CN109677496B - 一种基于永磁可变吸附力的爬壁机器人驱动模块 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于永磁可变吸附力的爬壁机器人驱动模块,驱动模块骨架的前后两端均设有转轴和顶紧螺栓,且驱动模块骨架可以绕转轴旋转;驱动模块骨架上设有可旋转的前、后皮带轮,皮带张紧于前、后皮带轮上,马达和编码器均连接前皮带轮;驱动模块骨架的底层镶嵌永磁体,永磁体固定于磁体固定和调节模块上,磁体固定和调节模块镶嵌于驱动模块骨架的上层,且磁体固定和调节模块与驱动模块骨架的距离可以调节。本发明依靠磁吸力使爬壁机器人牢固吸附于发电机定子膛内,并驱动机器人爬行;通过调节相邻磁体的磁极方向和磁体与发电机定子膛齿顶的间距来调节吸附力的大小,保证机器人在定子膛内各个方位运行时不掉下来,且爬行灵活性强。
Description
技术领域
本发明涉及发电机定子膛内检测爬壁机器人,更具体的说,涉及发电机定子膛内检测爬壁机器人的动力驱动模块。
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。使用发电机定子膛内检测爬壁机器人,可在不抽出发电机转子的情况下进入发电机定子膛内,通过携带不同的检测设备对发电机的性能进行检测。
爬壁机器人驱动模块是发电机定子膛内检测爬壁机器人最关键部分之一。其负责将爬壁机器人牢固吸附于发电机定子膛内,并驱动爬壁机器人运行。既要保证爬壁机器人在携带各种检测设备的情况下在定子膛内各个方位运行时不掉下来,又要保证机器人爬行的灵活性。现有技术中还没有具备上述功能的爬壁机器人驱动模块。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种负责将爬壁机器人牢固吸附于发电机定子膛内,并驱动爬壁机器人运行,既要保证爬壁机器人在携带各种检测设备的情况下在定子膛内各个方位运行时不掉下来,又要保证机器人爬行的灵活性的爬壁机器人驱动模块。
为了解决上述技术问题,本发明的技术方案是提供一种基于永磁可变吸附力的爬壁机器人驱动模块,其特征在于:包括驱动模块骨架,驱动模块骨架的前后两端均设有转轴和顶紧螺栓,且驱动模块骨架可以绕转轴旋转;
驱动模块骨架上设有可旋转的前皮带轮和后皮带轮,皮带张紧于前皮带轮和后皮带轮上,马达和编码器均连接前皮带轮;
驱动模块骨架的底层镶嵌永磁体,永磁体固定于磁体固定和调节模块上,磁体固定和调节模块镶嵌于驱动模块骨架的上层,且磁体固定和调节模块与驱动模块骨架的距离可以调节。
优选地,所述驱动模块骨架通过前、后两个转轴插入爬壁机器人的相邻装配部件中,根据发电机定子膛内曲率调节驱动模块骨架绕转轴旋转的弧度,待弧度确定后,使用顶紧螺栓将驱动模块骨架与爬壁机器人的装配部件顶紧,使驱动模块骨架的弧度不变。
更优选地,所述转轴嵌入驱动模块骨架中,通过销子将转轴与驱动模块骨架紧固。
优选地,所述驱动模块骨架中间设有镂空部分,前皮带轮和后皮带轮通过轴承和键可旋转地设于镂空部分内的两端。
更优选地,所述轴承两侧均设有止动垫圈和挡圈,止动垫圈和挡圈用于固定轴承,保证前后两个轴承的同心度。
更优选地,所述前皮带轮使用的是“D”型中空圆轴,所述马达的轴插入前皮带轮一侧的“D”型中空圆轴内,所述编码器的轴插入前皮带轮另一侧的“D”型中空圆轴内,所述马达和编码器均固定于驱动模块骨架上;所述后皮带轮使用的是带螺纹孔的两端为方形的实心轴,所述螺纹孔内设有螺栓。
