CN108655077A - 一种爬壁除锈机器人及其双重吸附方法 - Google Patents

一种爬壁除锈机器人及其双重吸附方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种爬壁除锈机器人,包括行进装置、吸附装置和清洗除锈装置，吸附装置和清洗除锈装置均设在行进装置上。该机器人采用电磁铁和永磁铁相互结合的方式，进行双重吸附，保证该机器人在任何情况下都可以正常作业，提高了工作效率，同时也增大了吸附力。克服了常见的单一吸附机构吸力不足的问题，与电磁吸附相比，更加的安全，在断电时仍能由永磁铁保持吸附状态，防止该机器人从吸附表面坠落，避免了对该机器人或工作人员造成的损伤。

Description

一种爬壁除锈机器人及其双重吸附方法
技术领域
本发明涉及智能机器人领域，特别是涉及一种爬壁除锈机器人及其双重吸附方法。
背景技术
在核能、船舶、化工、风电等行业，广泛存在大型的导磁体金属壁面，这些金属壁面经过长期的风吹日晒、盐碱侵蚀、灰尘黏附，表面会出现污垢、锈蚀以及掉色。因此在除锈、清洗以及检修维护工作中，以前通常需要人工，工作效率低、成本高、环境危险，所以爬壁机器人可以代替人工，在现实中已经得到了广泛的应用，磁吸附方式可以提供较大的吸附力，因此大都采用单一的磁吸附方式爬壁机器人。常用的吸附方式主要分为永磁式和电磁式，永磁式的在使用过程中无需通电，也不会产生温升，较为安全可靠，并且被广泛采用；电磁式的利用电磁铁具有轻便、吸附能力强、可以通过电流的大小以及线圈匝数来控制等优点，但只有当外部供电时才会产生吸附力，因此当断电时会出现机器人坠落，留下了安全隐患。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，研制一种爬壁除锈机器人，该机器人可保证在任何情况下都可以正常作业，提高了工作效率，同时也增大了吸附力，实现机器人双重吸附功能。
本发明解决技术问题的技术方案为：一方面，本发明提供了一种爬壁除锈机器人,用于清理金属壁面的锈渍，包括行进装置、吸附装置和清洗除锈装置，吸附装置和清洗除锈装置均设在行进装置上，行进装置上设有第一电磁铁；
吸附装置包括第二电机、蜗轮、蜗杆、升降轮、升降杆、电动伸缩块和永磁铁，第二电机连接蜗轮，蜗轮与蜗杆啮合，在蜗杆两端均设置有升降轮，升降轮与升降杆啮合，电动伸缩块连接升降轮，永磁铁连接升降杆。
优选于，电动伸缩块内设有第二电磁铁和弹簧。
优选于，行进装置还包括机架、第一电机、驱动轮、万向轮、支撑板和安装框，驱动轮设在机架的第一侧，且第一电机带动驱动轮转动，万向轮设在机架的第二侧，在机架中部设有安装第一电磁铁的安装框。
优选于，万向轮为带有磁性的万向轮。
优选于，清洗除锈装置包括第三电机、舵机、控制器和清洗件，第三电机带动舵机运动，控制器通过舵机与清洗件连接。
优选于，该机器人还包括报警器和报警灯，报警器和报警灯均设在行进装置上。
优选于，永磁铁底部为凸状帽。
优选于，该机器人还包括控制装置，所述控制装置采用STM32单片机。
优选于，第一电机、第二电机、第三电机的驱动模块均采用L298N模块。
另一方面，本发明还提供了一种爬壁除锈机器人的双重吸附方法，利用上述的爬壁除锈机器人，当该机器人不工作时，永磁铁吸附在所述金属壁面上，当该机器人工作时，包括：
a.该机器人正常工作时，永磁铁和第一电磁铁提供吸附力，且永磁铁与所述金属壁面为非接触式的吸附；
b.若突然出现断电时，电动伸缩块失电，则带动升降轮与升降杆分离，永磁铁与所述金属壁面贴合；
c.若电力恢复时，第一电磁铁工作，电动伸缩块得电，升降轮与升降杆啮合，永磁铁拉回到初始位置，开始正常的除锈清洗工作。
发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案具有如下优点或有益效果：
1.该爬壁除锈机器人通过采用电磁铁和永磁铁相互结合的方式，进行双重吸附，保证该机器人在任何情况下都可以正常作业，提高了工作效率，克服了常见的单一吸附机构吸力不足的问题，与电磁吸附相比，更加的安全，在断电时仍能由永磁铁保持吸附状态，防止该机器人从吸附表面坠落，避免了对该机器人或工作人员造成的损伤。
