CN109640047A - 一种应用于发电机定子膛内检测的超薄型爬壁机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种应用于发电机定子膛内检测的超薄型爬壁机器人，包括中部纵梁，中部纵梁的前后两端分别连接前端支撑横梁和尾部支撑横梁，中部纵梁的两侧设有动力驱动模块，动力驱动模块的前后两端分别与前端支撑横梁、尾部支撑横梁可旋转地连接；摄像模块设于前端支撑横梁的前部。本发明可在不抽出转子的情况下进入发电机/电动机定子膛内，使用永磁体提供磁吸力，悬挂于机器人本体两侧的动力驱动模块可以绕其纵向轴线旋转，保证动力驱动模块上的履带与吸附面紧密贴合，从而使爬壁机器人牢固的吸附于发电机定子膛内并沿着定子膛内的槽楔前后爬行，执行各种不同的任务。适用于100MW以下的机组，具有更小的体积和更薄的尺寸。

Description

一种应用于发电机定子膛内检测的超薄型爬壁机器人

技术领域

本发明涉及一种爬壁机器人，更具体的说，涉及一种在不抽转子的情况下能够进入发电机/电动机内部并通过磁吸附于定子膛内壁执行各种检测任务的超薄型爬壁机器人。

背景技术

目前，在工业生产和日常生活中，需要经常对一些大型罐体、管壁或大型机械设备等具有垂直或倾斜面的物体进行检测或探伤，而进行这些工作的环境往往比较恶劣，或者高度受限，不能或不适宜进行直接的人为检测。爬壁机器人是一种特殊的机器人，具有在倾斜、垂直壁面等恶劣环境下进行特种作业的功能，能够从事危险、繁重及人力所不及的工作。例如：石化企业中油罐罐壁检测的清理爬壁机器人，核工业中核设备检测的探伤爬壁机器人，建筑业中高层幕墙清洗爬壁机器人，造船业中焊接、除锈、喷涂爬壁机器人。

在电力行业中，电站设备通常使用年限都比较长。大型发电机组在长期运行中由于老化、振动、磨损等原因导致定子槽楔松动、绝缘损坏和铁心磨损。这些问题如果不被及时发现，将威胁发电机的安全运行，甚至导致电机运行事故。因此，定期对发电机定子膛内部的槽楔松紧状态、绝缘状态和铁心磨损情况进行检测，对电机正常运行具有重要意义。传统的检测方法需要抽出发电机转子，由人携带检测设备进入发电机内部进行检测，需要耗费大量的人力物力，并且检测周期长，检修期间造成的停产损失较大。

美国专利US6889783介绍了一种遥控检测车，该车辆包括至少一个框架模块，框架模块两侧具有一对驱动模块，每个驱动模块包括围绕永磁铁的连续轨道。驱动模块可绕其纵向轴线旋转。框架模块可以安装其他框架模块或装有传感器的末端执行器。每个驱动模块被配置为安装在前横梁和后横梁之间支撑的框架的一侧，电机位于履带一侧，通过齿轮箱与履带驱动轮连接。每个驱动模块的两端具有将其固定到框架前梁或后梁上的装置，在框架和安装托架上都开多个孔，从而驱动模块与框架纵向构件之间的距离可以根据需要通过排列适当的孔并将支架螺栓固定到框架上来选择。托架还包括枢轴，驱动模块可绕枢轴的纵向轴线枢转。该装置中，由于使用框架结构使得车身的灵活性受限，不便于进行放置操作。电机纵向放置通过齿轮箱挂在履带一侧的结构使得驱动模块结构复杂，不便于维护。固定的磁吸力限制了车辆运行灵活性和可携带装置的种类。在携带重量较大的设备时有坠落的风险。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种在不抽转子的情况下，能够进入发电机/电动机内部，并牢固吸附于定子膛内壁，执行各种检测任务的爬壁机器人。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种应用于发电机定子膛内检测的超薄型爬壁机器人，其特征在于：包括中部纵梁，中部纵梁的前后两端分别连接前端支撑横梁和尾部支撑横梁，中部纵梁的两侧设有动力驱动模块，动力驱动模块的前后两端分别与前端支撑横梁、尾部支撑横梁可旋转地连接；摄像模块设于前端支撑横梁的前部。

