CN109515540A - 一种电磁吸盘弹射牵引越障爬壁机器人装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于钢制容器表面缺陷检测的电磁吸盘弹射牵引越障爬壁机器人装置。它能实现直角铁壁的攀爬及无接触独立铁壁间的攀爬。其技术方案：主体由爬壁机器人装置机身、八个弹射装置、电磁吸盘、电机和绞盘组成，所述机身的底盘两面各对称的放置四个弹射装置，所述弹射装置由以下几部分组成：弹射管通过机械臂固定在圆形旋转底盘上；底座下方放置绞盘连接电机；电磁吸盘接电线缆并作为弹射物装入弹射管内，电线缆从弹射筒的尾部和底盘上的孔洞穿出绕连在绞盘上。本发明提升了探测区域的越障灵活性和多样性，提高了壁面工作效率，该爬壁机器人装置采用电磁履带结构，增加与壁面的接触面积，增加了爬壁机器人装置运动的灵活性和稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于钢制容器壁面间移动的电磁吸盘弹射牵引越障爬壁机器人装置，本装置是一种利用电磁吸盘弹射牵引装置穿行在储罐群或钢制集装箱群间钢制容器等复杂环境中进行表面缺陷检测的爬壁机器人装置，用于工业检测领域。
背景技术
随着我国经济发展，许多金属材质的设备建设也是纷纷制造出来。但这些金属材质的设备常常因为制造或者伴随着时间流逝被雨水、空气、腐蚀性液体腐蚀，金属壁产生孔洞、凹陷、裂纹等缺陷，从而影响整个设备的质量，威胁到人们的安全，给人们和国家造成经济损失。例如石油、化工、冶金等行业的复杂的储罐和连接管道这些铁壁的缺陷检测是十分有必要的。用人工检测的方法费时费力效率低下，从而人们研究出了相关领域的爬壁机器人是十分必要的。爬壁机器人主要由移动平台(行走机构)、执行机构及相关驱动动力、信息感知与控制系统等构成。行走机构可以分为轮式(包括履带式)和足式(腿式)等形式。国内对各种爬壁机器人都进行着详细的研究。常规的履带式爬壁机器人缺点是由于其单一的履带轮运动方式的限制，只能在较为平坦的墙壁进行攀爬作业，其机械手也因爬壁机器人自身行动的限制从而只能在在一定范围内进行活动工作，它无法直角墙壁的攀爬尤其是工作在多空间环境中，如需要在多块无接触并且间隔较大独立铁壁之间工作时，它需要人为的把它取下并再次放到另一个工作环境中，极大地降低了工作的效率，耗时长且不方便。
发明内容
本发明的目的是：为了克服现有技术不足，使爬壁机器人装置克服复杂的工作环境障碍，能自由在不同维度的金属壁面攀爬，从而提高检缺陷测效率而提供一种电磁吸盘弹射牵引越障爬壁机器人装置。
1、本发明利用电磁吸盘为“勾爪”吸附壁面，电机驱动绞盘带动绳索牵引整体机身移动，达到直角铁壁攀爬和无接触独立的铁壁之间的攀爬越障目的。为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种电磁吸盘弹射牵引越障爬壁机器人装置，是由爬壁机器人装置的框架、弹射抓取系统、履带轮运动系统三大部分组成，其特征在于：所述弹射抓取系统由电磁吸盘、八个弹射器、电机和绞盘组成；所述爬壁机器人装置的框架，其矩形底盘的正反两面靠近四个角的位置对称的各放置四个弹射器A、B、C、D(27、28、29、30)和四个弹射器A1、B1、C1、D1(35、36、37、38)；所述弹射器的弹射管(1)为电磁弹射管，弹射管(1)的内径从底部向开口处逐渐增大，弹射管口(7)内径处安装有红外线传感器(8)，电磁管底部嵌入电磁线圈(