CN106428276B - 一种极坐标式金属壁面工作爬壁机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种极坐标式金属壁面工作爬壁机器人，所述机器人包括：框架、固定滑块、直线导轨、支撑架、支撑柱、支撑板、直线电机、球铰、电磁铁、大电磁铁固定板、大电磁铁、大转轴、直线电机、旋转板支撑柱、旋转板、齿轮、齿条、皮带、带轮、小转轴、电机固定板、旋转电机、行走电机、轴承。由于机器人安装有转向机构，机器人可是在原地转动，行走方便，转向灵活；直线导轨上安装有直线电机，直线电机伸缩可带动支撑板上下移动使得机器人有越障能力；机器人行走时有两排电磁铁吸附，定点工作时多排电磁铁均可吸附，使得机器人吸附可靠、工作安全、吸附结构紧凑。

Description

一种极坐标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，具体涉及一种极坐标式金属壁面工作爬壁机器人。

背景技术

金属爬壁机器人的一大应用领域为船舶行业。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，使铜矿砂高速冲击金属壁面，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，喷枪的反冲力往往大于普通人的承受能力，长期在高架车上作业非常危险，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，使机器人吸附在金属壁面，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，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或者永磁铁履带式结构，其载重能力小，且履带式爬壁机器人磁铁的吸附会阻碍履带脱离金属壁面，从而阻力大，效率低。

发明内容

针对现有爬壁机器人负载能力小，越障能力差的局限性，本发明目的在于提供一种极坐标式金属壁面工作爬壁机器人。此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，采用齿轮齿条机构实现机器人的行走功能，采用直线电机实现机器人的跨步和越障功能，采用球铰实现电磁铁与金属壁面的平稳接触，采用大电磁铁吸附金属壁面转盘旋转实现转向功能。具有载重能力大，移动性能好，结构简单等特点，在金属壁面爬行具有很好的应用前景。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种极坐标式金属壁面工作爬壁机器人，包括框架、固定滑块、直线导轨、支撑架、支撑柱、支撑板、第一直线电机、球铰、电磁铁、大电磁铁固定板、大电磁铁、大转轴、第二直线电机、旋转板支撑柱、旋转板、齿轮、齿条、皮带、带轮、小转轴、电机固定板、旋转电机、行走电机、轴承，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小转轴，小转轴上端安装有带轮，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第一直线电机，第一直线电机活动端与支撑板固定连接，第一直线电机转动带动支撑板上下移动，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；所述大转轴安装在框架上，其上部与旋转电机的输出轴连接，旋转电机通过电机固定板安装在框架上；所述大转轴下部通过轴承连接旋转板，所述旋转板下表面固定有第二直线电机，其活塞端与大电磁铁固定板连接，所述旋转板支撑柱与大电磁铁固定板相配合，所述大电磁铁固定板能够沿旋转板支撑柱上下移动，所述大电磁铁固定板下表面安装有大电磁铁；所述框架正面安装有多个带轮，皮带安装于框架正面，通过带轮转向围成封闭的一圈，行走电机连接一个带轮，驱动齿轮转动，在框架的每条边框的相邻两个齿轮中间通过带轮增加皮带的包角。

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，只需要控制行走电机的正反转，便可实现机器人的前进和后退，只需控制转向电机正反转便可实现机器人的转向。

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，可实现上下移动，在齿轮齿条的带动下，支撑足与行走足相互交替，有利于越障。

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，使机器人吸附可靠行走稳定。

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，机器人有多排支撑板电磁铁吸附，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、工作效率高、吸附性能好、控制简单、驱动灵活，在金属壁面工作等方面具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是爬壁机器人的结构图。

图2是爬壁机器人底部视图。

图3是爬壁机器人齿轮齿条机构。

图4是爬壁机器人腿部足部机构示意图。

图5是爬壁机器人转向装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步的描述。

如图1至图5所示，一种极坐标式金属壁面工作爬壁机器人，包括框架1、固定滑块2、直线导轨3、支撑架4、支撑柱5、支撑板6、第一直线电机7、球铰8、电磁铁9、大电磁铁固定板10、大电磁铁11、大转轴12、第二直线电机13、旋转板支撑柱14、旋转板15、齿轮16、齿条17、皮带18、带轮19、小转轴20、电机固定板21、旋转电机22、行走电机23、轴承24，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之间安装有两根小转轴20，小转轴20上端安装有带轮19，下端安装有齿轮16；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17，与齿轮16啮合，支撑架4底部安装有八根支撑柱5，支撑柱5上安装有支撑板6，支撑板6能够沿支撑柱5上下移动，在支撑架4的空腔中安装有两个第一直线电机7，第一直线电机7活动端与支撑板6固定连接，第一直线电机7转动带动支撑板6上下移动，多个球铰8依次固定在支撑板6上，球铰8下部安装有电磁铁9，球铰8带动电磁铁9进行小范围的转动，以适应曲线壁面；所述大转轴12安装在框架1上，其上部与旋转电机22的输出轴连接，旋转电机22通过电机固定板21安装在框架1上；所述大转轴12下部通过轴承24连接旋转板15，所述旋转板15下表面固定有第二直线电机13，其活塞端与大电磁铁固定板10连接，所述旋转板支撑柱14与大电磁铁固定板10相配合，所述大电磁铁固定板10能够沿旋转板支撑柱14上下移动，所述大电磁铁固定板10下表面安装有大电磁铁11；所述框架1正面安装有多个带轮19，皮带18安装于框架1正面，通过带轮19转向围成封闭的一圈，行走电机23连接一个带轮19，驱动齿轮16转动，在框架1的每条边框的相邻两个齿轮16中间通过带轮19增加皮带18的包角。