优选地，所述动力驱动模块包括驱动模块骨架，驱动模块骨架上设有可旋转的前履带驱动轮和后履带驱动轮，履带张紧于前履带驱动轮和后履带驱动轮上；电机嵌入驱动模块骨架中，电机连接外挂齿轮箱，外挂齿轮箱连接前履带驱动轮及编码器；

驱动模块骨架的底层嵌有具有磁屏蔽性的衬板，永磁体固定于衬板上；弹性支架设于驱动模块骨架的后端，磁感应线圈设于弹性支架上，驱动模块骨架上设有用于弹起弹性支架的弹簧。

更优选地，所述前履带驱动轮两侧设有前导向轴，前履带驱动轮两端通过套在前导向轴上的钢套插入镶嵌在驱动模块骨架中的轴承中；

所述后履带驱动轮两侧设有后导向轴，后履带驱动轮两端的后导向轴穿过圆形金属挡块后插入驱动模块骨架上的腰型孔中；驱动模块骨架上的腰型孔外侧通过盖板封盖。

更优选地，所述永磁体设有八块，每四块永磁体为一组，两组永磁体固定在一块具有磁屏蔽性的衬板上，两组永磁体中间设有挡磁块。

优选地，所述摄像模块包括固定连接的上防护板和下防护板，上防护板和下防护板之间封装有三个摄像模组；三个摄像模组按照固定的角度排列，分别为朝前的摄像模组、45°斜向下的摄像模组和45°斜向上的摄像模组；每个摄像模组的镜头两侧均设有辅助照明LED模块。

更优选地，所述朝前的摄像模组的镜头嵌在上防护板和下防护板中间的卡槽内；45°斜向下的摄像模组的镜头穿过下防护板且其镜面与下防护板平齐；45°斜向上的摄像模组的镜头嵌入上防护板中且其镜面与上防护板平齐。

更优选地，所述辅助照明LED模块的镜头与对应的摄像模组的镜头处于同一平面；辅助照明LED模块根据定子膛内光照情况调节照度，既保证摄像模组摄像清晰，又不至于因光线过于集中而反光。

优选地，所述后端支撑横梁后部连接用于辅助将爬壁机器人放入所需环境中的把手，把手两侧分别设有辅助放置摄像头模块和爬壁机器人的集线盒。

更优选地，所述辅助放置摄像头模块包括安装型材，辅助摄像模块和辅助照明LED模块均嵌入安装型材内，辅助照明LED模块设于摄像模块一侧且二者镜头处于同一平面；

爬壁机器人所有模块的电源线、控制线及图像传输线缆均从中间纵梁内部汇集于集线盒，集线盒连接到接插件上，接插件与远程控制器连接，由远程控制器控制爬壁机器人执行各种不同的任务。

优选地，所述后端支撑横梁上方与两个动力驱动模块齐平的两侧均嵌入用于提供辅助磁吸力的辅助永磁体。

相比现有技术，本发明提供的应用于发电机定子膛内检测的超薄型爬壁机器人具有如下有益效果：

1、可在不抽出转子的情况下进入发电机/电动机定子膛内，并牢固吸附于定子膛内壁，执行各种检测任务；

2、使用永磁体提供磁吸力，悬挂于机器人本体两侧的动力驱动模块可以绕其纵向轴线旋转，保证动力驱动模块上的履带与吸附面紧密贴合，从而使爬壁机器人牢固的吸附于发电机定子膛内并沿着定子膛内的槽楔前后爬行，执行各种不同的任务；

3、集成了编码器和磁感应线圈，可以精确地提供爬壁机器人的距离信息；

4、摄像模块能准确地拍摄定子膛内的实时画面，并传输至监控设备分析；摄像模块集成了低照度、焦距可调的摄像头模组和具有亮度调节功能的辅助照明LED模块，使爬壁机器人在进入定子膛内定子与转子的狭窄空间时，在高度受限、光照不足的情况下仍旧能获得较清晰的图像；辅助照明LED模块根据定子膛内光照情况调节照度，既保证摄像清晰，又不至于因光线过于集中而反光，保证了图像质量；

