CN109625113B - 一种多腔密封履带式爬壁机器人及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于滚动密封的多腔密封履带式爬壁机器人及使用方法，它包括用于和流道侧壁之间产生负压吸附以及行走动力的负压吸附系统，所述负压吸附系统上安装有用于提供动力的驱动系统，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配合，并驱动其沿流道侧壁行走。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

一种多腔密封履带式爬壁机器人及使用方法

技术领域

本发明涉及一种基于滚动密封的多腔密封履带式爬壁机器人，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基于滚动密封的多腔密封履带式爬壁机器人，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：一种基于滚动密封的多腔密封履带式爬壁机器人，它包括用于和流道侧壁之间产生负压吸附以及行走动力的负压吸附系统，所述负压吸附系统上安装有用于提供动力的驱动系统，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配合，并驱动其沿流道侧壁行走。

所述负压吸附系统包括四套履带式负压吸附装置，并两两对称布置；在相邻的两套履带式负压吸附装置之间，并位于爬壁机器人的中央部位设置有中央负压吸附装置；所述履带式负压吸附装置和中央负压吸附装置相配合，构成多腔吸附结构。

所述履带式负压吸附装置采用四套相同结构，每套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密封履带，所述密封履带上均布加工有多个吸盘，在靠近流道内壁一侧的密封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密封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；所述密封履带的内层两端粘贴有用于和滚筒相配合的同步带，并构成带传动。

所述中央负压吸附装置底板，所述底板与履带式负压吸附装置的密封履带相接触配合的前后侧安装有弧形板，所述弧形板的顶部之间通过连接板固定相连，所述底板的左右两侧与移动机构的驱动履带接触配合，并形成密封使得底板和流道侧壁之间产生中央负压腔，所述底板的顶部安装有用于抽真空的负压电机。

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，所述滚子与密封履带的内表面相接触配合，并对其进行支撑；所述密封履带的外表面采用泡棉层制成，并并排设置有多列吸盘；所述泡棉层与中央负压吸附装置的弧形板相配合，并中央负压腔密封。

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；

所述负压吸附系统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；所述驱动履带的外表面采用泡棉层制成，并对负压吸附系统的央负压腔密封，所述驱动履带的内部粘贴有用于和驱动轮相啮合的同步带。

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，负压腔与密封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侧壁上；

Step2：启动负压电机，通过负压电机对中央负压腔产生负压，并使得中央负压吸附装置也吸附在流道的侧壁上；

Step3：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；

Step4：再由传动轴同步带动移动机构，通过移动机构驱动密封履带，进而通过密封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；

Step5：在机器人移动过程中，通过安装在机器人上的定位导向系统，对机器人进行定位，并远程控制其在流道内壁上移动；

Step6：通过安装在机器人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条多吸盘密封履带作为爬壁机器人的负压吸附系统，利用密封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。同时采用中央负压吸附装置能够使得机器人的中间部位与流道侧壁之间产生负压，进而大大的提高了吸附力，保证了吸附的稳定性和可靠性。

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

3、本发明履带所用泡棉材料回弹性好，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5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，进而使得密封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密封履带进行支撑，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密封履带行走。

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

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 为本发明密封履带三维图。

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、驱动系统2、传动系统3、移动机构4、履带张紧装置5；

第一滚筒101、传动轴102、负压腔103、吸附电机104、密封履带105、支撑轴106、第二滚筒107、弧形板108、底板109、负压电机110、连接板111、履带支撑装置112；

滚轴1121、轴承安装座1122、滚子1123、支撑架1124。

减速器301、减速器安装板302、主动端同步带轮303、第一同步带304、从动端同步带轮305、第一轴端定位元件306；

驱动轮401、驱动履带402、第二同步带轮403、连接件404、第二同步带405、被动轮406；

关节轴承501、第一张紧螺杆502、固定块503、第二张紧螺杆504、连接板505。

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1-7，一种基于滚动密封的多腔密封履带式爬壁机器人，它包括用于和流道侧壁之间产生负压吸附以及行走动力的负压吸附系统1，所述负压吸附系统1上安装有用于提供动力的驱动系统2，所述驱动系统2通过传动系统3与移动机构4相连，所述移动机构4与负压吸附系统1相配合，并驱动其沿流道侧壁行走。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包括四套履带式负压吸附装置，并两两对称布置；在相邻的两套履带式负压吸附装置之间，并位于爬壁机器人的中央部位设置有中央负压吸附装置；所述履带式负压吸附装置和中央负压吸附装置相配合，构成多腔吸附结构。通过上述的履带式负压吸附装置和中央负压吸附装置相配合，大大的增强了机器人与流道侧壁之间的吸附力，进而保证了其能够沿着侧壁稳定的移动，而且能够适应不同光滑程度的壁面。

