线方向和管道轴线方向双向移动的功能。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于管道形锅炉管壁焊接的爬壁机器人行走机构，它能实现管道形锅炉管壁焊接过程中要求的能够在管道形锅炉管壁圆周切线方向和管道轴线方向双向移动的功能的同时又具有较高的吸附力，此种吸附力不会对爬壁机器人行走产生过大的阻力。
技术方案
为了实现上述技术目的本发明设计一种管道形锅炉管壁焊接用爬壁机器人行走机构，包括轴向行走机构、周向行走机构和磁吸附机构，其特征在于：所述轴向行走机构装在底盘上，周向行走机构装在底盘两侧，磁吸附机构3装在底盘4下方。
轴向行走机构包括驱动电机，驱动电机装在底盘上，驱动电机输出轴右侧上通过第一万向联轴器装有第一轴向行走轮，左侧输出轴上依次装有十字连轴器、带轴承座轴承、第二万向联轴器和第二轴向行走轮，所述带轴承座轴承固定在底盘上，所述轴向行走机构与提起机构连接，提起机构包括提杆,提杆两端头分别装在靠近第一轴向行走轮和第二轴向行走轮的轴杆内侧位置，提杆上装有丝杠螺母机构，在丝杠螺母机构下方底盘上装有伺服电机，伺服电机和丝杠螺母机构连接。
周向行走机构包括履带式链条，履带式链条装在第一传动齿轮、第二传动齿轮和第三传动齿轮组成的周向传动组件上，第一传动齿轮装在固定于底盘侧壁上的周向驱动电机上，第二传动齿轮和第三传动齿轮分别装在底盘下方两侧的固定杆上，所述履带式链条内装有周向压紧轮，周向压紧轮与装在底盘下方的固定连接杆连接在一起。
所述磁吸附机构包括把手、把手装在底盘上与模块转轴连接在一起，模块转轴穿过同步带轮，同步带轮装在同步带内，模块转轴上装有磁吸附模块，同步带上安装有磁吸附压紧轮。
轴向行走机构中第一轴向行走轮和第二轴向行走轮转动方向和周向行走机构中履带式链条运动方向垂直。
进一步，所述提杆受伺服电机控制可绕自身轴线转动0～45°。
进一步，所述履带式链条中的链条块包括切向行走轮、切向行走轮20101a装在走轮轴上，走轮轴两端依次装有轴套、推力轴承、滚针轴承和端部档块。
所述切向行走轮两端和端部档块间间隙在0.3～0.6mm；
所述切向行走轮下方左右两侧分别装有下挡板，下挡板上固定有侧链片，侧链片间通过销轴和销轴套连接,滚子套装在销轴套上位于侧链片之间。
进一步，所述第一轴向行走轮和第二轴向行走轮采用橡胶或塑性海绵体材料制作。
进一步，所述磁吸附模块采用永磁体，永磁体为直径10mm，高10mm的圆柱体，其N、S极沿圆柱体直径方向分布。
进一步，所述把手抬起至死点时，磁吸附模块永磁体N、S极处于水平位置，把手压下至死点时，磁吸附模块永磁体N、S极处于竖直位置。
有益效果
本发明提供的管道形锅炉管壁焊接用爬壁机器人行走机构同时采用履带式运动机构和轮式运动机构，保证机器人在管道内运动爬行时不打滑，具有较强的负载能力，同时磁吸附机构采用双稳态永磁结构来实现通磁和断磁两种状态的切换，避免了阻力过大影响机器人行走的缺点，增加了爬壁机器人行走的安全性和灵活性，满足管道形锅炉管壁焊接过程中对焊接机器人在管道形锅炉管壁圆周切线方向和管道轴线方向双向移动的功能同时又具有较高吸附力的要求，提高了工作效率，节约了人力、物力。
附图说明
附图1是现有管道形锅炉管壁结构示意图。
附图2是本发明的立体结构示意图。
附图3是本发明中轴向行走机构结构示意图。
附图4是本发明中周向行走机构结构示意图。
附图5是本发明中磁吸附机构结构示意图。
附图6是本发明中磁吸附机构中磁吸附模块安装结构示意图。
附图7是本发明中履带式链条中的链条块结构示意图。
附图8是本发明中履带式链条中的链条块爆炸图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明做进一步说明。
如附图2所示，一种管道形锅炉管壁焊接用爬壁机器人行走机构，包括轴向行走机构1、周向行走机构2和磁吸附机构3，其中，所述轴向行走机构1装在底盘4上，周向行走机构2装在底盘4两侧，磁吸附机构3装在底盘4下方。
