CN105882779A

CN105882779A - 一种爬壁式探伤检测机器人

Info

Publication number: CN105882779A
Application number: CN201610315277.2A
Authority: CN
Inventors: 于建飞; 张建朋; 潘炳伟; 蔡明仪
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2016-05-14
Filing date: 2016-05-14
Publication date: 2016-08-24

Abstract

本发明涉及一种爬壁式探伤检测机器人，包括驱动装置，检测装置和标记装置，电磁吸附装置以及履带装置，驱动装置的两个步进电机安装在机器人壳的内部，分别通过联轴器与两个履带装置连接，四个电磁吸附装置通过螺母安装在十字支架的四个支架杆末端，十字支架与机器人壳之间通过立柱和调距螺母配合，控制装置和电源通过挡板与螺钉安装在机器人壳内部，后轮安装在机器人壳上作为辅助轮起到支撑作用，检测装置和标记装置安装在机器人壳的内部，控制装置控制两个步进电机的转速从而控制机器人的前进，后退与转向；控制装置控制四个电磁吸附装置中电磁线圈的电流大小来控制电磁吸附力的大小。该机器人代替大部分的人工检测，提高效率，减少人身伤害。

Description

一种爬壁式探伤检测机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种爬壁式探伤检测机器人。

背景技术

对于高空的大型设备，如炼油厂罐体，大的压力容器，港口物流设备和船舶，需要进行定期安全检测，最主要的检测就是无损探伤检测。目前的无损探伤检测工作多有人工来完成，由于工作条件的复杂，无损检测的效率很低，且有一点的危险性。

探伤爬壁机器人是一种可吸附在工作表面并能移动的自动化设备，现有的用于探伤检测的爬壁机器人多种多样，无论是采用履带式还是轮式行走，均采用永磁铁吸附的方式。采用永磁铁吸附的缺点是当吸附在不同的材料上时所产生的吸附力是变化的，这样就会影响机器人的运动性能，甚至会因为吸附力过大不能行走或者吸附力过小而脱落，所以只能用于特定的材料场合。

发明内容

本发明针对现有的爬壁机器人的缺点，提出一种爬壁式探伤检测机器人。对比已有的采用永磁铁吸附的方式，本发明采用电磁吸附的方式，可通过改变电流大小改变电磁吸附力，这样可是机器人吸附在具有不同磁导率的不同材料场合，增加了机器人的使用范围。电磁吸附装置通过万向导轮与被吸附表面相接触。履带轮有自动张紧功能，可防止机器人在作业时发生掉履带轮的现象。在该机器人前进时，探伤仪的探头会被转动滚珠丝杠带动做往复的直线运动，加快了探伤检测工作的效率，当检测到有缺陷时，机器人停止运动，将涂料喷在有缺陷的区域。机器人在执行吸附后，在地面上采用2.4G高频无线技术对机器人进行控制。该发明机器人能有效的在船舶或大型罐体等设备上行驶，代替人工进行无损探伤检测。

为了达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种爬壁式探伤检测机器人，包括驱动装置，检测装置和标记装置，电磁吸附装置以及履带装置，所述驱动装置的两个步进电机安装在机器人壳的内部，分别通过联轴器与两个履带装置连接，四个电磁吸附装置通过螺母安装在十字支架的四个支架杆末端，十字支架与机器人壳之间通过立柱和调距螺母配合，控制装置和电源通过挡板与螺钉安装在机器人壳内部，后轮安装在机器人壳上作为辅助轮起到支撑作用，检测装置和标记装置安装在机器人壳的内部，所述控制装置控制两个步进电机的转速从而控制机器人的前进，后退与转向；控制装置控制四个电磁吸附装置中电磁线圈的电流大小来控制电磁吸附力的大小。

