CN109648232A - 一种磁吸附爬壁机器人系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁吸附爬壁机器人系统，属于自动化设备的技术领域，包括导磁轮、车体和磁力控制装置，所述导磁轮设置在所述车体下方，所述磁力控制装置设置在所述导磁轮内，用于控制所述导磁轮周围的磁场强度变化。本发明利用磁场叠加原理，通过控制电磁铁线圈电流的大小和方向，从而控制电磁铁磁场强度的大小和方向，实现磁极面上磁场强度的相加和相消，有效地实现导磁轮磁力的吸附与卸载的目的，方便于拆装卸载爬壁机器人。
Description
技术领域
本发明属于自动化设备的技术领域，特别涉及一种磁吸附爬壁机器人系统。
背景技术
目前，管道内壁、船舶表面、钢构桥梁焊接或者其他作业时有两种方式，一种为利用人工往返于管道两端，沿小口径管道轴向完成一次焊接后，沿锅炉管壁圆周方向移动进行第二次焊接作业，循环进行，进而完成整个管道形锅炉管壁的焊接工作，但是利用人工焊接，劳动强度过高，焊接精确度无法得到保证，影响了产品的质量；另一种是采用焊接机器人进行焊接作业，用焊接机器人进行焊接作业时，需要焊接机器人具有沿管道形锅炉管壁圆周切线方向和管道轴线方向双向移动的功能，即当焊接机器人进行焊接并排小口径管道时，首先需要完成沿管道轴线方向直线运动，然后沿管道形锅炉管壁圆周切线方向移动一段距离完成另一根小口径管道的焊接工作，循环进行，从而完成整个管道形锅炉管壁的焊接工作。但是大部分磁吸附爬壁机器人磁力不可调节，在拆装卸载时存在较大的困难。
鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践提出了本发明。
发明内容
为解决上述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种磁吸附爬壁机器人，所述磁吸附爬壁机器人包括导磁轮、车体和磁力控制装置，所述导磁轮设置在所述车体下方，所述磁力控制装置设置在所述导磁轮内，用于控制所述导磁轮周围的磁场强度变化。
进一步的，所述车体包括安装板和腔体，所述腔体链接在所述安装板下方。
进一步的，所述磁力控制装置与所述安装板固定连接，所述磁力控制装置包括电磁铁、壳体和铁芯，所述壳体内部设置有永磁体，所述电磁铁安装在所述壳体上方，所述壳体的两侧设置有孔洞，所述铁芯穿过所述的孔洞与所述永磁体连接。
进一步的，所述安装板下方设置安装座，所述壳体设置在所述安装座上。
进一步的，所述安装板的下方设置有车轮底座，所述车轮底座位于所述安装座的两侧，所述导磁轮固定连接在所述车轮底座上。
进一步的，所述安装板下方设置有电机座，所述电机座上设置有电机，所述电机包括相互连接的第一电机和第二电机，所述第一电机和所述第二电机轴输出端与所述电机座连接。
进一步的，所述电机与所述导磁轮通过传动装置连接，所述传动装置设置在所述腔体内，所述传动装置包括主动带轮、被动带轮和同步带，所述主动带轮和所述被动带轮通过同步带连接，所述主动带轮与所述电机的转轴连接，所述被动带轮与所述导磁轮的转轴连接。
进一步的，所述导磁轮上设置有谐波减速器，所述谐波减速器一端与所述车轮底座固定连接，所述谐波减速器的另一端与所述导磁轮连接，所述谐波减速器包括内齿刚轮、柔轮和波发生器，所述波发生器、所述柔轮和所述内齿刚轮依次套接，所述内齿钢轮与所述车轮底座连接，所述波发生器与所述导磁轮连接。
本发明采用的另一种技术方案在于，提供一种磁吸附爬壁机器人系统，包括所述磁吸附爬壁机器人和控制柜，所述控制柜与所述磁吸附爬壁机器人信号连接，用于控制所述磁吸附爬壁机器人。
进一步的，所述控制柜包括主机、驱动器、控制器和开关电源，所述开关电源用于控制主机启动，所述主机用于控制所述驱动器和所述控制器，所述驱动器用于驱动所述电机，所述控制器用于控制所述磁力控制装置。
与现有技术比较本发明的有益效果在于：
1.所述控制柜与所述机器人采用分离设计，可以减轻机器人的重量，增加灵活性和载重能力。
2.所述机器人加装磁力控制装置后，能改变导磁轮的磁力大小，有效实现导磁轮磁力的吸附与卸载的目的，便于拆装卸载所述机器人。
3.所述磁力控制装置采用电控方式，利用电磁铁的特点，可直接在所述控制柜中调节电磁铁线圈中电流的大小和方向，实现磁场的相消和相加，与传统纯机械装置相比，更符合所述机器人的快捷拆卸的需求。