所述爬壁机器人的行走状态下工作原理为：

机器人直线行走：第一直线电机7缩回，大电磁铁11断电。第一支撑板6-1、第三支撑板6-3上电磁铁通电，机器人吸附于壁面，行走电机23正转，带动第一齿轮16-1、第二齿轮16-2、第三齿轮16-3、第四齿轮16-4正转，齿轮转动带动机器人上升，直线导轨3上升到极限位置时，行走电机23停止转动，第一直线电机7伸出带动第二支撑板6-2、第四支撑板6-4伸出，第二支撑板6-2、第四支撑板6-4上电磁铁通电，第一支撑板6-1、第三支撑板6-3上的电磁铁断电，第一直线电机7缩回，带动第一支撑板6-1、第三支撑板6-3缩回，行走电机23反转，机器人上升，直线导轨3上升，直线导轨3上升到极限位置后，依次重复上诉过程，机器人在竖直壁面上行走。

机器人转向：第二直线电机13伸出，带动大电磁铁固定板10伸出，大电磁铁11通电吸附于壁面，第一支撑板6-1、第二支撑板6-2、第三支撑板6-3、第一支撑板6-4上电磁铁断电，第一直线电机7缩回，带动所有支撑板上电磁铁远离壁面，旋转电机22转动带动机器人旋转，实现转向功能。

所述爬壁机器人工作状态下工作原理为：

机器人定点工作时，机器人行走到工作区后，所有腿部第一直线电机伸出，带动所有支撑板伸出，然后所有腿部电磁铁通电，机器人牢固的吸附在壁面上，机器人工作部分开始工作。

Claims (1)

1.一种极坐标式金属壁面工作爬壁机器人，包括框架(1)、电磁铁(9)、行走电机(23)，其特征在于，还包括固定滑块(2)、直线导轨(3)、支撑架(4)、支撑柱(5)、支撑板(6)、第一直线电机(7)、球铰(8)、大电磁铁固定板(10)、大电磁铁(11)、大转轴(12)、第二直线电机(13)、旋转板支撑柱(14)、旋转板(15)、齿轮(16)、齿条(17)、皮带(18)、带轮(19)、小转轴(20)、电机固定板(21)、旋转电机(22)、轴承(24)，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)之间安装有两根小转轴(20)，小转轴(20)上端安装有带轮(19)，下端安装有齿轮(16)；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(17)，与齿轮(16)啮合，支撑架(4)底部安装有八根支撑柱(5)，支撑柱(5)上安装有支撑板(6)，支撑板(6)能够沿支撑柱(5)上下移动，在支撑架(4)的空腔中安装有两个第一直线电机(7)，第一直线电机(7)活动端与支撑板(6)固定连接，第一直线电机(7)转动带动支撑板(6)上下移动，多个球铰(8)依次固定在支撑板(6)上，球铰(8)下部安装有电磁铁(9)，球铰(8)带动电磁铁(9)进行小范围的转动，以适应曲线壁面；所述大转轴(12)安装在框架(1)上，其上部与旋转电机(22)的输出轴连接，旋转电机(22)通过电机固定板(21)安装在框架(1)上；所述大转轴(12)下部通过轴承(24)连接旋转板(15)，所述旋转板(15)下表面固定有第二直线电机(13)，其活塞端与大电磁铁固定板(10)连接，所述旋转板支撑柱(14)与大电磁铁固定板(10)相配合，所述大电磁铁固定板(10)能够沿旋转板支撑柱(14)上下移动，所述大电磁铁固定板(10)下表面安装有大电磁铁(11)；所述框架(1)正面安装有多个带轮(19)，皮带(18)安装于框架(1)正面，通过带轮(19)转向围成封闭的一圈，行走电机(23)连接一个带轮(19)，驱动齿轮(16)转动，在框架(1)的每条边框的相邻两个齿轮(16)中间通过带轮(19)增加皮带(18)的包角。