2.通过改变第一电磁铁和第二电磁铁线圈中的电流大小，可根据不同的工作需求调节电磁铁产生的吸附力，在该机器人不工作的状态可以不需要通电，减少线圈发热的时间，增加电磁铁的使用寿命，减少相应的功耗。
3.本发明的清洗除锈装置采用舵机，可根据工作情况适当变化角度，增大除锈清洁面积，同时清洗件采用高压水管和高压喷头，利用高压水射流技术，方便快捷，锈渍随水流排出，减少了锈渍对空气造成的污染。
附图说明
图1为本发明所述爬壁除锈机器人的结构示意图。
图2为本发明所述行进装置的结构示意图。
图3为本发明所述吸附装置的结构示意图。
图4为本发明所述清洗除锈装置的结构示意图。
图5为本发明的电路图。
附图标记：1、行进装置，11、机架，12、第一电机，13、驱动轮，14、万向轮，15、支撑板，16、安装框，17、第一电磁铁，2、吸附装置，21、第二电机，22、蜗轮，23、蜗杆，24、升降轮，25、升降杆，26、电动伸缩块，27、永磁铁，3、清洗除锈装置，31、舵机，32、控制器，33、清洗件，4、报警器，5、报警灯。
具体实施方式
为了能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
图1至图5为本发明的一种实施例，如图所示，一种爬壁除锈机器人,用于清理金属壁面的锈渍，包括行进装置1、吸附装置2和清洗除锈装置3，吸附装置2和清洗除锈装置3均设在行进装置1上，行进装置1上设有与所述金属壁面吸附的第一电磁铁17；吸附装置2包括第二电机21、蜗轮22、蜗杆23、升降轮24、升降杆25、电动伸缩块26和永磁铁27，第二电机21连接蜗轮22，蜗轮22与蜗杆23啮合，在蜗杆23两端均设置有升降轮24，升降轮24与升降杆25啮合，电动伸缩块26连接升降轮24，永磁铁27连接升降杆25。本实施例的用于爬壁除锈机器人采用电磁铁和永磁铁相互结合的方式，进行双重吸附，保证该机器人在任何情况下都可以正常作业，提高了工作效率，同时也增大了吸附力。克服了常见的单一吸附机构吸力不足的问题，与电磁吸附相比，更加的安全，在断电时仍能由永磁铁保持吸附状态，防止该机器人从吸附表面坠落，避免了对该机器人或工作人员造成的损伤。
其中，电动伸缩块26内设有第二电磁铁和弹簧，且电动伸缩块26与升降轮24焊接，当通电时，电动伸缩块26推着升降轮24与升降杆25啮合，当断电时，所述弹簧支撑并保持升降轮24缓慢移动，避免升降轮24迅速滑移，造成零部件的损害。行进装置1还包括机架11、第一电机12、驱动轮13、万向轮14、支撑板15和安装框16，驱动轮13设在机架11的第一侧，且第一电机12带动驱动轮13转动，万向轮14设在机架11的第二侧，在机架11中部设有安装第一电磁铁17的安装框16。具体的，在机架11的左右两侧对称设置有一对驱动轮13，驱动轮13安装在第一电机12上，第一电机12通过电机安装架固定在机架11上，在机架11的另一端底部安装有磁性的万向轮14。该机器人前进时，第一电机12正转；当该机器人后退时，第一电机12反转，当该机器人需要转弯时，通过两个第一电机12的速度差转向。
清洗除锈装置3包括第三电机、舵机31、控制器32和清洗件33，第三电机带动舵机31运动，控制器32通过舵机31与清洗件33连接，由控制器32控制舵机31的运动方向，清洗件33与舵机31连接。清洗件33采用高压水管和高压喷头，利用高压水射流技术，方便快捷，锈渍随水流排出，减少了锈渍对空气造成的污染。该机器人还包括报警器4和报警灯5，报警器4和报警灯5均设在行进装置1上，在工作出现特殊状况时，可提醒工作人员做出适当调节。电动伸缩块26为推拉式电磁铁，永磁铁27底部设计为凸状帽，这样有利于永磁铁与铁磁壁面的分离。
结合图5所示，该机器人还包括控制装置，所述控制装置采用STM32单片机，第一电机12、第二电机21、第三电机的驱动模块均采用L298N模块，STM32单片机引脚PA3、PA4、PA5、PA6引脚连接到各驱动模块的IN1、IN2、IN3、IN4引脚上，各驱动模块的输出分别连接到第一电机12、第二电机21、第三电机上。
本发明还提供了一种爬壁除锈机器人的双重吸附方法，利用上述的爬壁除锈机器人，当该机器人不工作时，永磁铁27吸附在所述金属壁面上，当该机器人工作时，包括：
a.该机器人正常工作时，永磁铁27和第一电磁铁17提供吸附力，且永磁铁27与所述金属壁面为非接触式的吸附；