4.所述机器人加入谐波减速器，所述谐波减速器传输比可以达到1：100，也就是说所述电机输出扭矩为0.4N.m，经过谐波减速器输出的导磁轮的输出扭矩达到了40N.m，该机器人配备有4个所述谐波减速器，总的输出扭矩达到了160N.m，提高运载能力。
附图说明
图1是本发明可控磁力的磁吸附爬壁机器人整体示意图；
图2是本发明可控磁力的磁吸附爬壁机器人内部结构示意图；
图3是图2的剖视图；
图4是本发明磁力控制装置的结构示意图；
图5是本发明控制柜的正视图；
图6是本发明控制柜的后视图；
图7是本发明可控磁力的磁吸附爬壁机器人的系统框图。
附图标记说明：
1-导磁轮；2-车体；21-安装板；22-腔体；3-磁力控制装置；31-电磁铁；32-壳体；33-铁芯；4-导磁轮底座；5-电机座；51-第一电机座；52-第二电机座；6-电机；61-第一电机；62-第二电机；7-主动带轮；8-同步带；9-被动带轮；10-谐波减速器；11-主机；12-驱动器；13-控制器；14-电源开关；15-安装座。
具体实施方式
实施例1
以下结合附图1-6对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
本发明提供了一种磁吸附爬壁机器人包括车体2、导磁轮1和磁力控制装置3，所述导磁轮设置3在所述车体2下方，所述磁力控制装置3设置在所述导磁轮1内，用于控制所述导磁轮1周围的磁场强度变化。可以有效的实现所述导磁轮1的吸附与卸载，便于拆装卸载所述机器人。所述车体2采用铝合金材料制成的，所述车体2包括安装板21和两个腔体22，所述腔体22焊接在所述安装板21下表面的左右两侧，所述腔体22内部有两个车轮底座4，并且所述车轮底座4与所述安装板21下方固定连接，所述导磁轮1安装在所述车轮底座4上。所述安装板21下方设置有电机座5，所述电机座5包括第一电机座51和第二电机座52，所述第一电机座51和所述第二电机座52并排安装在所述安装板21下方，所述电机座5上安装有电机6，所述电机6包括第一电机61和第二电机62，所述第一电机61和第二电机62的输出轴的端面与所述电机座5连接，所述第一电机61和所述第二电机62的背面固定连接。所述电机6与所述导磁轮1通过传动装置连接，所述传动装置设置在所述腔体22内，所述传动装置包括主动带轮7、被动带轮9和同步带8，所述主动带轮7和所述被动带轮9通过同步带8连接，所述主动带轮7与所述电机6的转轴连接，所述被动带轮9与所述导磁轮1的转轴连接。所述主动带轮7通过所述同步带8带动所述被动带轮9转动，进而带动所述导磁轮1转动。四个所述电机6分别控制一个所述导磁轮1运动。
工作原理：
当所述第一电机61和所述第二电机62转向为正转、转速相同时，所述导磁轮1向前转动，即所述机器人向前运动；当所述第一电机61和所述第二电机62转向为反转、转速相同时，所述导磁轮1向后转动，即所述机器人向后运动。当所述第一电机61和所述第二电机62的转向为正转，并且所述第一电机61的转速大于所述第二电机62的转速时，所述机器人向左前方转弯；当所述第一电机61的转速小于所述第二电机62的转速时，所述机器人向右前方转弯。当所述第一电机61和所述第二电机62的转向为反转，并且所述第一电机61的转速大于所述第二电机62的转速时，所述机器人向左后方转弯；当所述第一电机61的转速小于所述第二电机62的转速时，所述机器人向右后方转弯。
所述导磁轮1为中空圆形结构，所述磁力控制装置3安装在所述安装板21的下方，并且所述磁力控制装置3在所述中空圆形结构内。所述磁力控制装置3包括：电磁铁31、壳体32和铁芯33，所述电磁铁31通过螺栓安装在所述壳体32的上方，所述壳体32的内部设置有永磁体，所述铁芯33穿过所述壳体32两侧的孔洞与所述永磁体连接。所述磁力控制装置3采用电控方式，利用所述电磁铁的特点，可直接在所述控制柜中调节电磁铁线圈中电流的大小和方向，实现磁场的相消和相加，与传统纯机械装置相比，更符合磁吸附爬壁机器人的快捷拆卸的需求。
工作原理：
当所述电磁铁当中电磁线圈不通入电流时，只有所述永磁体起作用。所述永磁体通过所述铁芯33将磁吸附力传递给外侧的所述导磁轮1，所述导磁轮1产生磁力将机器人吸附在壁面上。每一组装置分为两个导磁轮1，这样N极和S极产生的磁感线就能分别通过两个所述导磁轮1在被吸附的壁面上导磁材料，比如碳钢闭合，形成回路。