5、应用于100MW以下的机组，具有更小的体积和更薄的尺寸。

附图说明

图1为发电机定子膛内检测超薄型爬壁机器人的顶部视图，展示了爬壁机器人及头部、横梁、驱动模块及尾部模块；

图2为发电机定子膛内检测超薄型爬壁机器人框架结构的顶部视图，展示了爬壁机器人的框架结构及各部分模块，包括头部摄像模块、驱动模块及尾部模块；

图3为动力驱动模块的爆炸视图；

图4为摄像模块的爆炸视图；

图5为摄像模块的底部视图；

图6为尾部模块的爆炸视图；

图7为辅助放置摄像头模块的构造图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

图1和图3为本实施例提供的发电机定子膛内检测超薄型爬壁机器人的示意图，所述的发电机定子膛内检测超薄型爬壁机器人由头部的摄像模块8，前端支撑横梁26，动力驱动模块22、23，中部纵梁16，尾部支撑横梁18和尾部模块组成。整体爬壁机器人采用模块化设计，各模块均可单独拆分组合。便于安装和更换零部件，同时可根据需求更换不同的检测传感器进行不同范畴的作业。

动力驱动模块一般为成对设置，如图2中动力驱动模块22、23成对设置，分别位于中部纵梁16的两侧，动力驱动模块22、23外侧设有外挂齿轮箱9、10。中部纵梁16的前后两端分别连接前端支撑横梁26和尾部支撑横梁18，前端支撑横梁26后部的两根转轴41插入动力驱动模块22、23前端的沉孔中，尾部支撑横梁18前部的两根转轴39插入动力驱动模块22、23后端的沉孔中，这样使得每个动力驱动模块可以绕转轴旋转一定的弧度，保证爬壁机器人在非平面作业时可沿着相应的弧度牢固的吸附。前端支撑横梁26前端连接摄像模块8，尾部支撑横梁18后部连接尾部模块。

图3是单一的动力驱动模块的爆炸视图。动力驱动模块包括驱动模块骨架85，驱动模块骨架85中间设有镂空部分，镂空部分的前后两端分别设有前履带驱动轮52和后履带驱动轮79，履带74穿过驱动模块骨架85中间的镂空部分套在前履带驱动轮52和后履带驱动轮79上。

前履带驱动轮52两侧设有前导向轴27，前履带驱动轮52两端通过套在前导向轴27上的钢套77插入镶嵌在驱动模块骨架85中两侧的两个轴承78中，保证两个轴承的同心度和转动灵活性。前履带驱动轮52两侧各安装一个挡圈4，挡圈4使用3个螺栓62固定在前履带驱动轮52上。

后履带驱动轮79两侧设有后导向轴46，后履带驱动轮79两端的后导向轴46穿过圆形金属挡块75后插入驱动模块骨架52上的腰型孔中，驱动模块骨架52上的腰型孔外侧用两块小黄铜盖板1使用4个内六角螺栓69封盖。圆形金属挡块75用以阻止后履带驱动轮79左右滑动。

驱动模块骨架85上部履带74的两侧各有两个挡块20，它们和挡圈4及挡块75一起用于卡住履带74，防止履带74在转动过程中滑出。

每个驱动模块骨架85的中部底层镶嵌八块永磁体35，每四个永磁体为一组，固定在一块具有磁屏蔽性的衬板2上嵌在驱动模块骨架85内。衬板2用于屏蔽动力驱动模块上方的磁性，防止对传输信号的干扰。挡磁块3位于两组八块永磁体中间，通过四个沉头螺栓60固定于衬板2上。用于隔离相邻永磁体间的磁路，同时对其下方的履带74起到一定的支撑作用。

为减小驱动模块的宽度，电机34采用嵌入驱动模块骨架85中的安装方式，与驱动模块轴线垂直。电机34通过外挂齿轮箱10与前履带驱动轮52连接。外挂齿轮箱10使用四个内六角螺栓68固定在驱动模块骨架85一侧。驱动模块骨架85另一侧和外挂齿轮箱10对称位置的使用4个螺栓73将一块黄铜盖板5安装在驱动模块骨架85上，用以封盖轴承78和加强驱动模块骨架52的强度。

外挂齿轮箱10还与编码器32通过齿轮连接。编码器32用以发送与电机34旋转相对应的脉冲信号，控制器通过接收到的脉冲信号计算出爬壁机器人的实时距离。

用于安装磁感应线圈的圆形中空的弹性支架15安装在驱动模块骨架85的后端，弹性支架15使用耐磨的聚四氟乙烯材料，其由下部插入驱动模块骨架85后端的镂空圆孔中，圆孔四周放置三个弹簧38，用于弹起弹性支架15，其作用是在安装磁感应线圈后保证磁感应线圈与定子膛内壁稳定接触。

