CN109605398A - 一种多吸盘履带式爬壁机器人及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多吸盘履带式爬壁机器人及使用方法，它包括底板，所述底板的前后两端分别对称安装有用于和流道内壁相吸附配合的负压吸附系统，所述底板上安装有驱动系统，所述驱动系统通过传动系统与移动机构相连，所述移动机构与负压吸附系统相连，并驱动其沿着流道内壁行走。该机器人能够用于水电站混凝土流道壁的辅助检修和清理使用，进而大大的提高了其检修效率，保证了施工的安全性，降低了检修成本。

Description

一种多吸盘履带式爬壁机器人及使用方法

技术领域

本发明涉及一种多吸盘履带式爬壁机器人，属于水电站混凝土流道检修设备领域。

背景技术

水电站混凝土流道壁面因长期受水流冲击和日晒雨淋会产生麻面、裂缝、凹坑等缺陷，这些缺陷因存在一定的安全隐患，需要进行定期地检查维护。传统检测方式是人工搭建脚手架检修平台登台检测，由于流道尺寸大，该方式存在危险性高、检修工期长、检修范围有限、成本高的缺点。

发明内容

本发明目的是提供一种多吸盘履带式爬壁机器人，该机器人能够用于水电站混凝土流道壁的辅助检修和清理使用，进而大大的提高了其检修效率，保证了施工的安全性，降低了检修成本。

为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种多吸盘履带式爬壁机器人，它包括底板，所述底板的前后两端分别对称安装有用于和流道内壁相吸附配合的负压吸附系统，所述底板上安装有驱动系统，所述驱动系统通过传动系统与移动机构相连，所述移动机构与负压吸附系统相连，并驱动其沿着流道内壁行走。

所述负压吸附系统采用四套相同结构的吸附装置，每套吸附装置都包括第一滚筒和第二滚筒，所述第一滚筒和第二滚筒之间安装有吸附履带，所述吸附履带上均布加工有多个吸盘，在靠近流道内壁一侧的吸附履带的内表面设置有履带支撑装置，位于履带支撑装置所在的吸附履带内侧壁上设置有负压腔，所述负压腔的顶部连接有用于产生负压的吸附电机；所述第一滚筒的中心安装有用于传动的传动轴，所述第二滚筒的中心安装有支撑轴，所述传动轴与传动系统的输出端相连。

所述履带支撑装置包括支撑架，所述支撑架上安装有轴承安装座，所述轴承安装座上安装有滚轴，所述滚轴上套装有滚子，所述滚子与吸附履带的内表面相接触配合，并对其进行支撑。

所述吸附履带的外表面采用硅胶材料制成，并并排设置有多列吸盘。

所述底板上安装有用于确定机器人位置和姿态的定位导向系统以及用于流道内壁表面进行缺陷检测的视觉检测系统。

所述驱动系统包括两个对称布置的电机及相应的驱动器，所述电机的输出轴与传动系统相连，并传递扭矩。

所述传动系统包括减速器，所述减速器的输入轴与驱动系统的电机输出轴相连，所述减速器固定安装在减速器安装板上，所述减速器的输出轴安装有主动端同步带轮，所述主动端同步带轮通过第一同步带与从动端同步带轮啮合传动，所述从动端同步带轮通过第一轴端定位元件安装在负压吸附系统的传动轴上。

所述移动机构包括驱动轮，所述驱动轮支撑安装在负压吸附系统的传动轴上，所述驱动轮通过驱动履带与头部的传动轴上的驱动轮啮合传动，所述传动轴上安装有多个第二同步带轮，所述第二同步带轮之间通过连接件相连，所述第二同步带轮通过第二同步带与安装在负压吸附系统的支撑轴上的从动带轮啮合传动，所述传动轴上与驱动轮相对的一端安装有被动轮，所述被动轮与安装在头部的传动轴上的被动轮啮合传动。