b.若突然出现断电时，电动伸缩块26失电，则带动升降轮24与升降杆25分离，永磁铁27与所述金属壁面贴合；
c.若电力恢复时，第一电磁铁17工作，电动伸缩块26得电，升降轮24与升降杆25啮合，永磁铁27拉回到初始位置，开始正常的除锈清洗工作。
具体的，当该机器人在工作的过程中出现断电的情况，此时的升降杆25和升降轮24啮合处的推拉式的电动伸缩块26失电，推拉式的电动伸缩块26带动升降轮24与升降杆25分离，固定在机架11两侧的升降杆24在永磁铁27吸力的作用下瞬间与所述金属壁面贴合，增大吸附力，防止该机器人坠落。当电力再次恢复时，机架中间的第一电磁铁17开始正常工作，提供吸附力，推拉式的电动伸缩块26也得电，推出升降轮24，与升降杆25啮合，此时通过控制装置控制第二电机21转动，涡轮22与蜗杆23转动，带动升降轮24转动，通过升降轮24与升降杆25的啮合，将永磁铁27拉回到初始位置，开始正常的除锈清洗工作。
另外，也可通过改变第一电磁铁17和所述第二电磁铁线圈中的电流大小，可根据不同的工作需求调节电磁铁产生的吸附力，在该机器人不工作的状态可以不需要通电，减少线圈发热的时间，增加电磁铁的使用寿命，减少相应的功耗。
上述虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种爬壁除锈机器人,用于清理金属壁面的锈渍，其特征在于，包括行进装置(1)、吸附装置(2)和清洗除锈装置(3)，吸附装置(2)和清洗除锈装置(3)均设在行进装置(1)上，行进装置(1)上设有第一电磁铁(17)；
吸附装置(2)包括第二电机(21)、蜗轮(22)、蜗杆(23)、升降轮(24)、升降杆(25)、电动伸缩块(26)和永磁铁(27)，第二电机(21)连接蜗轮(22)，蜗轮(22)与蜗杆(23)啮合，在蜗杆(23)两端均设置有升降轮(24)，升降轮(24)与升降杆(25)啮合，电动伸缩块(26)连接升降轮(24)，永磁铁(27)连接升降杆(25)。
2.如权利要求1所述的爬壁除锈机器人,其特征在于，电动伸缩块(26)内设有第二电磁铁和弹簧。
3.如权利要求1所述的爬壁除锈机器人,其特征在于，行进装置(1)还包括机架(11)、第一电机(12)、驱动轮(13)、万向轮(14)、支撑板(15)和安装框(16)，驱动轮(13)设在机架(11)的第一侧，且第一电机(12)带动驱动轮(13)转动，万向轮(14)设在机架(11)的第二侧，在机架(11)中部设有安装第一电磁铁(17)的安装框(16)。
4.如权利要求3所述的爬壁除锈机器人,其特征在于，万向轮(14)为带有磁性的万向轮。
5.如权利要求1所述的爬壁除锈机器人,其特征在于，清洗除锈装置(3)包括第三电机、舵机(31)、控制器(32)和清洗件(33)，第三电机带动舵机(31)运动，控制器(32)通过舵机(31)与清洗件(33)连接。
6.如权利要求1所述的爬壁除锈机器人,其特征在于，该机器人还包括报警器(4)和报警灯(5)，报警器(4)和报警灯(5)均设在行进装置(1)上。
7.如权利要求1所述的爬壁除锈机器人,其特征在于，永磁铁(27)底部为凸状帽。
8.如权利要求1所述的爬壁除锈机器人,其特征在于，该机器人还包括控制装置，所述控制装置采用STM32单片机。
9.如权利要求1或3或5所述的爬壁除锈机器人,其特征在于，第一电机(12)、第二电机(21)、第三电机的驱动模块均采用L298N模块。
10.一种爬壁除锈机器人的双重吸附方法，利用权利要求1至9任一项所述的爬壁除锈机器人，其特征在于，当该机器人不工作时，永磁铁(27)吸附在所述金属壁面上，当该机器人工作时，包括：
a.该机器人正常工作时，永磁铁(27)和第一电磁铁(17)提供吸附力，且永磁铁(27)与所述金属壁面为非接触式的吸附；
b.若突然出现断电时，电动伸缩块(26)失电，则带动升降轮(24)与升降杆(25)分离，永磁铁(27)与所述金属壁面贴合；
c.若电力恢复时，第一电磁铁(17)工作，电动伸缩块(26)得电，升降轮(24)与升降杆(25)啮合，永磁铁(27)拉回到初始位置，开始正常的除锈清洗工作。
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