摄像模块8，其作为定子膛内检测的超薄型爬壁机器人的一部分，安装于爬壁机器人头部，在爬壁机器人进入发电机定子膛内时，负责拍摄定子膛内的实时画面并传输至监控设备分析。

图3和图4为摄像模块8的结构示意图，摄像模块8由三个单一的摄像模组33组成，三个摄像模组33按照固定的角度排列，分别为朝前的摄像模组、45°斜向下的摄像模组和45°斜向上的摄像模组。

摄像模组33使用的是高清、广角、低照度数字摄像头。

三个摄像模组33被封装在上、下两个防护板7、8内部。

朝前的摄像模组33使用螺栓70固定在上防护板8上。朝前的摄像模组33的镜头嵌在上、下防护板中间的卡槽内。

45°斜向下的摄像模组33使用两个螺栓70固定在上防护板8上。45°斜向下的摄像模组33的镜头穿过下防护板8中间的腰型孔，且其镜面与下防护板8平齐。

45°斜向上的摄像模组33固定在上防护板7上，且其镜头嵌入上防护板7中间的圆孔中，镜面与上防护板7平齐。

上、下防护板使用6个螺栓61连接在一起，用于保护摄像模组33免受撞击。

每个摄像模组33的镜头两侧各放置两个辅助照明LED模块37，辅助照明LED模块37使用螺栓62固定在上、下防护板上铣出的方槽内，辅助照明LED模块37与摄像模组33的镜头处于同一平面。辅助照明LED模块37根据定子膛内光照情况调节照度，既保证摄像清晰，又不至于因光线过于集中而反光，保证了图像质量。使爬壁机器人在进入发电机定子膛内定子与转子的狭窄空间时，在高度受限、光照不足的情况下仍旧能获得较清晰的图像。

图6为尾部模块示意图。尾部模块由把手30、集线盒31及辅助放置摄像头模块19构成。把手30使用折弯板28用5个内六角螺栓68安装在后端支撑横梁18上。辅助放置摄像头模块19安装在把手30右侧，爬壁机器人的集线盒13安装在把手30左侧。

辅助放置摄像头模块19的结构如图7所示，包括安装型材191，辅助摄像模块36嵌入安装型材191内底部的卡槽内，使用两个螺栓固定；辅助照明LED模块37设于辅助摄像模块36一侧，位于安装型材191的方槽内，使用两个螺栓固定在安装型材19上；辅助照明LED模块37和安装型材19之间留有间隙。

爬壁机器人内部所有模块的电源线、控制线、及图像传输线缆均从中间纵梁16内部汇集于集线盒31，集线盒31连接到接插件43上，接插件43使用两个螺栓71固定在接线盒13上。爬壁机器人通过接插件43通过外部电缆与远程控制器连接，由远程控制器控制其执行各种不同的任务。

图6中，嵌入后端支撑横梁18前端两侧的转轴39用于支撑两个动力驱动模块。后端支撑横梁18前端中部的内六角螺栓67用于与中部纵梁16连接。后端支撑横梁18上方与两个动力驱动模块齐平的两侧各嵌入两块辅助永磁体48，用以提供辅助磁吸力，当爬壁机器人位于定子膛顶部时，避免尾部过重而坠落。辅助永磁体48上方覆以盖板17，使用两个螺栓59封装在后端支撑横梁18上。

本实施例提供的发电机定子膛内检测超薄型爬壁机器人适用于100MW以下的机组，具有更小的体积和更薄的尺寸。

应当理解的是，在本说明书中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、正面、背面、顶部、底部等方位用语是相对于各附图中所示的构造进行定义的，它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种发电机定子膛内检测超薄型爬壁机器人，其特征在于：包括中部纵梁(16)，中部纵梁(16)的前后两端分别连接前端支撑横梁(26)和尾部支撑横梁(18)，中部纵梁(16)的两侧设有动力驱动模块，动力驱动模块的前后两端分别与前端支撑横梁(26)、尾部支撑横梁(18)可旋转地连接；摄像模块(8)设于前端支撑横梁(26)的前部。