当所述机器人负载增加时，所述主机11根据计算得到需要的磁吸附力大小，通过所述控制器13控制所述电磁线圈开始通电，所述电磁铁31产生磁吸附力。此时所述电磁铁31的S极和所述永磁体的N极相对，所述电磁铁31的N极和所述永磁体32的S极相对，通过所述铁芯33输出到所述导磁轮1中，所述导磁轮1磁吸附力增强，所述机器人稳定的吸附在壁面上。
同理，当需要将所述机器人从被吸附壁面上卸载下来时，此时所述电磁铁31的N极和永磁体的N极相斥，所述电磁铁31的S极和永磁体的S极相斥，通过所述铁芯33输出到所述导磁轮1中，所述导磁轮1的磁吸附力减小直至消失，此时可以轻易的将机器人从壁面上卸载下来。
本发明通过采用永磁吸附形式与四轮四驱传动相结合的结构，实现所述机器人在导磁面上的灵活爬行，并根据不同的任务需要不同类型的作业模块，在复杂导磁面上开展相应作业。
实施例2
将实施例1中所述机器人四轮四驱，变为三轮三驱的结构，可以进一步减轻所述机器人的重量，提高灵活性，增加载重能力。
本发明提供了一种磁吸附爬壁机器所述机器人包括车体2和导磁轮1，所述车体2下方设置有磁力控制装置3，所述车体2包括安装板21和两个腔体22，所述腔体22焊接在所述安装板21下表面的左右两侧，所述腔体22用于保护两侧裸露的设备，所述安装板21下方设置有车轮底座4，所述车轮底座4包括第一车轮底座、第二车轮底座和第三车轮底座，所述第一车轮底座设置在所述安装板21下方前端，所述第二车轮底座和所述第三车轮底座并排设置在所述安装板21下方后端，所述第一车轮底座、所述第二车轮底座和所述第三车轮底座上分别安装所述导磁轮1，所述导磁轮1为中空圆形结构，所述磁力控制装置3设置在所述安装板21下方并且在所述中空圆形结构内。所述安装板21的下方设置有电机底座5，所述电机座5上设置有电机6，所述电机6的轴端设置有主动带轮7，所述主动带轮7上设置有同步带8，所述同步带8连接被动带轮9，所述被动带轮9与所述导磁轮1的轴端连接。所述电机6包括第一电机61、第二电机62和第三电机，所述电机底座5包括第一电机座51和第二电机座52，所述第一电机61安装在所述第一电机座51上，所述第二电机62和所述第三电机安装在所述第二电机座52上，所述第二电机62和所述第三电机背面连接，所述第二电机62和所述第三电机的输出轴端面与所述第二电机座52连接，所述第一电机61、所述第二电机62和所述第三电机分别控制一个所述导磁轮1。当所述第一电机61、所述第二电机62和所述第三电机转速相同，方向向前时，所述机器人向前运动；当所述第一电机61、所述第二电机62和所述第三电机转速相同，方向向后时，所述机器人向后运动。当所述第二电机62的转速大于所述第三电机转速时，所述机器人向左转弯，当所述第二电机62的转速小于所述第三电机转速时，所述机器人向右转弯。
实施例3
以下结合附图1-7，对实施例1进一步改进，加入谐波减速器10，可以增加所述机器人扭力，提高运载能力。所述机器人包括车体2、谐波减速器10、导磁轮1和磁力控制装置3，所述车体2采用铝合金材料制成的，所述车体2包括安装板21和两个腔体22，所述腔体22焊接在所述安装板21下表面的左右两侧，所述腔体22用于保护两侧裸露的设备，所述安装板21下表面设有两个车轮底座4，所述导磁轮1安装在所述车轮底座4上。所述谐波减速器10设置在所述导磁轮1的转轴上，所述谐波减速器10一侧与所述车轮底座4固定连接，所述谐波减速器10的另一端与所述导磁轮1连接。所述谐波减速器10包括内齿刚轮、柔轮和波发生器，所述波发生器与所述柔轮套接，所述柔轮和所述内齿刚轮套接设置，所述波发生器与所述导磁轮1连接，所述内齿刚轮与所述车轮底座4连接。所述谐波减速器10是利用柔性齿轮产生可控制的弹性变形波，引起所述内齿刚轮与所述柔轮的齿间相对错齿来传递动力和运动。所述谐波减速器10传输比可以达到1：100，也就是说电机6输出扭矩为0.4N.m，经过所述谐波减速器10输出的导磁轮1的输出扭矩达到了40N.m，所述机器人配备有4个所述谐波减速器10，总的输出扭矩达到了160N.m，完全满足运动的需求。
工作原理：