所述第二同步带粘贴在负压吸附系统的吸附履带内壁上，所述传动轴上的驱动轮和被动轮都通过第二轴端定位元件限位固定。

所述负压吸附系统和传动系统之间安装有履带张紧装置，所述履带张紧装置包括固定块，所述固定块的一端安装有第一张紧螺杆，另一端安装有第二张紧螺杆，所述第一张紧螺杆的另一端安装有关节轴承，所述关节轴承套装在负压吸附系统的传动轴上，所述固定块套装在负压吸附系统的支撑轴上，所述第二张紧螺杆的另一端安装有连接板，所述连接板与传动系统的减速器安装板固定相连。

采用任意一项所述多吸盘履带式爬壁机器人对流道壁面检测的使用方法，它包括以下步骤：

Step1：启动负压吸附系统，通过吸附电机抽出负压腔内空气，使负压腔产生负压，负压腔与吸附履带接触段的吸盘相连通，故使吸盘产生吸附力，进而将整个机器人吸附在流道的内壁上；

Step2：启动驱动系统，通过驱动系统的电机驱动传动系统，再由传动系统带动的减速器驱动主动端同步带轮，再由主动端同步带轮和第一同步带配合驱动从动端同步带轮，再由从动端同步带轮带动传动轴；

Step3：再由传动轴同步带动移动机构，通过移动机构驱动吸附履带，进而通过吸附履带在所吸附的流道内壁上移动，实现整个机器人的行走移动；

Step4：在机器人移动过程中，通过安装在底板上的定位导向系统，对机器人进行定位，并远程控制其在流道内壁上移动；

Step5：通过安装在底板上的视觉检测系统对流道内壁进行视觉检测。

本发明有如下有益效果：

1、本发明采用4条多吸盘吸附履带作为爬壁机器人的负压吸附系统，利用吸附履带表面吸盘使机器人吸附在壁面上，此种负压吸附方式密封效果好、直线运动时摩擦阻力小、密封装置不易磨损，对壁面适应性强。进而保证了其能够在混凝土流道内壁上正常的行走和移动，再配合视觉检测系统对其表面进行视觉检测，进而大大的提高了检测效率和质量，降低了工作量，提高了作业的安全性。

2、本发明吸附履带采用多吸盘的结构，并在履带两端粘同步带，保证了吸附履带在运动的同时能够吸附在壁面上。

3、本发明履带所用硅胶材料回弹性好，履带接地面积大，使机器人在壁面运动稳定，且对于不平整壁面的适应性好。

4、本发明因为爬壁机器人共有4个负压腔，所以对壁面较大的横缝、纵缝、凹坑都有较强的适应性。

5、本发明负压吸附系统能够实现与流道内壁之间的吸附，在作业过程中，通过吸附电机能够在负压腔内部产生负压，进而使得吸附履带吸附在流道内壁上。

6、通过上述的履带支撑装置能够对吸附履带进行支撑，进而使其支撑在流道内壁上。

7、通过传动系统能够驱动移动机构，进而通过移动机构驱动吸附履带行走。

8、本发明履带张紧装置结构紧凑，轴间距调节方便，进而能够对吸附履带进行张紧。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1 为本发明爬壁机器人机构简图。

图2 为本发明负压吸附系统机构简图。

图3 为本发明吸附履带三维图。

图4 为本发明履带支撑装置三维图及局部放大图。

图5为本发明传动系统机构简图。

图6为本发明移动机构简图。

图7为本发明履带张紧装置三维图。

图中：负压吸附系统1、底板2、驱动系统3、传动系统4、移动机构5、履带张紧装置6；

第一滚筒101、传动轴102、负压腔103、吸附电机104、吸附履带105、支撑轴106、第二滚筒107、履带支撑装置108；

减速器401、减速器安装板402、主动端同步带轮403、第一同步带404、从动端同步带轮405、第一轴端定位元件406；

驱动轮501、驱动履带502、第二同步带轮503、连接件504、第二同步带505、被动轮506；

关节轴承601、第一张紧螺杆602、固定块603、第二张紧螺杆604、连接板605；

轴承安装座1081、滚轴1082、滚子1083、支撑架1084。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