进一步的，所述履带式负压吸附装置采用四套相同结构，每套都包括第一滚筒101和第二滚筒107，所述第一滚筒101和第二滚筒107之间安装有密封履带105，所述密封履带105上均布加工有多个吸盘a，在靠近流道内壁一侧的密封履带105的内表面设置有履带支撑装置112，位于履带支撑装置112所在的密封履带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3的输出端相连；所述密封履带105的内层两端粘贴有用于和滚筒相配合的同步带，并构成带传动。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与密封履带105接壁段吸盘相连通，故使吸盘产生吸附力，进而使得密封履带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，所述中央负压吸附装置底板109，所述底板109与履带式负压吸附装置的密封履带105相接触配合的前后侧安装有弧形板108，所述弧形板108的顶部之间通过连接板111固定相连，所述底板109的左右两侧与移动机构4的驱动履带402接触配合，并形成密封使得底板109和流道侧壁之间产生中央负压腔，所述底板109的顶部安装有用于抽真空的负压电机110。工作过程中，通过负压电机110能够使中央负压腔产生负压，进而使得履带与流道侧壁之间产生负压吸附。

进一步的，所述履带支撑装置112包括支撑架1124，所述支撑架1124上安装有轴承安装座1122，所述轴承安装座1122上安装有滚轴1121，所述滚轴1121上套装有滚子1123，所述滚子1123与密封履带105的内表面相接触配合，并对其进行支撑；所述密封履带105的外表面采用泡棉层制成，并并排设置有多列吸盘；所述泡棉层与中央负压吸附装置的弧形板108相配合，并中央负压腔密封。通过上述的履带支撑装置112，用于保持密封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，所述驱动系统2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3相连，并传递扭矩。

进一步的，所述负压吸附系统1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，所述传动系统3包括减速器301，所述减速器301的输入轴与驱动系统2的电机输出轴相连，所述减速器301固定安装在减速器安装板302上，所述减速器301的输出轴安装有主动端同步带轮303，所述主动端同步带轮303通过第一同步带304与从动端同步带轮305啮合传动，所述从动端同步带轮305通过第一轴端定位元件306安装在负压吸附系统1的传动轴102上。工作过程中，通过减速器301能够驱动主动端同步带轮303，再由主动端同步带轮303驱动从动端同步带轮305，进而通过从动端同步带轮305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4包括驱动轮401，所述驱动轮401支撑安装在负压吸附系统1的传动轴102上，所述驱动轮401通过驱动履带402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403，所述第二同步带轮403之间通过连接件404相连，所述第二同步带轮403通过第二同步带405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401相对的一端安装有被动轮406，所述被动轮406与安装在头部的传动轴102上的被动轮啮合传动；所述驱动履带402的外表面采用泡棉层制成，并对负压吸附系统1的央负压腔密封，所述驱动履带402的内部粘贴有用于和驱动轮401相啮合的同步带。工作过程中，通过驱动轮401能够驱动传动轴102，进而通过传动轴102带动第二同步带轮403，再由第二同步带轮403驱动密封履带105，并由密封履带105内部的第二同步带405驱动支撑轴106，最终实现行走。

进一步的，所述负压吸附系统1和传动系统3之间安装有履带张紧装置5，所述履带张紧装置5包括固定块503，所述固定块503的一端安装有第一张紧螺杆502，另一端安装有第二张紧螺杆504，所述第一张紧螺杆502的另一端安装有关节轴承501，所述关节轴承501套装在负压吸附系统1的传动轴102上，所述固定块503套装在负压吸附系统1的支撑轴106上，所述第二张紧螺杆504的另一端安装有连接板505，所述连接板505与传动系统3的减速器安装板302固定相连。通过上述的第一张紧螺杆502和第二张紧螺杆504能够调节传动轴102和支撑轴106之间的轴间距，进而达到张紧密封履带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与密封履带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侧壁上；

Step2：启动负压电机110，通过负压电机110对中央负压腔产生负压，并使得中央负压吸附装置也吸附在流道的侧壁上；

Step3：启动驱动系统2，通过驱动系统2的电机驱动传动系统3，再由传动系统3带动的减速器301驱动主动端同步带轮303，再由主动端同步带轮303和第一同步带304配合驱动从动端同步带轮305，再由从动端同步带轮305带动传动轴102；

Step4：再由传动轴102同步带动移动机构4，通过移动机构4驱动密封履带105，进而通过密封履带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；

Step5：在机器人移动过程中，通过安装在机器人上的定位导向系统，对机器人进行定位，并远程控制其在流道内壁上移动；

Step6：通过安装在机器人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 (5)

1.一种多腔密封履带式爬壁机器人，其特征在于：它包括用于和流道侧壁之间产生负压吸附以及行走动力的负压吸附系统（1），所述负压吸附系统（1）上安装有用于提供动力的驱动系统（2），所述驱动系统（2）通过传动系统（3）与移动机构（4）相连，所述移动机构（4）与负压吸附系统（1）相配合，并驱动其沿流道侧壁行走；