如附图3所示，所述轴向行走机构1包括驱动电机101，驱动电机101装在底盘4上，驱动电机101输出轴右侧上通过第一万向联轴器102装有第一轴向行走轮103，左侧输出轴上依次装有十字连轴器104、带轴承座轴承105、第二万向联轴器106和第二轴向行走轮107，所述带轴承座轴承105固定在底盘4上，所述轴向行走机构1与提起机构100连接，提起机构100包括提杆108,提杆108两端头分别装在靠近第一轴向行走轮103和第二轴向行走轮107的轴杆内侧位置，提杆108上装有丝杠螺母机构109，在丝杠螺母机构109下方底盘上装有伺服电机1010，伺服电机1010和丝杠螺母机构109连接；所述提杆108受伺服电机1010控制可绕自身轴线转动0～45°。
所述第一轴向行走轮103和第二轴向行走轮107采用橡胶或塑性海绵体材料制作。
如附图4所示，所述周向行走机构2包括履带式链条201，履带式链条201装在第一传动齿轮202、第二传动齿轮203和第三传动齿轮204组成的周向传动组件上，第一传动齿轮202装在固定于底盘4侧壁上的周向驱动电机205a上，第二传动齿轮203和第三传动齿轮204分别装在底盘4下方两侧的固定杆205上，所述履带式链条201内装有周向压紧轮206，周向压紧轮206与装在底盘4下方的固定连接杆207连接在一起。
如附图5和6所示，所述磁吸附机构3包括把手301、把手301装在底盘4上与模块转轴302连接在一起，模块转轴302穿过同步带轮303，同步带轮303装在同步带304内，模块转轴302上装有磁吸附模块305，磁吸附模块305采用永磁体，永磁体为直径10mm，高10mm的圆柱体，其N、S极沿圆柱体直径方向分布；所述把手301抬起至死点时，磁吸附模块305永磁体N、S极处于水平位置，把手301压下至死点时，磁吸附模块305永磁体N、S极处于竖直位置。
同步带304上还安装有磁吸附压紧轮306，其中，如附图7和8所示，所述履带式链条201中的链条块20101包括切向行走轮20101a、切向行走轮20101a装在走轮轴20101b上，走轮轴20101b两端依次装有轴套20101c、推力轴承20101d、滚针轴承20101e和端部档块20101f，所述切向行走轮20101a两端和端部档块20101f间间隙在0.3～0.6mm，所述切向行走轮20101a下方左右两侧分别装有下挡板20101g，下挡板20101g上固定有侧链片20101h，侧链片20101h间通过销轴20101i和销轴套20101i连接,滚子套装在销轴套20101k上位于侧链片20101h间之间。
所述轴向行走机构1中第一轴向行走轮103和第二轴向行走轮107转动方向和周向行走机构2中履带式链条201运动方向垂直。
本发明的工作过程是当进行将小口径管道并排焊接时，轴向行走机构1中驱动电机101启动，带动第一轴向行走轮103和第二轴向行走轮107沿管道轴向方向行进，直至完成小口径管道的焊接，关闭驱动电机101，然后启动伺服电机1010，由于行走轮式用万向联轴器与驱动电机相连接101，转轴具备弯折的功能就可以通过丝杠螺母机构109带动提杆108将第一轴向行走轮103和第二轴向行走轮107抬起，接着启动周向驱动电机205带动周向传动组件促使履带式链条201沿管壁周向移动一段距离，可以开始接下来的小口径管道并排焊接，避免了周向行走时，轴向行走机构1对其产生阻力和干涉。当需要磁吸附力时，抬起把手301使磁吸附模块305永磁体的N、S极水平分布，磁吸附机构3产生磁吸附力，当不需要磁吸附力时压下把手301使磁吸附模块305永磁体的N、S极垂直分布，磁吸附力减弱。
本发明提供的管道形锅炉管壁焊接用爬壁机器人行走机构同时采用履带式运动机构和轮式运动机构，保证机器人在管道内运动爬行时不打滑，具有较强的负载能力，同时磁吸附机构采用双稳态永磁结构来实现通磁和断磁两种状态的切换，这种磁力的变化是逐步的，可调节的，和整个机构在轴向运动时所要克服的阻力成正比，避免了阻力过大影响机器人行走的缺点，增加了爬壁机器人行走的安全性和灵活性，满足管道形锅炉管壁焊接过程中对焊接机器人在管道形锅炉管壁圆周切线方向和管道轴线方向双向移动的功能同时又具有较高吸附力的要求，提高了工作效率，节约了人力、物力。