9)，穿过电磁线圈(9)中心有一个贯穿电磁管底部的圆形孔洞a(33)，电磁线圈(9)上方的电磁管内径中安装有弹簧(11)，弹簧(11)上部连接弹射杆(10)，弹射杆(10)中心开有贯穿整个弹射杆的孔洞b(34)，在弹射杆(10)前方的弹射管内壁里嵌入有压力传感器(12)，弹射管(1)内部的弹射杆(10)上方放置弹射网(39)，弹射管(1)的弹射管口(7)的外表面处安装有摄像头(6)，弹射管(1)用旋转轴与机械臂(2)连接；所述机械臂(2)固定在圆形旋转底盘(3)上方，机械臂驱动电机(5)通过螺丝安装在机械臂(2)外侧；所述圆形旋转底盘(3)置于方形壳体底座(4)上方，圆形旋转底盘(3)下方连接圆形旋转底盘驱动电机(16)，圆形旋转底盘驱动电机(16)固定在下方支撑柱(42)上，下方支撑柱(42)固定在矩形底盘上；所述方形壳体底座(4)固定在矩形底盘上，其内安装有绞盘(17)和绞盘驱动电机(18)，绞盘驱动电机(18)通过底座固定在爬壁机器人装置的矩形底盘上，当机械臂驱动电机(5)带动弹射管(1)旋转至垂直于爬壁机器人装置的矩形底盘时，其高度略低于履带轮的高度；所述履带轮运动系统，其特征在于：该系统是由驱动电机、履带、电磁铁、履带轮组成，两条履带(21)分别在驱动机构的连接下设置在所述框架的两侧，所述电磁铁(20)分布于两条履带(21)上，电磁铁两级连接在电源上；所述框架连接有履带轮A、B、C、D(23、24、25、26)，其中履带轮B(24)和履带轮C(25)连接在框架两侧的前部，另外两个履带轮D(26)和履带轮A(23)连接在框架两侧的后部；所述绞盘驱动电机(18)、机械臂驱动电机(5)均为无刷电机。
2、所述的爬壁机器人装置，其进一步装配在于，所述的弹射网(39)由6块小型电磁吸盘(13)组成，由电缆线(15)连接和聚酯做成的连接线(22)，弹射网(39)完全展开为正六边形，连接六个电磁吸盘(13)的六根电缆线(15)在中心节点(40)处连接，汇成一根总电缆线(41)，总电缆线(41)经过孔洞b(34)和圆形孔洞a(33)从弹射管(1)的尾部的弧形孔洞(32)和圆形旋转底盘(3)上的圆形孔洞(31)穿过绕连在绞盘(17)上，电缆线(15)的尾部连接到绞盘驱动电机(18)底座旁的信号控制端口(19)。
3、所述的爬壁机器人装置，其进一步装配在于，所述电磁吸盘(13)外边表面安装有一层薄的缓冲海绵套(14)。
本发明的有益效果是：(1)本装置利用电磁吸盘为“勾爪”吸附壁面，电机驱动绞盘带动绳索牵引整体机身移动，实现了直角铁壁攀爬和无接触独立的铁壁之间的攀爬越障目的，大大降低了爬壁机器人装置在铁壁上爬行越障的难度，提升了探测区域的越障灵活性和多样性，大大提高了爬壁机器人装置的工作效率；(2)本发明采用电磁履带结构，增加与壁面的接触面积，通过性更强，同时控制通过电磁铁的电流可以控制吸附力大小，增加了爬壁机器人装置运动的灵活性和稳定性。
附图说明
图1是本发明的爬壁机器人装置装配图。
图2是本装置弹射管(1)的局部剖面图。
图3是本装置电磁吸盘(13)装配图。
图4是本装置弹射网(39)装配图。
图5是本装置弹射装置底座局部剖图。
图6是该装置绞盘(17)局部装备图。
图7是本装置弹射装置装配图。
图8是本装置整体装置装备图。
