CN106240664A - 一种牵引式金属壁面工作爬壁机器人 - Google Patents

一种牵引式金属壁面工作爬壁机器人 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种牵引式金属壁面工作爬壁机器人，包括牵引机构和爬行机构，所述牵引机构通过牵引绳将爬行机构悬吊于金属壁面上。机器人的水平位移通过牵引车的行走完成，竖直位移通过牵引绳和齿轮齿条机构完成，越障功能通过脚部机构的上下位移实现，吸附功能通过电磁铁完成。此爬壁机器人具有载重大，越障能力强等特点。

Description

一种牵引式金属壁面工作爬壁机器人
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种牵引式金属壁面工作爬壁机器人。
背景技术
为了延长船舶的使用寿命，保证船舶的安全航行，船舶必须定期进坞进行修理。而船舶进坞修理过程中必不可少的一大环节就是除锈，即除去船体表面钢板上的铁锈、油污、旧漆皮等，为提高喷涂质量作表面预处理。
目前，国内各大修船企业普遍采用的除锈方法是人工干喷砂除锈,即利用压缩空气，人工手持喷枪运动，将有压钢制容器内的干砂输送至喷枪，使铜矿砂以每秒几十米的高速冲击钢板表面，快速除去铁锈层。但是其存在很多弊端，除锈均为人工持枪高空作业，工人乘用的高架车长期在粉尘恶劣环境中使用也会发生故障，同时由于追求作业速度，就要大排气量动力，喷枪的反冲力就往往超过200N，大于普通人的承受能力，长期在高架车上作业就非常危险，直接威胁着工人的生命。同时，喷砂会产生大量的粉尘，使得除锈工人容易患上眼疾和肺病。这就使得机器人代替人工作业迫在眉睫。
基于吸盘式电磁铁吸附原理，在通电状态下产生强大的电磁吸力，使机器人吸附在船舶壁面，断电时，磁性消失，机器人可自由移动。该电磁铁结构合理、紧凑，吸盘式电磁铁线圈置于软磁材料外壳之中并以环氧浇封，具有体积小、吸力大、牢固、可靠、全密封、环境适应性强等特点，该系列电磁铁可进行远程操作，动作简单灵敏，功能稳定可靠。但现有爬壁机器人主要采用的是永磁铁轮式机构，其负载能力小，越障能力差，不适合船舶这种大型表面工作。
发明内容
针对现有爬壁机器人的局限性，本发明目的在于提供一种牵引式金属壁面工作爬壁机器人。爬壁机器人采用吸盘式电磁铁产生吸引力吸附于船舶表面，采用齿轮齿条机构与牵引绳实现机器人的行走功能，采用直线电机实现机器人支撑足的相互交替，采用球铰实现电磁铁与船舶壁面的平稳接触。采用外接动力牵引，能承受很大的重力，行走时两排电磁铁交替工作，定点工作时四排电磁铁一起工作，使得工作时机器人更加稳定可靠。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种牵引式金属壁面工作爬壁机器人，包括牵引机构和爬行机构，所述牵引机构通过牵引绳将爬行机构悬吊于金属壁面上。
所述爬行机构包括框架、固定滑块、直线导轨、支撑架、齿条、齿轮、直线电机、支撑柱、支撑板、球铰、电磁铁、传动轴，在所述框架的左右边框上安装有八个固定滑块，每两个固定滑块为一组，与一条直线导轨相配合，使得直线导轨能够沿固定滑块滑动，框架的左右边框均有两条直线导轨平行安装；在所述框架的左右边框的两条直线导轨之间安装有两根传动轴，传动轴下端安装有齿轮；所述直线导轨下部安装有支撑架，支撑架为U型，其水平方向一侧通过螺钉安装有齿条，与齿轮啮合，支撑架底部安装有八根支撑柱，支撑柱上安装有支撑板，支撑板能够沿支撑柱上下移动，在支撑架的空腔中安装有两个直线电机，直线电机活动端与支撑板固定连接，直线电机转动带动支撑板上下移动，爬行机构的足部结构为多个球铰依次固定在支撑板上，球铰下部安装有电磁铁，球铰带动电磁铁进行小范围的转动，以适应曲线壁面。
所述牵引机构包括卷扬机、行走驱动电机、滚筒、滚轮、滚轮支架、牵引小车车体，所述卷扬机和行走驱动电机安装在牵引小车车体内部，所述滚筒固定在牵引小车车体边缘，滚轮通过滚轮支架固定在牵引小车车体外部。
与现有技术相比，本发明具有如下突出的实质性特点和显著的优点：
1．机器人的控制简单，只需要控制卷扬机的工作状态和电磁铁便可实现机器人两个自由度的行走。
2．机器人的结构简单，机器人成矩形，对称分布，每一个方向都只有固定滑块、直线导轨、直线电机、支撑板、电磁铁等零件，结构简单。
3．机器人具有优越的越障能力，机器人的支撑板类似于脚掌，可实现支撑足的交替，有利于越过障碍。
4．机器人足部采用球铰，能够调整电磁铁位置，使电磁铁很好的与弧度小的曲面贴合，使机器人行走稳定。
5．机器人工作时吸附可靠，行走时机器人有两排支撑板电磁铁吸附，而在定点工作时，机器人所有电磁铁通电吸附，大大增加了吸附力，使机器人吸附性能更好，工作更稳定。
6．本发明立足于负载能力大、除锈效率高、吸附性能好、控制简单、驱动灵活，在船舶壁面工作等方面具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为机器人结构示意图。
图2为机器人爬壁部分结构示意图。
图3为齿轮齿条结构示意图。
图4为机器人腿部结构以及脚部结构示意图。
图5为牵引小车示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例作进一步描述。
如图1至图4所示，一种牵引式金属壁面工作爬壁机器人，包括牵引机构和爬行机构，所述牵引机构通过牵引绳将爬行机构悬吊于金属壁面上。
所述爬行机构包括框架1、固定滑块2、直线导轨3、支撑架4、齿条5、齿轮6、直线电机7、支撑柱8、支撑板9、球铰10、电磁铁11、传动轴12，在所述框架1的左右边框上安装有八个固定滑块2，每两个固定滑块2为一组，与一条直线导轨3相配合，使得直线导轨3能够沿固定滑块2滑动，框架1的左右边框均有两条直线导轨3平行安装；在所述框架1的左右边框的两条直线导轨3之间安装有两根传动轴12，传动轴12下端安装有齿轮6；所述直线导轨3下部安装有支撑架4，支撑架4为U型，其水平方向一侧通过螺钉安装有齿条5，与齿轮6啮合，支撑架4底部安装有八根支撑柱8，支撑柱8上安装有支撑板9，支撑板9能够沿支撑柱8上下移动，在支撑架4的空腔中安装有两个直线电机7，直线电机7活动端与支撑板9固定连接，直线电机7转动带动支撑板9上下移动，爬行机构的足部结构为多个球铰10依次固定在支撑板9上，球铰10下部安装有电磁铁11，球铰10带动电磁铁11进行小范围的转动，以适应曲线壁面。
如图5所示，所述牵引机构包括卷扬机13、行走驱动电机14、滚筒15、滚轮16、滚轮支架17、牵引小车车体18，所述卷扬机13和行走驱动电机14安装在牵引小车车体18内部，所述滚筒15固定在牵引小车车体18边缘，滚轮16通过滚轮支架17固定在牵引小车车体18外部。
本发明机器人的竖直行走状态下的工作原理为：
第一支撑板9-1、第四支撑板9-4上电磁铁通电，机器人吸附在船舶壁面上，牵引机构的卷扬机13工作，拉动机器人上升，此时齿轮6转动，带动第二直线导轨3-2、第三直线导轨3-3上升，在第二直线导轨3-2、第三直线导轨3-3上升到上极限时，卷扬机13停止工作，第二支撑架4-2、第三支撑架4-3中直线电机伸出，带动第二支撑板9-2、第三支撑板9-3伸出，第二支撑板9-2、第三支撑板9-3上电磁铁通电，第一支撑板9-1、第四支撑板9-4上电磁铁断电，第一支撑架4-1、第四支撑架4-4中直线电机回转带动第一支撑板9-1、第四支撑板9-4缩回，卷扬机13转动，带动机器人继续上升，依次重复上述步骤，达到机器人竖直行走的目的。
本发明机器人水平行走状态下的工作原理为：
所有支撑板上电磁铁11断电，牵引小车车体18前进一段所需行走距离后停止运动，所有直线电机7正转带动支撑板9伸出，然后机器人上所有支撑板9上电磁铁11通电，使机器人吸附在船舶壁面上，完成一次水平位移。
本发明机器人的工作原理为：
机器人定点工作时，机器人行走到预定工作位置时，所有直线电机7正转带动所有支撑板9伸出，所有电磁铁11通电，机器人稳定的吸附在船舶壁面上，机器人工作机构开始工作；机器人移动工作时，机器人正常行走，搭载的机械手工作。

