CN103373406B - 一种爬壁机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种爬壁机器人，具有一行走控制底盘，该行走控制底盘包括：吸附装置，用于使爬壁机器人在任何方向上都能依附在储油罐壁；连杆机构，与吸附装置机械连接，通过连杆机构的运动，使爬壁机器人在储油罐壁行走；以及多个驱动轮，与储油罐壁接触，且刚性连接至连杆机构，当连杆机构中的连杆沿某一支点顺时针或逆时针旋转时，驱动轮抬升或下压储油罐壁。采用本发明，通过吸附装置将其牢固地依附在储油罐壁的表面，并且利用连杆机构的运动来带动驱动轮向前滚动，从而实现在储油罐壁任意方向上的自由行走。相比于现有技术，该爬壁机器人可降低储油罐壁的检测成本，提高工作效率，而且无需人工在危险作业环境中进行油罐清洗和检测。

Description

一种爬壁机器人

技术领域

本发明涉及行走机器人技术领域，尤其涉及一种用于储油罐壁的爬壁机器人。

背景技术

在石油化工行业中，储油罐或储液罐是用来存储油品或化学溶液的容器。以油库为例，储油罐是主要的存储设备，例如，普通储油罐一般采用A3F的平炉沸腾钢；寒冷地区一般采用A3平炉镇静钢；超过10000立方米的大容积储油罐采用高强度的低合金钢。无论采用哪种钢作为储油罐的制成材料，对储油罐的安全检测都是一项十分重要的工作，尤其是要加强储油罐焊缝及其附近微裂纹的检测。虽然裂纹很微小，却会对储油罐造成极大危害，导致油罐破裂、油品泄露、爆炸等诸多严重后果。

此外，储油罐或储液罐中储存的物质大多具有易燃、易爆和毒害性。在使用一段时间后，油品中的杂质就会沉积在储油罐的罐底和罐壁上，使储油罐的有效容量减少，影响储油罐的存储效率。同时，由于石化产品具有强腐蚀性，容易对储油罐尤其是油罐内壁表面产生腐蚀作用。需要指出的是，由于储油罐底部边缘板和壁板之间常采用T型焊缝结构，该T型焊缝内部的缺陷对储油罐的安全运行危害极大。因此，储油罐需要定期进行检修并清除罐内淤渣，延长其使用寿命。

在现有技术中，传统的油罐清洗和检测方法主要通过人工完成，然而，人工清洗方法劳动强度大、施工周期长、安全性差，并且油品的回收率低，还会造成周边环境被污染。有鉴于此，如何基于机器人技术来设计出一种自动清洗和检测的机械装置，从而解决或消除现有方式中的缺陷，是业内相关技术人员亟待解决的一项课题。

发明内容

针对现有技术中在清洗和检测储油罐时所存在的上述缺陷，本发明提供了一种用于储油罐的爬壁机器人。

依据本发明的一个方面，提供了一种爬壁机器人，适于在储油罐壁行走，其中，该爬壁机器人具有一行走控制底盘，并且该行走控制底盘包括：

吸附装置，用于使所述爬壁机器人在任何方向上都能依附在所述储油罐壁；

连杆机构，与所述吸附装置机械连接，通过所述连杆机构的运动，使所述爬壁机器人在所述储油罐壁行走；以及

多个驱动轮，与所述储油罐壁接触，且刚性连接至所述连杆机构，当所述连杆机构中的连杆沿某一支点顺时针或逆时针旋转时，所述驱动轮抬升或下压所述储油罐壁。

在一实施例中，连杆机构包括一第一连杆和一第二连杆，所述多个驱动轮包括一第一驱动轮、一第二驱动轮和一第三驱动轮，

其中，所述第一驱动轮和所述第三驱动轮分别位于所述爬壁机器人的头部和尾部，所述第二驱动轮位于所述爬壁机器人的中部，所述第一连杆的一端连接至所述第一驱动轮，所述第二连杆的一端连接至所述第三驱动轮，并且所述第一连杆和所述第二连杆藉由一连接板连接至所述第二驱动轮。

在一实施例中，该行走控制底盘还包括：驱动电机，用于提供所述爬壁机器人沿所述储油罐壁行走时的驱动力，该驱动力藉由传动机构传送至所述多个驱动轮；以及转向电机，用于提供所述爬壁机器人在所述储油罐壁转向时的转向力，该转向力藉由相应的转向摆杆传送至所述多个驱动轮，以调整所述驱动轮的转向角度。

在一实施例中，该吸附装置还包括：磁铁，与所述储油罐壁构成磁性吸引的两磁极，从而产生磁吸力；压力传感器，用于检测所述磁吸力的变化；以及磁铁电机，当所述储油罐壁出现焊缝时，根据所述磁吸力的变化来调节所述磁铁与所述储油罐壁之间的距离。例如，当所述压力传感器检测到磁吸力减小时，所述磁铁电机将磁铁向下推出，以便缩短所述磁铁与所述储油罐壁的距离，使调整后的磁吸力增加至一预设阈值。又如，当所述压力传感器检测到磁吸力增加时，所述磁铁电机将磁铁向上拉起，以便增大所述磁铁与所述储油罐壁的距离，使调整后的磁吸力减小至一预设阈值。