图中：1、弹射管，2、机械臂，3、圆形旋转底盘，4、方形壳体底座，5、机械臂驱动电机，6、摄像头，7、弹射管口，8、红外线传感器，9、电磁线圈，10、弹射杆，11、弹簧，12、压力传感器，13、电磁吸盘，14、缓冲海绵套，15、电缆线，16、圆形旋转底盘驱动电机；17、绞盘，18、绞盘驱动电机，19、信号控制端口，20、电磁铁，21、履带，22、连接线，23、履带轮A，24、履带轮B，25、履带轮C，26、履带轮D，27、弹射器A，28、弹射器B，29、弹射器C，30、弹射器D，31、圆形孔洞，32、弧形洞口，33、圆形孔洞a，34、孔洞b，35、弹射器A1，36、弹射器B1，37、弹射器C1，38、弹射器D1，39、弹射网，40、中心节点，41、总电缆线，42、下方支撑柱。
具体实施方式
下面结合图1、2、3、4、5对本发明装置做进一步说明。
爬壁机器人装置在正常爬壁过程中，履带电磁铁电源接通产生磁性，使爬壁机器人装置能够吸附在铁壁上，用户控制电机驱动履带轮带动履带在墙壁上爬行。当爬壁机器人装置在爬壁过程中，利用弹射管(1)外侧摄像头(6)观测前方道路遇到90°直角墙壁或者相互无接触且独立的铁壁需要进行越障时，小车停止前行；首先对四周环境进行观察，爬壁机器人装置的底盘上方四个弹射器A、B、C、D(27、28、29、30)进行动作：控制机械臂(2)外侧的机械臂驱动电机(5)和圆形旋转底盘驱动电机(16)，使弹射管(1)在不同的方向角度旋转，以用来调整弹射管上摄像头(6)的角度与方向，观察周围的环境和需要弹射网(39)所要吸附的位置，利用弹射管上摄像头(6)选取合适的吸附地点。然后对观察到的目标进行吸附，当用户通过视频确定目标地点后，通过上位机进行运算对发射管的发射角度进行校正，而后按下电磁弹射器开关按钮，弹射杆(10)在电磁力的作用下推动弹射网(39)飞出，在当弹射管口(7)处红外线传感器(8)感应到弹射网(39)飞出，反馈给控制端由控制端将弹射网(39)接通电源从而产生磁性，从而将弹射网(39)弹射到目标位置并牢牢吸附，为下一步的绳索牵引作好固定准备，同时弹射杆(10)在弹簧(11)的作用下复位。随后爬壁机器人装置的底盘下方四个弹射器A1、B1、C1、D1(35、36、37、38)，将其弹射网(39)通电产生磁性后弹射到当前爬壁机器人装置所在的铁壁，起到固定作用，防止爬壁机器人装置甩出；而后履带上电磁铁(20)接通的电源断开，磁性消失爬壁机器人装置的机身从铁壁上滑落；这时爬壁机器人装置开始对机身进行牵引拉伸动作，底盘上方的弹射器底部绞盘驱动电机(18)的驱动下带动绞盘(17)旋转，使电缆线(15)收缩；爬壁机器人装置的底盘下方弹射器下方绞盘驱动电机(18)的驱动下带动绞盘(17)旋转，带动电线缆(15)放出。当爬壁机器人装置牵引到目标附近位置时，履带上的电磁铁(20)电源通电产生磁性，当履带吸附到目标铁壁时，8个弹射网(39)断电磁性消失，绞盘驱动电机(18)驱动绞盘旋转带动电线缆收缩使电磁吸盘(13)复位收回到弹射管内，当弹射管口(7)内径处红外线传感器(8)没有信号反馈并且管内压力传感器(12)触发，单片机控制绞盘驱动电机(18)停止工作至此越障动作结束。当遇到270°直角墙壁时，爬壁机器人装置继续向前行驶直至底盘下方弹射器A1、B1(35、36)探出墙壁，调整弹射管(1)角度，发射弹射网(39)使其吸附在另一块墙壁，后方的弹射器C1、D1(37、38)弹射通电后吸附在当前墙壁起到固定作用，而后弹射器A1、B1(35、36)的绞盘驱动电机(18)驱动绞盘旋转带动总电线缆(41)收缩，拉动爬壁机器人装置前倾，弹射器C1、D1(37、38)的绞盘驱动电机(18)驱动绞盘旋转带动总电线缆(41)缓缓放出，同时爬壁机器人装置向前运行，直至爬壁机器人装置平缓渡过直角墙壁，弹射器A1、B1、C1、D1(35、36、37、38)的弹射网(39)断电消磁后收回弹射管(1)内复位，至此越障动作结束。