所述检测装置和标记装置包括探伤仪，第三步进电机，大齿轮，小齿轮，滚珠丝杠，导向杆，滚珠丝杠螺母，套环，涂料存储罐，喷墨泵，探伤仪探头，涂料喷头，喷料管，探头数据导线，所述第三步进电机安装在机器人壳的内部，其输出轴连接大齿轮，大齿轮与小齿轮啮合，小齿轮安装在滚珠丝杠的一端，第三步进电机通过大齿轮和小齿轮带动滚珠丝杠旋转；所述滚珠丝杠螺母与套环配合，套环又与固定在滚珠丝杠上方的导向杆配合，保证套环不会随着滚珠丝杠螺母自转，套环下端与探伤仪探头连接，涂料喷头通过卡箍与探伤仪探头连接，所述涂料喷头通过喷料管与喷墨泵连接，所述喷墨泵与涂料罐连接，探伤仪探头通过探头数据导线与探伤仪连接；机器人工作时探伤仪探头对工作区域进行检查，第三步进电机驱动滚珠丝杠旋转，此时探伤仪探头随着滚珠丝杠螺母在直线运动时进行探伤，当检测到有缺陷的区域时，涂料喷头对该区域进行喷涂标记。

所述电磁吸附装置包括支撑套筒，电磁线圈，线圈套筒，铁芯，万向联轴器，支撑轮，所述支撑套筒的外圆筒与线圈套筒相配合，内套筒与外套筒之间通过支柱连接，内套筒与铁芯相配合，所述电磁线圈的线圈头为套在线圈套筒上的线圈的接线头，用于接通到电源，铁芯既有加强电磁感线效应的功能，同时与支撑轮通过万向联轴器相配合，起到支撑作用；电磁线圈通电后发生磁感应效应，能够吸附在有一定磁导率的金属材料上。

所述履带装置包括履带，主动轮，主动轮套盖，履带轮支架，张紧装置，张紧轮，承重轮，所述履带包覆在主动轮、张紧轮和三个承重轮外侧，所述履带轮支架通过主动轮套盖与主动轮相配合，张紧轮通过张紧装置与履带轮支架配合，其中张紧装置的弹簧根据履带的张力改变张紧轮的位置，起到张紧作用，张紧轮也起到导向轮作用，避免履带滑脱，三个承重轮与履带轮支架配合，起到机器人的部分承重作用。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

（1）该爬壁机器人采用电磁吸附的方式，电磁吸附力是可以控制的，可使该机器人有效地吸附在磁导率不同的金属材料上，这样机器人应用的场合会比较广泛。

（2）履带轮与吸附面之间的压力是可通过十字架与机器人壳之间的立柱和装配螺母调节，与电磁吸附力的大小无关，不会干扰到机器人的运动。

（3）在该机器人前进时，探伤仪的探头随滚珠丝杠做往复直线运动，提高了机器人无损探伤检测的工作效率。

附图说明

图1为该机器人的结构示意图。

图2为机器人侧视图。

图3为机器人内部图。

图4为探测装置示意图。

图5电磁吸附装置构爆炸图。

图6履带装置图。

图7为机器人控制框架图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步详细说明。

如图1所示，一种爬壁式探伤检测机器人，包括驱动装置，检测装置和标记装置，电磁吸附装置以及履带装置，所述驱动装置的两个步进电机1-A，1-B安装在机器人壳10的内部，分别通过联轴器3-A，3-B与两个履带装置2-A，2-B连接，四个电磁吸附装置4-A，4-B，4-C，4-D通过螺母安装在十字支架9的四个支架杆末端，十字支架9与机器人壳10之间通过立柱12和调距螺母11配合，控制装置6和电源7通过挡板与螺钉安装在机器人壳10内部，后轮5-A，5-B安装在机器人壳10上作为辅助轮起到支撑作用，检测装置和标记装置安装在机器人壳10的内部，所述控制装置6控制两个步进电机1-A，1-B的转速从而控制机器人的前进，后退与转向；控制装置6控制四个电磁吸附装置4-A，4-B，4-C，4-D中电磁线圈27的电流大小来控制电磁吸附力的大小。