在未装配前，所述柔轮及其内孔呈圆形，当所述波发生器装入所述柔轮的内孔后，由于所述波发生器的长度略大于所述柔轮的内孔直径，所述柔轮撑成椭圆形，迫使所述柔轮在椭圆的长轴方向与固定的所述内齿刚轮完全啮合，在短轴方向完全分离，其余各处的所述柔轮回转位置的不同，或者处于“啮入”状态，或者处于“啮出”状态。由于所述内齿刚轮固定，所述波发生器逆时针转动时，所述柔轮作顺时针转动。所述谐波减速器10结构简单、质量小、体积小、传动精度高、传动效率高、运动平稳，可以大大提高所述机器人的运载能力。
实施例4
以下结合附图1-7对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
本发明提供了一种磁吸附爬壁机器人系统，包括机器人和控制柜，所述控制柜与所述机器人信号连接，所述控制柜用于控制所述机器人。所述控制柜与所述机器人采用分离设计，可以减轻所述机器人的重量，增加灵活性和载重能力。所述控制柜包括电源开关14、主机11、驱动器12和控制器13，打开所述电源开关14启动主机11，对所述机器人的参数进行设定，所述主机11用于控制所述驱动器12和所述控制器13，所述驱动器12用于控制所述机器人运动，所述控制器13用于控制所述机器人的磁力变化。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种磁吸附爬壁机器人，其特征在于，所述磁吸附爬壁机器人包括导磁轮(1)、车体(2)和磁力控制装置(3)，所述导磁轮(1)设置在所述车体(2)下方，所述磁力控制装置(3)设置在所述导磁轮(1)内，用于控制所述导磁轮(1)周围的磁场强度变化。
2.根据权利要求1所述的磁吸附爬壁机器人，其特征在于，所述车体(2)包括安装板(21)和腔体(22)，所述腔体(22)连接在所述安装板(21)下方。
3.根据权利要求2所述的磁吸附爬壁机器人，其特征在于，所述磁力控制装置(3)与所述安装板(21)固定连接，所述磁力控制装置(3)包括电磁铁(31)、壳体(32)和铁芯(33)，所述壳体(32)内部设置有永磁体，所述电磁铁(31)安装在所述壳体(32)上方，所述壳体(32)的两侧设置有孔洞，所述铁芯(33)穿过所述孔洞与所述永磁体连接。
4.根据权利要求3所述的磁吸附爬壁机器人，其特征在于，所述安装板(21)下方设置安装座(15)，所述壳体(32)设置在所述安装座(15)上。
5.根据权利要求4所述的磁吸附爬壁机器人，其特征在于，所述安装板(21)的下方设置有车轮底座(4)，所述车轮底座(4)位于所述安装座(15)的两侧，所述导磁轮(1)固定连接在所述车轮底座(4)上。
6.根据权利要求5所述的磁吸附爬壁机器人，其特征在于，所述安装板(21)下方设置有电机座(5)，所述电机座(5)上设置有电机(6)，所述电机(6)包括相互连接的第一电机(61)和第二电机(62)，所述第一电机(61)和所述第二电机(62)轴输出端与所述电机座(5)连接。
7.根据权利要求6所述的磁吸附爬壁机器人，其特征在于，所述电机(6)与所述导磁轮(1)通过传动装置连接，所述传动装置设置在所述腔体(22)内，所述传动装置包括主动带轮(7)、被动带轮(9)和同步带(8)，所述主动带轮(7)和所述被动带轮(9)通过同步带(8)连接，所述主动带轮(7)与所述电机(6)的转轴连接，所述被动带轮(9)与所述导磁轮(1)的转轴连接。
8.根据权利要求7所述的磁吸附爬壁机器人，其特征在于，所述导磁轮(1)上设置有谐波减速器(10)，所述谐波减速器(10)一端与所述车轮底座(4)固定连接，所述谐波减速器(10)的另一端与所述导磁轮(1)连接。
9.一种磁吸附爬壁机器人系统，其特征在于，包括权利要求1-8任意一项权利要求所述的磁吸附爬壁机器人和控制柜，所述控制柜与所述磁吸附爬壁机器人信号连接，用于控制所述磁吸附爬壁机器人。
10.根据权利要求9所述的磁吸附爬壁机器人系统，其特征在于，所述控制柜包括主机(11)、驱动器(12)、控制器(13)和开关电源(14)，所述开关电源(14)用于控制主机(11)启动，所述主机(11)用于控制所述驱动器(12)和所述控制器(13)，所述驱动器(12)用于驱动所述电机(6)，所述控制器(13)用于控制所述磁力控制装置(3)。
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