实施例1：

请参阅图1-7，一种多吸盘履带式爬壁机器人，它包括底板2，所述底板2的前后两端分别对称安装有用于和流道内壁相吸附配合的负压吸附系统1，所述底板2上安装有驱动系统3，所述驱动系统3通过传动系统4与移动机构5相连，所述移动机构5与负压吸附系统1相连，并驱动其沿着流道内壁行走。通过上述结构的机器人，能够用于水电站混凝土流道表面的检测，进而替代传统的搭设脚手架的方式，大大的提高了其表面的检测效率。

进一步的，所述负压吸附系统1采用四套相同结构的吸附装置，每套吸附装置都包括第一滚筒101和第二滚筒107，所述第一滚筒101和第二滚筒107之间安装有吸附履带105，所述吸附履带105上均布加工有多个吸盘，在靠近流道内壁一侧的吸附履带105的内表面设置有履带支撑装置108，位于履带支撑装置108所在的吸附履带105内侧壁上设置有负压腔103，所述负压腔103的顶部连接有用于产生负压的吸附电机104；所述第一滚筒101的中心安装有用于传动的传动轴102，所述第二滚筒107的中心安装有支撑轴106，所述传动轴102与传动系统4的输出端相连。通过采用上述结构的负压吸附系统1工作过程中，通过吸附电机104抽出负压腔103内空气，使负压腔103内产生负压，因负压腔103与吸附履带105接壁段吸盘相连通，故使吸盘产生吸附力，进而使得吸附履带105吸附在流道内壁上，保证其后续能够沿着流道内壁行走。

进一步的，所述履带支撑装置108包括支撑架1084，所述支撑架1084上安装有轴承安装座1081，所述轴承安装座1081上安装有滚轴1082，所述滚轴1082上套装有滚子1083，所述滚子与吸附履带105的内表面相接触配合，并对其进行支撑。通过上述的履带支撑装置108，用于保持吸附履带接壁段贴向壁面，采用滚子支撑，在履带运动时，滚子与履带之间为滚动摩擦，减小了摩擦阻力。

进一步的，所述吸附履带105的外表面采用硅胶材料制成，并并排设置有多列吸盘。通过上述硅胶材料保证了很好的吸附力。

进一步的，所述底板2上安装有用于确定机器人位置和姿态的定位导向系统以及用于流道内壁表面进行缺陷检测的视觉检测系统。视觉检测系统完成壁面缺陷检测任务，相比于人工检测，可以提高检测效率，降低人工检测的风险，增大建筑物外表面的检测范围，准确完整地记录检测结果。

进一步的，所述驱动系统3包括两个对称布置的电机及相应的驱动器，所述电机的输出轴与传动系统4相连，并传递扭矩。电机采用直流伺服电机。

进一步的，所述传动系统4包括减速器401，所述减速器401的输入轴与驱动系统3的电机输出轴相连，所述减速器401固定安装在减速器安装板402上，所述减速器401的输出轴安装有主动端同步带轮403，所述主动端同步带轮403通过第一同步带404与从动端同步带轮405啮合传动，所述从动端同步带轮405通过第一轴端定位元件406安装在负压吸附系统1的传动轴102上。通过减速器401能够驱动主动端同步带轮403，再由主动端同步带轮403驱动从动端同步带轮405，进而通过从动端同步带轮405驱动传动轴102，通过传动轴102驱动移动机构5，进而提供行走的动力。

进一步的，所述移动机构5包括驱动轮501，所述驱动轮501支撑安装在负压吸附系统1的传动轴102上，所述驱动轮501通过驱动履带502与头部的传动轴102上的驱动轮啮合传动，所述传动轴102上安装有多个第二同步带轮503，所述第二同步带轮503之间通过连接件504相连，所述第二同步带轮503通过第二同步带505与安装在负压吸附系统1的支撑轴106上的从动带轮啮合传动，所述传动轴102上与驱动轮501相对的一端安装有被动轮506，所述被动轮506与安装在头部的传动轴102上的被动轮啮合传动。工作过程中，通过驱动轮501能够驱动传动轴102，进而通过传动轴102带动第二同步带轮503，再由第二同步带轮503驱动吸附履带105，并由吸附履带105内部的第二同步带505驱动支撑轴106，最终实现行走。