如图2所示，十字支架9与机器人壳10之间用立柱12和调距螺母11配合，机器人行走的动力是靠履带轮3与吸附表面的摩擦力转换而来的，因此履带轮3与吸附表面的压力是机器人前进动力的一个重要因素。在机器人通过电磁吸附装置4吸附在工作面时，通过调整十字支架9与机器人壳10之间的距离便可改变履带轮3与吸附表面间的压力，此压力与电磁吸附装置4的吸附力大小无关。

如图3和图4所示，所述检测装置和标记装置包括探伤仪8，第三步进电机13，大齿轮14，小齿轮15，滚珠丝杠16，导向杆17，滚珠丝杠螺母18，套环19，涂料存储罐20，喷墨泵21，探伤仪探头22，涂料喷头23，喷料管24，探头数据导线25，所述第三步进电机13安装在机器人壳10的内部，其输出轴连接大齿轮14，大齿轮14与小齿轮15啮合，小齿轮15安装在滚珠丝杠16的一端，第三步进电机13通过大齿轮14和小齿轮15带动滚珠丝杠16旋转；所述滚珠丝杠螺母18与套环19配合，套环19又与固定在滚珠丝杠16上方的导向杆17配合，保证套环19不会随着滚珠丝杠螺母18自转，套环19下端与探伤仪探头22连接，涂料喷头23通过卡箍与探伤仪探头22连接，所述涂料喷头23通过喷料管24与喷墨泵21连接，所述喷墨泵21与涂料存储罐20连接，探伤仪探头22通过探头数据导线25与探伤仪8连接；机器人工作时探伤仪探头22对工作区域进行检查，第三步进电机13驱动滚珠丝杠16旋转，此时探伤仪探头22随着滚珠丝杠螺母18在直线运动时进行探伤，当检测到有缺陷的区域时，涂料喷头23对该区域进行喷涂标记。

如图5所示，所述电磁吸附装置包括支撑套筒26，电磁线圈27，线圈套筒28，铁芯29，万向联轴器30，支撑轮31，所述支撑套筒26的外圆筒26-A与线圈套筒28相配合，内套筒26-C与外套筒26-A之间通过支柱26-B连接，内套筒26-C与铁芯29相配合，所述电磁线圈27的线圈头27-B为套在线圈套筒28上的线圈27-A的接线头，用于接通到电源，铁芯29既有加强电磁感线效应的功能，同时与支撑轮31-A，31-B通过万向联轴器30相配合，起到支撑作用；电磁线圈27通电后发生磁感应效应，能够吸附在有一定磁导率的金属材料上。

如图6所示，所述履带装置包括履带32，主动轮33，主动轮套盖34，履带轮支架35，张紧装置36，张紧轮37，承重轮38，所述履带32包覆在主动轮33、张紧轮36和三个承重轮38外侧，所述履带轮支架35通过主动轮套盖34与主动轮33相配合，张紧轮37通过张紧装置36与履带轮支架35配合，其中张紧装置36的弹簧根据履带32的张力改变张紧轮37的位置，起到张紧作用，张紧轮37也起到导向轮作用，避免履带32滑脱，三个承重轮38与履带轮支架35配合，起到机器人的部分承重作用。

如图7所示，机器人运动控制图，在控制处理器得到命令后，会改变电磁吸附装置中电磁线圈的电流大小，使机器人可靠地吸附在工作面上。当控制处理器控制驱动装置电机的转速，转向时，可控制机器人的前进，后退与转向。当机器人运行工作时，探测装置的步进电机通过滚珠丝杠带动探伤仪探头做直线运动对工作表面进行检测，当检测到有缺陷的区域时，标记装置对缺陷区域进行标记。