在一实施例中，当所述储油罐壁出现焊缝时，藉由所述连杆机构来减小爬壁机器人行走时的颠簸幅度。例如，该焊缝为T型结构，位于所述储油罐的底部边缘板和侧板之间。

采用本发明的爬壁机器人，通过吸附装置将其牢固地依附在储油罐壁的表面，并且利用连杆机构的圆周运动来带动驱动轮向前滚动，从而实现在储油罐壁任意方向上的自由行走。相比于现有技术，该爬壁机器人可降低储油罐壁的检测成本，提高工作效率，而且无需人工在危险作业环境中进行油罐清洗和检测。此外，当储油罐壁出现焊缝时，该连杆机构还可减小爬壁机器人行走时的颠簸幅度，保持爬壁机器人运动时的平稳性。

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1示出依据本发明的一具体实施方式，爬壁机器人的行走控制底盘的侧视图；以及

图2示出图1中的行走控制底盘的驱动机构和转向机构的结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请所揭示的技术内容更加详尽与完备，可参照附图以及本发明的下述各种具体实施例，附图中相同的标记代表相同或相似的组件。然而，本领域的普通技术人员应当理解，下文中所提供的实施例并非用来限制本发明所涵盖的范围。此外，附图仅仅用于示意性地加以说明，并未依照其原尺寸进行绘制。

下面参照附图，对本发明各个方面的具体实施方式作进一步的详细描述。

图1示出依据本发明的一具体实施方式，爬壁机器人的行走控制底盘的侧视图。

参照图1，适于在储油罐壁行走的该爬壁机器人具有一行走控制底盘。该行走控制底盘包括吸附装置、连杆机构和多个驱动轮。其中，该吸附装置使爬壁机器人在任何方向上都能依附在储油罐壁。该连杆机构与吸附装置机械连接，通过该连杆机构的运动，使爬壁机器人在储油罐壁行走。多个驱动轮与储油罐壁接触，且刚性连接至连杆机构，当连杆机构中的连杆沿某一支点顺时针或逆时针旋转时，一部分驱动轮抬升以脱离该储油罐壁的表面，一部分驱动轮下压储油罐壁，以确保该爬壁机器人仍然能够依附在储油罐壁。

在一具体实施例中，该连杆机构包括一第一连杆7和一第二连杆3，多个驱动轮包括一第一驱动轮9、一第二驱动轮10和一第三驱动轮11。其中，第一驱动轮9和第三驱动轮11分别位于爬壁机器人的头部和尾部，第二驱动轮10位于爬壁机器人的中部，第一连杆7的一端连接至第一驱动轮9，连接位置如点A所示。第二连杆3的一端连接至第三驱动轮11，连接位置如点E所示。第一连杆7和第二连杆3藉由一连接板2连接至第二驱动轮10，连接板2与第二驱动轮10的连接位置如点C所示。另外，连杆7与吸附装置的磁铁电机1连接(连接位置如点B所示)，连杆3与吸附装置的磁铁电机1连接(连接位置如点D所示)。

在一具体实施例中，该吸附装置还包括两个磁铁13、与磁铁一一对应的磁铁电机1和一压力传感器12。磁铁电机1与储油罐壁构成磁性吸引的两磁极，从而产生磁吸力。压力传感器12设置于磁铁13与磁铁电机1的连接处，用于检测磁铁13与储油罐壁之间磁吸力的变化。

当储油罐壁出现焊缝时，藉由该连杆机构来减小爬壁机器人行走时的颠簸幅度。如图1所示，驱动轮9、10和11全部附着在弧形的储油罐壁表面，当爬壁机器人前方出现焊缝8时，由于连杆7的作用，驱动轮9将被抬升，即连接点A沿竖直方向上升，从而使连杆7围绕支点B顺时针旋转。相应地，连接板2围绕连接点C逆时针旋转，同时该连接点C在竖直方向下移一段距离。类似地，连杆3围绕支点D顺时针旋转，连接点E在竖直方向也下移一段距离。由此可知，即使在储油罐壁的表面出现焊缝8等障碍时，行走控制底盘的驱动轮仍然可完全依附在储油罐壁。

此外，行走控制底盘的驱动轮(如驱动轮9)在越障时，车体平面相对于储油罐壁表面的距离是增加的，倘若吸附装置的磁铁13位置不变，则磁吸力将会减小，进而有可能导致车体从储油罐壁掉落。在一实施例中，为保证磁吸力不变，磁铁13与磁铁电机1连接处装有压力传感器12，利用磁铁电机1来调节磁铁13与储油罐壁之间的距离。例如，当压力传感器12检测到磁吸力减小时，磁铁电机1将磁铁13向下推出，以便缩短磁铁13与储油罐壁的距离，使调整后的磁吸力增加至一预设阈值(该预设阈值足以使爬壁机器人依附于储油罐壁)。又如，当压力传感器检测到磁吸力增加时，所述磁铁电机将磁铁向上拉起，以便增大所述磁铁与所述储油罐壁的距离，使调整后的磁吸力减小至一预设阈值。

