CN103171640A - 一种基于永磁吸附结构的爬壁机器人 - Google Patents

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王吉岱
孙爱芹
陈广庆
孔辉
梁存仙
纪德福
闫磊
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Abstract

本发明公开了一种基于永磁吸附结构的爬壁机器人，包括机器人本体结构和可抗磁场干扰的控制系统；机器人本体结构包括底盘、可吸附的行走结构、设备负载；可吸附式行走机构包括主动永磁轮、万向辅助永磁轮、直流伺服电机、涡轮蜗杆减速机和齿形带传动机构；永磁轮机构主要包括铝合金带轮、永磁体、轭铁等；控制系统主要包括工业母版、PLC控制器、CCD工业相机等。本发明在智能控制条件下能实现在化工容器、大型船舶船体等钢制壁面上稳定性走和有效检测，具有结构紧凑、重量轻、控制简单等优点。

Description

一种基于永磁吸附结构的爬壁机器人
技术领域
本发明属于机械技术领域，涉及一种基于永磁吸附结构的爬壁机器人。
背景技术
大型船舶的船体和各种大型化工压力等都是由多块钢板焊接而成，存在数量众多的焊缝，由于需要长时间在高腐蚀和高压状态下工作，极易产生各种缺陷从而导致材料失效，严重威胁船舶及化工容器的安全工作。为保证船舶和压力容器能够在安全状态下运行，需要定期开展安全检测维修工作，而目前这些工作都是由人工借助无损探伤手段完成，工作量大，危险系数高。因此开发研制无损检测系统代替人工进行检测具有十分重要的现实意义和广阔的应用前景。
随着机器人技术的快速发展，无损检测爬壁机器人备受人们关注，各工业发达国家积极地进行理论和技术研究，并研制出了一些各具特色的壁面检测机器人。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供一种基于永磁吸附结构的爬壁机器人，本发明将机器人技术与在线无损检测相融合，不仅可以实现机器人在壁面的安全稳定行走，而且能有效的完成检测任务。
其技术方案为：
一种基于永磁吸附结构的爬壁机器人，机器人本体主要包括底盘、主动永磁轮机构、万向永磁轮机构和可抗干扰的控制系统，
所述机器人本体的结构为：直流伺服电机4安装在涡轮蜗杆减速机6上，通过涡轮蜗杆减速机6的输出轴固定在底盘上，同步带轮1安装在涡轮蜗杆减速机6的输出轴上通过皮带与主动永磁轮5连接，主动永磁轮5通过轴连接到底盘2上，万向永磁轮3通过轴分别安装在底盘2的前方和后方，控制箱7固定在底盘2上；
环形永磁体53安装在主动永磁轮5的内部，铝合金同步51带安装在主动永磁轮5中心，尼龙轴承座54固定在两侧的轭铁52之间，深沟球轴承55的外圈与尼龙轴承座54配合，主动永磁轮5通过轴固定在底盘2上，由同步带轮带动主动永磁轮5转动；
永磁铁38安装在万向永磁轮3内，万向永磁轮3通过轮轴39固定在铝合金支架37上，主轴36将铝合金支架37和底盘2连接在一起，压缩弹簧34安装在弹簧挡板之间起缓冲作用，主轴36由轴承31、套筒32和轴承座33连接到底盘2上。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明运用磁路设计原理和磁场仿真技术，结合现代永磁材料，研究设计了新型的永磁轮机构，使其具有结构紧凑、吸附力大、使用灵活的特点。
本发明设计一种新型的永磁轮行走吸附机构，通过使行走机构、吸附机构和抗倾覆机构相结合，在保证壁面爬行机器人能够安全行走的前提下具有灵活的全方位移动能力。
本发明设计的控制系统能够应对爬壁机器人复杂的工作环境和磁场的干扰，保证了爬壁机器人的稳定运行，同时实现了远程监控与操作。软件设计方面，通过编程本系统可以对机器人进行前进、后退以及顺时针、逆时针旋转控制，在工业母板系统上利用组态王6.52进行了监控界面的设计，主要包括图像显示部分和运动操作部分。通过图像采集卡传回的图像信息，可以了解作业现场环境和机器人爬行情况，进而通过屏幕操作按钮对机器人的运行进行实时调节。