2.如权利要求1所述的一种发电机定子膛内检测超薄型爬壁机器人，其特征在于：所述动力驱动模块包括驱动模块骨架(85)，驱动模块骨架(85)上设有可旋转的前履带驱动轮(52)和后履带驱动轮(79)，履带(74)张紧于前履带驱动轮(52)和后履带驱动轮(79)上；电机(34)嵌入驱动模块骨架(85)中，电机(34)连接外挂齿轮箱(10)，外挂齿轮箱(10)连接前履带驱动轮(52)及编码器(32)；

驱动模块骨架(85)的底层嵌有具有磁屏蔽性的衬板(2)，永磁体(35)固定于衬板(2)上；弹性支架(15)设于驱动模块骨架(85)的后端，磁感应线圈设于弹性支架(15)上，驱动模块骨架(85)上设有用于弹起弹性支架(15)的弹簧(38)。

3.如权利要求2所述的一种发电机定子膛内检测超薄型爬壁机器人，其特征在于：所述前履带驱动轮(52)两侧设有前导向轴(27)，前履带驱动轮(52)两端通过套在前导向轴(27)上的钢套(77)插入镶嵌在驱动模块骨架(85)中的轴承(78)中；

所述后履带驱动轮(79)两侧设有后导向轴(46)，后履带驱动轮(79)两端的后导向轴(46)穿过圆形金属挡块(75)后插入驱动模块骨架(52)上的腰型孔中；驱动模块骨架(52)上的腰型孔外侧通过盖板封盖。

4.如权利要求2所述的一种发电机定子膛内检测超薄型爬壁机器人，其特征在于：所述永磁体(35)设有八块，每四块永磁体(35)为一组，两组永磁体固定在一块具有磁屏蔽性的衬板(2)上，两组永磁体中间设有挡磁块(3)。

5.如权利要求1所述的一种发电机定子膛内检测超薄型爬壁机器人，其特征在于：所述摄像模块(8)包括固定连接的上防护板(7)和下防护板(8)，上防护板(7)和下防护板(8)之间封装有三个摄像模组(33)；三个摄像模组(33)按照固定的角度排列，分别为朝前的摄像模组、45°斜向下的摄像模组和45°斜向上的摄像模组；每个摄像模组(33)的镜头两侧均设有辅助照明LED模块(37)。

6.如权利要求5所述的一种发电机定子膛内检测超薄型爬壁机器人，其特征在于：所述朝前的摄像模组(33)的镜头嵌在上防护板(7)和下防护板(8)中间的卡槽内；45°斜向下的摄像模组(33)的镜头穿过下防护板(8)且其镜面与下防护板(8)平齐；45°斜向上的摄像模组(33)的镜头嵌入上防护板(7)中且其镜面与上防护板(7)平齐。

7.如权利要求5或6所述的一种发电机定子膛内检测超薄型爬壁机器人，其特征在于：所述辅助照明LED模块(37)的镜头与对应的摄像模组(33)的镜头处于同一平面；辅助照明LED模块(37)根据定子膛内光照情况调节照度，既保证摄像模组(33)摄像清晰，又不至于因光线过于集中而反光。

8.如权利要求1所述的一种发电机定子膛内检测超薄型爬壁机器人，其特征在于：所述后端支撑横梁(18)后部连接用于辅助将爬壁机器人放入所需环境中的把手(30)，把手(30)两侧分别设有辅助放置摄像头模块(19)和爬壁机器人的集线盒(13)。

9.如权利要求8所述的一种发电机定子膛内检测超薄型爬壁机器人，其特征在于：所述辅助放置摄像头模块(19)包括安装型材(191)，辅助摄像模块(36)和辅助照明LED模块(37)均嵌入安装型材(191)内，辅助照明LED模块(37)设于摄像模块(36)一侧且二者镜头处于同一平面；

爬壁机器人所有模块的电源线、控制线及图像传输线缆均从中间纵梁(16)内部汇集于集线盒(31)，集线盒(31)连接到接插件(43)上，接插件(43)与远程控制器连接，由远程控制器控制爬壁机器人执行各种不同的任务。

10.如权利要求1所述的一种发电机定子膛内检测超薄型爬壁机器人，其特征在于：所述后端支撑横梁(18)上方与两个动力驱动模块齐平的两侧均嵌入用于提供辅助磁吸力的辅助永磁体(48)。