图2示出图1中的行走控制底盘的驱动机构和转向机构的结构示意图。

参照图2，该行走控制底盘还包括驱动电机和转向电机。驱动电机6用于提供爬壁机器人沿储油罐壁行走时的驱动力，该驱动力藉由传动机构传送至多个驱动轮。转向电机20、21和22用于提供爬壁机器人在储油罐壁转向时的转向力，该转向力藉由相应的转向摆杆20传送至多个驱动轮，以调整驱动轮的转向角度。

具体地，驱动电机6输出动力，传动轴17(或传动轴18)获得该动力后，齿轮组14、15和16将来自传动轴17(或传动轴18)的动力分别传递到驱动轮9、10和11上，实现爬壁机器人在储油罐壁的行走。当车体转弯时，通过转向电机21、22和23与转向摆杆20来实现驱动轮的转向。

采用本发明的爬壁机器人，通过吸附装置将其牢固地依附在储油罐壁的表面，并且利用连杆机构的圆周运动来带动驱动轮向前滚动，从而实现在储油罐壁任意方向上的自由行走。相比于现有技术，该爬壁机器人可降低储油罐壁的检测成本，提高工作效率，而且无需人工在危险作业环境中进行油罐清洗和检测。此外，当储油罐壁出现焊缝时，该连杆机构还可减小爬壁机器人行走时的颠簸幅度，保持爬壁机器人运动时的平稳性。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他组件或步骤，单数不排除复数。系统权利要求中陈述的多个组件或装置也可以由一个组件或装置通过软件或者硬件来实现。术语“第一”、“第二”等词语仅仅用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

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)

1.一种爬壁机器人，适于在储油罐壁行走，其特征在于，所述爬壁机器人具有一行走控制底盘，并且该行走控制底盘包括：

吸附装置，用于使所述爬壁机器人在任何方向上都能依附在所述储油罐壁；

连杆机构，与所述吸附装置机械连接，通过所述连杆机构的运动，使所述爬壁机器人在所述储油罐壁行走；以及

多个驱动轮，与所述储油罐壁接触，且刚性连接至所述连杆机构，当所述连杆机构中的连杆沿某一支点顺时针或逆时针旋转时，所述驱动轮抬升或下压所述储油罐壁，

其中，所述连杆机构包括一第一连杆和一第二连杆，所述多个驱动轮包括一第一驱动轮、一第二驱动轮和一第三驱动轮，其中，所述第一驱动轮和所述第三驱动轮分别位于所述爬壁机器人的头部和尾部，所述第二驱动轮位于所述爬壁机器人的中部，所述第一连杆的一端连接至所述第一驱动轮，所述第二连杆的一端连接至所述第三驱动轮，并且所述第一连杆和所述第二连杆藉由一连接板连接至所述第二驱动轮。

2.根据权利要求1所述的爬壁机器人，其特征在于，所述行走控制底盘还包括：

驱动电机，用于提供所述爬壁机器人沿所述储油罐壁行走时的驱动力，该驱动力藉由传动机构传送至所述多个驱动轮；以及

转向电机，用于提供所述爬壁机器人在所述储油罐壁转向时的转向力，该转向力藉由相应的转向摆杆传送至所述多个驱动轮，以调整所述驱动轮的转向角度。

3.根据权利要求1所述的爬壁机器人，其特征在于，所述吸附装置还包括：

磁铁，与所述储油罐壁构成磁性吸引的两磁极，从而产生磁吸力；

压力传感器，用于检测所述磁吸力的变化；以及

磁铁电机，当所述储油罐壁出现焊缝时，根据所述磁吸力的变化来调节所述磁铁与所述储油罐壁之间的距离。

4.根据权利要求3所述的爬壁机器人，其特征在于，当所述压力传感器检测到磁吸力减小时，所述磁铁电机将磁铁向下推出，以便缩短所述磁铁与所述储油罐壁的距离，使调整后的磁吸力增加至一预设阈值。

5.根据权利要求3所述的爬壁机器人，其特征在于，当所述压力传感器检测到磁吸力增加时，所述磁铁电机将磁铁向上拉起，以便增大所述磁铁与所述储油罐壁的距离，使调整后的磁吸力减小至一预设阈值。

6.根据权利要求1所述的爬壁机器人，其特征在于，当所述储油罐壁出现焊缝时，藉由所述连杆机构来减小爬壁机器人行走时的颠簸幅度。

7.根据权利要求6所述的爬壁机器人，其特征在于，所述焊缝为T型结构，位于所述储油罐的底部边缘板和侧板之间。