附图说明
图1为壁面爬行机器人本体结构示意图；
图2为主动永磁轮结构示意图；
图3为万向永磁轮结构示意图，其中上图为万向永磁轮主视图，下图为万向永磁轮左视图。
具体实施方式
下面结合附图具体实施例来详细描述本发明的技术方案。
如图1所示，一种基于永磁吸附结构的爬壁机器人，机器人本体主要包括底盘、主动永磁轮机构、万向永磁轮机构和可抗干扰的控制系统，所述机器人本体的结构为：直流伺服电机4安装在涡轮蜗杆减速机6上，通过涡轮蜗杆减速机6的输出轴固定在底盘上，同步带轮1安装在涡轮蜗杆减速机6的输出轴上通过皮带与主动永磁轮5连接，主动永磁轮5通过轴连接到底盘2上，万向永磁轮3通过轴分别安装在底盘2的前方和后方，控制箱7固定在底盘2上；
本发明通过主动永磁轮5和万向永磁轮3的吸附作用，可以保证爬壁机器人在钢制壁面稳定性走、转弯且不会倾覆。控制系统7可以实现远程监控与实时操作。本发明中的轮式行走吸附机构，主要包括两个主动永磁轮5和两个万向永磁轮3，主动永磁轮5分别安装在机器人底盘2两侧，万向永磁轮3安装在底盘2的前后，并且关于中心对称。主动永磁轮5由直流伺服电机4通过同步齿形带传动装置进行驱动，万向永磁轮3无驱动主要起辅助作用，保证机器人行走过程中不发生倾覆现象同时也保证了机器人转弯过程平稳顺利。
如图2所示，环形永磁体53安装在主动永磁轮5的内部，可以保护永磁体免受外部冲击，从而提高永磁轮的强度。铝合金同步51带安装在主动永磁轮5中心，在传动过程中不会出现偏心矩，传动可以更加平稳，同时使永磁机构更加紧凑。尼龙轴承座54固定在两侧的轭铁52之间，深沟球轴承55的外圈与尼龙轴承座54配合，主动永磁轮5通过轴固定在底盘2上，由同步带轮带动主动永磁轮5转动，结构紧凑、吸附力大。
如图3所示，永磁铁38安装在万向永磁轮3内，万向永磁轮3通过轮轴39固定在铝合金支架37上，主轴36将铝合金支架37和底盘2连接在一起，压缩弹簧34安装在弹簧挡板之间起缓冲作用，主轴36由轴承31、套筒32和轴承座33连接到底盘2上。在壁面爬行机器人行走及转向的过程中，前后万向永磁轮可以稳定机器人本体，保持机器人本体平衡。
可抗干扰的控制系统7，其控制核心用铁皮包覆可以很好的抵抗外界的干扰，使用工业母版作为上位机，利用组态王开发了控制界面和检测界面，由CCD工业相机实时检测工作环境并通过无线通讯传至上位机，下位机使用PLC控制器主要负责直流伺服的控制。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种基于永磁吸附结构的爬壁机器人，机器人本体主要包括底盘、主动永磁轮机构、万向永磁轮机构和可抗干扰的控制系统，
所述机器人本体的结构为：直流伺服电机(4)安装在涡轮蜗杆减速机(6)上，通过涡轮蜗杆减速机(6)的输出轴固定在底盘上，同步带轮(1)安装在涡轮蜗杆减速机(6)的输出轴上通过皮带与主动永磁轮(5)连接，主动永磁轮(5)通过轴连接到底盘(2)上，万向永磁轮(3)通过轴分别安装在底盘(2)的前方和后方，控制箱(7)固定在底盘(2)上；
环形永磁体(53)安装在主动永磁轮(5)的内部，铝合金同步(51)带安装在主动永磁轮(5)中心，尼龙轴承座(54)固定在两侧的轭铁(52)之间，深沟球轴承(55)的外圈与尼龙轴承座(54)配合，主动永磁轮(5)通过轴固定在底盘(2)上，由同步带轮带动主动永磁轮(5)转动；
永磁铁(38)安装在万向永磁轮(3)内，万向永磁轮(3)通过轮轴(39)固定在铝合金支架(37)上，主轴(36)将铝合金支架(37)和底盘(2)连接在一起，压缩弹簧(34)安装在弹簧挡板之间起缓冲作用，主轴(36)由轴承(31)、套筒(32)和轴承座(33)连接到底盘(2)上。
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