Claims (3)

1.一种牵引式金属壁面工作爬壁机器人，其特征在于，包括牵引机构和爬行机构，所述牵引机构通过牵引绳将爬行机构悬吊于金属壁面上。
2.根据权利要求1所述的牵引式金属壁面工作爬壁机器人，其特征在于，所述爬行机构包括框架（1）、固定滑块（2）、直线导轨（3）、支撑架（4）、齿条（5）、齿轮（6）、直线电机（7）、支撑柱（8）、支撑板（9）、球铰（10）、电磁铁（11）、传动轴（12），在所述框架（1）的左右边框上安装有八个固定滑块（2），每两个固定滑块（2）为一组，与一条直线导轨（3）相配合，使得直线导轨（3）能够沿固定滑块（2）滑动，框架（1）的左右边框均有两条直线导轨（3）平行安装；在所述框架（1）的左右边框的两条直线导轨（3）之间安装有两根传动轴（12），传动轴（12）下端安装有齿轮（6）；所述直线导轨（3）下部安装有支撑架（4），支撑架（4）为U型，其水平方向一侧通过螺钉安装有齿条（5），与齿轮（6）啮合，支撑架（4）底部安装有八根支撑柱（8），支撑柱（8）上安装有支撑板（9），支撑板（9）能够沿支撑柱（8）上下移动，在支撑架（4）的空腔中安装有两个直线电机（7），直线电机（7）活动端与支撑板（9）固定连接，直线电机（7）转动带动支撑板（9）上下移动，爬行机构的足部结构为多个球铰（10）依次固定在支撑板（9）上，球铰（10）下部安装有电磁铁（11），球铰（10）带动电磁铁（11）进行小范围的转动，以适应曲线壁面。
3.根据权利要求1所述的牵引式金属壁面工作爬壁机器人，其特征在于，所述牵引机构包括卷扬机（13）、行走驱动电机（14）、滚筒（15）、滚轮（16）、滚轮支架（17）、牵引小车车体（18），所述卷扬机（13）和行走驱动电机（14）安装在牵引小车车体（18）内部，所述滚筒（15）固定在牵引小车车体（18）边缘，滚轮（16）通过滚轮支架（17）固定在牵引小车车体（18）外部。
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