进一步的，所述第二同步带505粘贴在负压吸附系统1的吸附履带105内壁上，所述传动轴102上的驱动轮501和被动轮506都通过第二轴端定位元件507限位固定。通过上述的复合结构，简化了吸附履带的制作过程。

进一步的，所述负压吸附系统1和传动系统4之间安装有履带张紧装置6，所述履带张紧装置6包括固定块603，所述固定块603的一端安装有第一张紧螺杆602，另一端安装有第二张紧螺杆604，所述第一张紧螺杆602的另一端安装有关节轴承601，所述关节轴承601套装在负压吸附系统1的传动轴102上，所述固定块603套装在负压吸附系统1的支撑轴106上，所述第二张紧螺杆604的另一端安装有连接板605，所述连接板605与传动系统4的减速器安装板402固定相连。通过上述的第一张紧螺杆602和第二张紧螺杆604能够调节传动轴102和支撑轴106之间的轴间距，进而达到张紧吸附履带105的目的。

实施例2：

采用任意一项所述多吸盘履带式爬壁机器人对流道壁面检测的使用方法，它包括以下步骤：

Step1：启动负压吸附系统1，通过吸附电机104抽出负压腔103内空气，使负压腔103产生负压，负压腔103与吸附履带105接触段的吸盘相连通，故使吸盘产生吸附力，进而将整个机器人吸附在流道的内壁上；

Step2：启动驱动系统3，通过驱动系统3的电机驱动传动系统4，再由传动系统4带动的减速器401驱动主动端同步带轮403，再由主动端同步带轮403和第一同步带404配合驱动从动端同步带轮405，再由从动端同步带轮405带动传动轴102；

Step3：再由传动轴102同步带动移动机构5，通过移动机构5驱动吸附履带105，进而通过吸附履带105在所吸附的流道内壁上移动，实现整个机器人的行走移动；

Step4：在机器人移动过程中，通过安装在底板2上的定位导向系统，对机器人进行定位，并远程控制其在流道内壁上移动；

Step5：通过安装在底板2上的视觉检测系统对流道内壁进行视觉检测。

上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种多吸盘履带式爬壁机器人，其特征在于：它包括底板（2），所述底板（2）的前后两端分别对称安装有用于和流道内壁相吸附配合的负压吸附系统（1），所述底板（2）上安装有驱动系统（3），所述驱动系统（3）通过传动系统（4）与移动机构（5）相连，所述移动机构（5）与负压吸附系统（1）相连，并驱动其沿着流道内壁行走。

2.根据权利要求1所述的一种多吸盘履带式爬壁机器人，其特征在于：所述负压吸附系统（1）采用四套相同结构的吸附装置，每套吸附装置都包括第一滚筒（101）和第二滚筒（107），所述第一滚筒（101）和第二滚筒（107）之间安装有吸附履带（105），所述吸附履带（105）上均布加工有多个吸盘，在靠近流道内壁一侧的吸附履带（105）的内表面设置有履带支撑装置（108），位于履带支撑装置（108）所在的吸附履带（105）内侧壁上设置有负压腔（103），所述负压腔（103）的顶部连接有用于产生负压的吸附电机（104）；所述第一滚筒（101）的中心安装有用于传动的传动轴（102），所述第二滚筒（107）的中心安装有支撑轴（106），所述传动轴（102）与传动系统（4）的输出端相连。

3.根据权利要求2所述的一种多吸盘履带式爬壁机器人，其特征在于：所述履带支撑装置（108）包括支撑架（1084），所述支撑架（1084）上安装有轴承安装座（1081），所述轴承安装座（1081）上安装有滚轴（1082），所述滚轴（1082）上套装有滚子（1083），所述滚子与吸附履带（105）的内表面相接触配合，并对其进行支撑；