Claims

1.一种爬壁式探伤检测机器人，包括驱动装置，检测装置和标记装置，电磁吸附装置以及履带装置，其特征在于，所述驱动装置的两个步进电机（1-A，1-B）安装在机器人壳（10）的内部，分别通过联轴器（3-A，3-B）与两个履带装置（2-A，2-B）连接，四个电磁吸附装置（4-A，4-B，4-C，4-D）通过螺母安装在十字支架（9）的四个支架杆末端，十字支架（9）与机器人壳（10）之间通过立柱（12）和调距螺母（11）配合，控制装置（6）和电源（7）通过挡板与螺钉安装在机器人壳（10）内部，后轮（5-A，5-B）安装在机器人壳（10）上作为辅助轮起到支撑作用，检测装置和标记装置安装在机器人壳（10）的内部，所述控制装置（6）控制两个步进电机（1-A，1-B）的转速从而控制机器人的前进，后退与转向；控制装置（6）控制四个电磁吸附装置（4-A，4-B，4-C，4-D）中电磁线圈（27）的电流大小来控制电磁吸附力的大小。

2.根据权利要求1所述的爬壁式探伤检测机器人，其特征在于，所述检测装置和标记装置包括探伤仪（8），第三步进电机（13），大齿轮（14），小齿轮（15），滚珠丝杠（16），导向杆（17），滚珠丝杠螺母（18），套环（19），涂料存储罐（20），喷墨泵（21），探伤仪探头（22），涂料喷头（23），喷料管（24），探头数据导线（25），所述第三步进电机（13）安装在机器人壳（10）的内部，其输出轴连接大齿轮（14），大齿轮（14）与小齿轮（15）啮合，小齿轮（15）安装在滚珠丝杠（16）的一端，第三步进电机（13）通过大齿轮（14）和小齿轮（15）带动滚珠丝杠（16）旋转；所述滚珠丝杠螺母（18）与套环（19）配合，套环（19）又与固定在滚珠丝杠（16）上方的导向杆（17）配合，保证套环（19）不会随着滚珠丝杠螺母（18）自转，套环（19）下端与探伤仪探头（22）连接，涂料喷头（23）通过卡箍与探伤仪探头（22）连接，所述涂料喷头（23）通过喷料管（24）与喷墨泵（21）连接，所述喷墨泵（21）与涂料存储罐（20）连接，探伤仪探头（22）通过探头数据导线（25）与探伤仪（8）连接；机器人工作时探伤仪探头（22）对工作区域进行检查，第三步进电机（13）驱动滚珠丝杠（16）旋转，此时探伤仪探头（22）随着滚珠丝杠螺母（18）在直线运动时进行探伤，当检测到有缺陷的区域时，涂料喷头（23）对该区域进行喷涂标记。

3.根据权利要求1所述的爬壁式探伤检测机器人，其特征在于，所述电磁吸附装置包括支撑套筒（26），电磁线圈（27），线圈套筒（28），铁芯（29），万向联轴器（30），支撑轮（31），所述支撑套筒（26）的外圆筒（26-A）与线圈套筒（28）相配合，内套筒（26-C）与外套筒（26-A）之间通过支柱（26-B）连接，内套筒（26-C）与铁芯（29）相配合，所述电磁线圈（27）的线圈头（27-B）为套在线圈套筒（28）上的线圈（27-A）的接线头，用于接通到电源，铁芯（29）既有加强电磁感线效应的功能，同时与支撑轮（31-A，31-B）通过万向联轴器（30）相配合，起到支撑作用；电磁线圈（27）通电后发生磁感应效应，能够吸附在有一定磁导率的金属材料上。

4.根据权利要求1所述的爬壁式探伤检测机器人，其特征在于，所述履带装置包括履带（32），主动轮（33），主动轮套盖（34），履带轮支架（35），张紧装置（36），张紧轮（37），承重轮（38），所述履带（32）包覆在主动轮（33）、张紧轮（36）和三个承重轮（38）外侧，所述履带轮支架（35）通过主动轮套盖（34）与主动轮（33）相配合，张紧轮（37）通过张紧装置（36）与履带轮支架（35）配合，其中张紧装置（36）的弹簧根据履带（32）的张力改变张紧轮（37）的位置，起到张紧作用，张紧轮（37）也起到导向轮作用，避免履带（32）滑脱，三个承重轮（38）与履带轮支架（35）配合，起到机器人的部分承重作用。