Claims (3)
1.一种电磁吸盘弹射牵引越障爬壁机器人装置，是由爬壁机器人装置的框架、弹射抓取系统、履带轮运动系统三大部分组成，其特征在于：所述弹射抓取系统由电磁吸盘、八个弹射器、电机和绞盘组成；所述爬壁机器人装置的框架，其矩形底盘的正反两面靠近四个角的位置对称的各放置四个弹射器A、B、C、D(27、28、29、30)和四个弹射器A1、B1、C1、D1(35、36、37、38)；所述弹射器的弹射管(1)为电磁弹射管，弹射管(1)的内径从底部向开口处逐渐增大，弹射管口(7)内径处安装有红外线传感器(8)，电磁管底部嵌入电磁线圈(9)，穿过电磁线圈(9)中心有一个贯穿电磁管底部的圆形孔洞a(33)，电磁线圈(9)上方的电磁管内径中安装有弹簧(11)，弹簧(11)上部连接弹射杆(10)，弹射杆(10)中心开有贯穿整个弹射杆的孔洞b(34)，在弹射杆(10)前方的弹射管内壁里嵌入有压力传感器(12)，弹射管(1)内部的弹射杆(10)上方放置弹射网(39)，弹射管(1)的弹射管口(7)的外表面处安装有摄像头(6)，弹射管(1)用旋转轴与机械臂(2)连接；所述机械臂(2)固定在圆形旋转底盘(3)上方，机械臂驱动电机(5)通过螺丝安装在机械臂(2)外侧；所述圆形旋转底盘(3)置于方形壳体底座(4)上方，圆形旋转底盘(3)下方连接圆形旋转底盘驱动电机(16)，圆形旋转底盘驱动电机(16)固定在下方支撑柱(42)上，下方支撑柱(42)固定在矩形底盘上；所述方形壳体底座(4)固定在矩形底盘上，其内安装有绞盘(17)和绞盘驱动电机(18)，绞盘驱动电机(18)通过底座固定在爬壁机器人装置的矩形底盘上，当机械臂驱动电机(5)带动弹射管(1)旋转至垂直于爬壁机器人装置的矩形底盘时，其高度略低于履带轮的高度；所述履带轮运动系统，其特征在于：该系统是由驱动电机、履带、电磁铁、履带轮组成，两条履带(21)分别在驱动机构的连接下设置在所述框架的两侧，所述电磁铁(20)分布于两条履带(21)上，电磁铁两级连接在电源上；所述框架连接有履带轮A、B、C、D(23、24、25、26)，其中履带轮B(24)和履带轮C(25)连接在框架两侧的前部，另外两个履带轮D(26)和履带轮A(23)连接在框架两侧的后部；所述绞盘驱动电机(18)、机械臂驱动电机(5)均为无刷电机。
2.根据权利要求1所述的爬壁机器人装置，其特征在于，所述的弹射网(39)由6块小型电磁吸盘(13)组成，由电缆线(15)连接和聚酯做成的连接线(22)，弹射网(39)完全展开为正六边形，连接六个电磁吸盘(13)的六根电缆线(15)在中心节点(40)处连接，汇成一根总电缆线(41)，总电缆线(41)经过孔洞b(34)和圆形孔洞a(33)从弹射管(1)的尾部的弧形孔洞(32)和圆形旋转底盘(3)上的圆形孔洞(31)穿过绕连在绞盘(17)上，电缆线(15)的尾部连接到绞盘驱动电机(18)底座旁的信号控制端口(19)。
3.根据权利要求2所述的电磁吸盘(13)，其特征在于电磁吸盘(13)外边表面安装有一层薄的缓冲海绵套(14)。
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