所述吸附履带（105）的外表面采用硅胶材料制成，并并排设置有多列吸盘。

4.根据权利要求1所述的一种多吸盘履带式爬壁机器人，其特征在于：所述底板（2）上安装有用于确定机器人位置和姿态的定位导向系统以及用于流道内壁表面进行缺陷检测的视觉检测系统。

5.根据权利要求1所述的一种多吸盘履带式爬壁机器人，其特征在于：所述驱动系统（3）包括两个对称布置的电机及相应的驱动器，所述电机的输出轴与传动系统（4）相连，并传递扭矩。

6.根据权利要求1所述的一种多吸盘履带式爬壁机器人，其特征在于：所述传动系统（4）包括减速器（401），所述减速器（401）的输入轴与驱动系统（3）的电机输出轴相连，所述减速器（401）固定安装在减速器安装板（402）上，所述减速器（401）的输出轴安装有主动端同步带轮（403），所述主动端同步带轮（403）通过第一同步带（404）与从动端同步带轮（405）啮合传动，所述从动端同步带轮（405）通过第一轴端定位元件（406）安装在负压吸附系统（1）的传动轴（102）上。

7.根据权利要求1所述的一种多吸盘履带式爬壁机器人，其特征在于：所述移动机构（5）包括驱动轮（501），所述驱动轮（501）支撑安装在负压吸附系统（1）的传动轴（102）上，所述驱动轮（501）通过驱动履带（502）与头部的传动轴（102）上的驱动轮啮合传动，所述传动轴（102）上安装有多个第二同步带轮（503），所述第二同步带轮（503）之间通过连接件（504）相连，所述第二同步带轮（503）通过第二同步带（505）与安装在负压吸附系统（1）的支撑轴（106）上的从动带轮啮合传动，所述传动轴（102）上与驱动轮（501）相对的一端安装有被动轮（506），所述被动轮（506）与安装在头部的传动轴（102）上的被动轮啮合传动。

8.根据权利要求7所述的一种多吸盘履带式爬壁机器人，其特征在于：所述第二同步带（505）粘贴在负压吸附系统（1）的吸附履带（105）内壁上，所述传动轴（102）上的驱动轮（501）和被动轮（506）都通过第二轴端定位元件（507）限位固定。

9.根据权利要求2所述的一种多吸盘履带式爬壁机器人，其特征在于：所述负压吸附系统（1）和传动系统（4）之间安装有履带张紧装置（6），所述履带张紧装置（6）包括固定块（603），所述固定块（603）的一端安装有第一张紧螺杆（602），另一端安装有第二张紧螺杆（604），所述第一张紧螺杆（602）的另一端安装有关节轴承（601），所述关节轴承（601）套装在负压吸附系统（1）的传动轴（102）上，所述固定块（603）套装在负压吸附系统（1）的支撑轴（106）上，所述第二张紧螺杆（604）的另一端安装有连接板（605），所述连接板（605）与传动系统（4）的减速器安装板（402）固定相连。

10.采用权利要求1-9任意一项所述多吸盘履带式爬壁机器人对流道壁面检测的使用方法，其特征在于它包括以下步骤：

Step1：启动负压吸附系统（1），通过吸附电机（104）抽出负压腔（103）内空气，使负压腔（103）产生负压，负压腔（103）与吸附履带（105）接触段的吸盘相连通，故使吸盘产生吸附力，进而将整个机器人吸附在流道的内壁上；

Step2：启动驱动系统（3），通过驱动系统（3）的电机驱动传动系统（4），再由传动系统（4）带动的减速器（401）驱动主动端同步带轮（403），再由主动端同步带轮（403）和第一同步带（404）配合驱动从动端同步带轮（405），再由从动端同步带轮（405）带动传动轴（102）；

Step3：再由传动轴（102）同步带动移动机构（5），通过移动机构（5）驱动吸附履带（105），进而通过吸附履带（105）在所吸附的流道内壁上移动，实现整个机器人的行走移动；

Step4：在机器人移动过程中，通过安装在底板（2）上的定位导向系统，对机器人进行定位，并远程控制其在流道内壁上移动；

Step5：通过安装在底板（2）上的视觉检测系统对流道内壁进行视觉检测。