所述负压吸附系统（1）包括四套履带式负压吸附装置，并两两对称布置；在相邻的两套履带式负压吸附装置之间，并位于爬壁机器人的中央部位设置有中央负压吸附装置；所述履带式负压吸附装置和中央负压吸附装置相配合，构成多腔吸附结构；

所述履带式负压吸附装置采用四套相同结构，每套都包括第一滚筒（101）和第二滚筒（107），所述第一滚筒（101）和第二滚筒（107）之间安装有密封履带（105），所述密封履带（105）上均布加工有多个吸盘（a），在靠近流道内壁一侧的密封履带（105）的内表面设置有履带支撑装置（112），位于履带支撑装置（112）所在的密封履带（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（3）的输出端相连；所述密封履带（105）的内层两端粘贴有用于和滚筒相配合的同步带，并构成带传动；

所述中央负压吸附装置底板（109），所述底板（109）与履带式负压吸附装置的密封履带（105）相接触配合的前后侧安装有弧形板（108），所述弧形板（108）的顶部之间通过连接板（111）固定相连，所述底板（109）的左右两侧与移动机构（4）的驱动履带（402）接触配合，并形成密封使得底板（109）和流道侧壁之间产生中央负压腔，所述底板（109）的顶部安装有用于抽真空的负压电机（110）；

所述传动系统（3）包括减速器（301），所述减速器（301）的输入轴与驱动系统（2）的电机输出轴相连，所述减速器（301）固定安装在减速器安装板（302）上，所述减速器（301）的输出轴安装有主动端同步带轮（303），所述主动端同步带轮（303）通过第一同步带（304）与从动端同步带轮（305）啮合传动，所述从动端同步带轮（305）通过第一轴端定位元件（306）安装在负压吸附系统（1）的传动轴（102）上；

所述移动机构（4）包括驱动轮（401），所述驱动轮（401）支撑安装在负压吸附系统（1）的传动轴（102）上，所述驱动轮（401）通过驱动履带（402）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（403），所述第二同步带轮（403）之间通过连接件（404）相连，所述第二同步带轮（403）通过第二同步带（405）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（401）相对的一端安装有被动轮（406），所述被动轮（406）与安装在头部的传动轴（102）上的被动轮啮合传动；所述驱动履带（402）的外表面采用泡棉层制成，并对负压吸附系统（1）的央负压腔密封，所述驱动履带（402）的内部粘贴有用于和驱动轮（401）相啮合的同步带。

2.根据权利要求1所述的一种多腔密封履带式爬壁机器人，其特征在于：所述履带支撑装置（112）包括支撑架（1124），所述支撑架（1124）上安装有轴承安装座（1122），所述轴承安装座（1122）上安装有滚轴（1121），所述滚轴（1121）上套装有滚子（1123），所述滚子（1123）与密封履带（105）的内表面相接触配合，并对其进行支撑；所述密封履带（105）的外表面采用泡棉层制成，并并排设置有多列吸盘；所述泡棉层与中央负压吸附装置的弧形板（108）相配合，并中央负压腔密封。

3.根据权利要求1所述的一种多腔密封履带式爬壁机器人，其特征在于：所述驱动系统（2）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（3）相连，并传递扭矩；

所述负压吸附系统（1）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。

4.根据权利要求1所述的一种多腔密封履带式爬壁机器人，其特征在于：所述负压吸附系统（1）和传动系统（3）之间安装有履带张紧装置（5），所述履带张紧装置（5）包括固定块（503），所述固定块（503）的一端安装有第一张紧螺杆（502），另一端安装有第二张紧螺杆（504），所述第一张紧螺杆（502）的另一端安装有关节轴承（501），所述关节轴承（501）套装在负压吸附系统（1）的传动轴（102）上，所述固定块（503）套装在负压吸附系统（1）的支撑轴（106）上，所述第二张紧螺杆（504）的另一端安装有连接板（505），所述连接板（505）与传动系统（3）的减速器安装板（302）固定相连。

5.采用权利要求1-4任意一项所述多腔密封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）与密封履带（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侧壁上；

Step2：启动负压电机（110），通过负压电机（110）对中央负压腔产生负压，并使得中央负压吸附装置也吸附在流道的侧壁上；

Step3：启动驱动系统（2），通过驱动系统（2）的电机驱动传动系统（3），再由传动系统（3）带动的减速器（301）驱动主动端同步带轮（303），再由主动端同步带轮（303）和第一同步带（304）配合驱动从动端同步带轮（305），再由从动端同步带轮（305）带动传动轴（102）；

Step4：再由传动轴（102）同步带动移动机构（4），通过移动机构（4）驱动密封履带（105），进而通过密封履带（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；

Step5：在机器人移动过程中，通过安装在机器人上的定位导向系统，对机器人进行定位，并远程控制其在流道内壁上移动；

Step6：通过安装在机器人上的视觉检测系统对流道内壁进行视觉检测。

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