Claims (6)

1.一种管道形锅炉管壁焊接用爬壁机器人行走机构，包括轴向行走机构(1)、周向行走机构(2)和磁吸附机构(3)，其特征在于：所述轴向行走机构(1)装在底盘(4)上，周向行走机构(2)装在底盘(4)两侧，磁吸附机构(3)装在底盘(4)下方；
所述轴向行走机构(1)包括驱动电机(101)，驱动电机(101)装在底盘(4)上，驱动电机(101)输出轴右侧上通过第一万向联轴器(102)装有第一轴向行走轮(103)，左侧输出轴上依次装有十字连轴器(104)、带轴承座轴承(105)、第二万向联轴器(106)和第二轴向行走轮(107)，所述带轴承座轴承(105)固定在底盘(4)上，所述轴向行走机构(1)与提起机构(100)连接，提起机构(100)包括提杆(108),提杆(108)两端头分别装在靠近第一轴向行走轮(103)和第二轴向行走轮(107)的轴杆内侧位置，提杆(108)上装有丝杠螺母机构(109)，在丝杠螺母机构(109)下方底盘上装有伺服电机(1010)，伺服电机(1010)和丝杠螺母机构(109)连接；
所述周向行走机构(2)包括履带式链条(201)，履带式链条(201)装在第一传动齿轮(202)、第二传动齿轮(203)和第三传动齿轮(204)组成的周向传动组件上，第一传动齿轮(202)装在固定于底盘(4)侧壁上的周向驱动电机(205a)上，第二传动齿轮(203)和第三传动齿轮(204)分别装在底盘(4)下方两侧的固定杆(205)上，所述履带式链条(201)内装有周向压紧轮(206)，周向压紧轮(206)与装在底盘(4)下方的固定连接杆(207)连接在一起；
所述磁吸附机构(3)包括把手(301)、把手(301)装在底盘(4)上与模块转轴(302)连接在一起，模块转轴(302)穿过同步带轮(303)，同步带轮(303)装在同步带(304)内，模块转轴(302)上装有磁吸附模块(305)，同步带(304)上安装有磁吸附压紧轮(306)；
所述轴向行走机构(1)中第一轴向行走轮(103)和第二轴向行走轮(107)转动方向和周向行走机构(2)中履带式链条(201)运动方向垂直。
2.如权利要求1所述的一种管道形锅炉管壁焊接用爬壁机器人行走机构，其特征在于：所述提杆(108)受伺服电机(1010)控制可绕自身轴线转动0～45°。
3.如权利要求1所述的一种管道形锅炉管壁焊接用爬壁机器人行走机构，其特征在于：所述履带式链条(201)中的链条块(20101)包括切向行走轮(20101a)、切向行走轮(20101a)装在走轮轴(20101b)上，走轮轴(20101b)两端依次装有轴套(20101c)、推力轴承(20101d)、滚针轴承(20101e)和端部档块(20101f)；
所述切向行走轮(20101a)两端和端部档块(20101f)间间隙在0.3～0.6mm；
所述切向行走轮(20101a)下方左右两侧分别装有下挡板(20101g)，下挡板(20101g)上固定有侧链片(20101h)，侧链片(20101h)间通过销轴(20101i)和销轴套(20101j)连接，滚子套装在销轴套(20101k)上位于侧链片(20101h)之间。
4.如权利要求1所述的一种管道形锅炉管壁焊接用爬壁机器人行走机构，其特征在于：所述第一轴向行走轮(103)和第二轴向行走轮(107)采用橡胶或塑性海绵体材料制作。
5.如权利要求1所述的一种管道形锅炉管壁焊接用爬壁机器人行走机构，其特征在于：所述磁吸附模块(305)采用永磁体，永磁体为直径10mm，高10mm的圆柱体，其N、S极沿圆柱体直径方向分布。
6.如权利要求5所述的一种管道形锅炉管壁焊接用爬壁机器人行走机构，其特征在于：所述把手(301)抬起至死点时，磁吸附模块(305)永磁体N、S极处于水平位置，把手(301)压下至死点时，磁吸附模块(305)永磁体N、S极处于竖直位置。
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