优选地,所述马达外部设有马达保护罩。
优选地,所述磁体固定和调节模块通过螺栓镶嵌在驱动模块骨架的中部上层,所述螺栓插入磁体固定和调节模块上的带有螺纹的安装固定孔内,通过调节螺栓插入的深度调节磁体固定和调节模块距驱动模块骨架的距离,进而调节永磁体据吸附面的间距,从而起到调节吸附力大小的作用。
优选地,所述磁体固定和调节模块使用磁屏蔽材质制作,所述驱动模块骨架上镶嵌永磁体的四周涂有磁屏蔽材料。
优选地,所述驱动模块骨架底部设有使用耐磨材料制作的封盖板。
本发明提供的装置克服了现有技术的不足,依靠磁吸力使爬壁机器人牢固吸附于发电机定子膛内,并驱动机器人沿着槽楔前后爬行。装置使用永磁体提供磁吸力,通过调节相邻磁体的磁极方向和磁体与发电机定子膛齿顶的间距来调节吸附力的大小。既保证了爬壁机器人在定子膛内各个方位运行时不掉下来,又保证了机器人爬行灵活性,避免因吸附力过大导致爬壁机器人爬行受阻。
附图说明
图1为发电机定子膛内检测爬壁机器人的顶部视图,展示了爬壁机器人及头部和尾部模块;
图2为发电机定子膛内检测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为本实施例提供的基于永磁可变吸附力的爬壁机器人驱动模块的爆炸视图;
图4为图3的底视图;
图5为发电机定子膛内检测爬壁机器人在发电机定子膛内的正面视图;
图6为发电机定子膛内检测爬壁机器人驱动模块在完全水平状态的正面视图;
图7为发电机定子膛内检测爬壁机器人驱动模块在调整为与机器人本体框架成一定弧度后的正面视图。
具体实施方式
下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。
参照图1和图2,发电机定子膛内检测的爬壁机器人整体由头部的摄像及传感器安装模块1、前端支撑横梁2、前段动力驱动模块3、中端铰接横梁5、后段动力驱动模块4、尾部支撑横梁6和尾部把手7依次连接组成。前、后段动力驱动模块可根据需要拆分开来单独使用,根据被检测的发电机的功率大小组成长度不同的爬壁机器人使用。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。
本发明涉及的是发电机定子膛内检测的爬壁机器人的动力驱动模块,其作为定子膛内检测的爬壁机器人的一部分,为爬壁机器人在工作中提供磁吸力和驱动力。
图3和图4为本实施例提供的基于永磁可变吸附力的爬壁机器人驱动模块的示意图,所述的基于永磁可变吸附力的爬壁机器人驱动模块包括驱动模块骨架8,驱动模块骨架8前后两端均设有转轴20和顶紧螺栓24,驱动模块骨架8通过前、后两个转轴20分别插入爬壁机器人的前端支撑横梁2、尾部支撑横梁6(或中端铰接横梁5)中,且驱动模块骨架8可以绕转轴20旋转一定的弧度。
结合图5~图7,实际作业时,根据发电机定子膛内曲率调节所述弧度,待弧度确定后使用顶紧螺栓24将驱动模块骨架8的前后两端分别与爬壁机器人的前端支撑横梁2、尾部支撑横梁6(或中端铰接横梁5)顶紧,使驱动模块骨架8的弧度不变,保证爬壁机器人在非平面作业时可沿着相应的弧度牢固地吸附。前后两个转轴20嵌入驱动模块骨架8中,,通过销子54将转轴20与驱动模块骨架8紧固。
驱动模块骨架8中间设有镂空部分,前皮带轮14和后皮带轮25分别使用两个轴承13和轴可旋转地安装于镂空部分内的两端,轴承13两边各安装一个止动垫圈12和挡圈26,用以固定轴承13,保证前后两个轴承的同心度。皮带28穿过驱动模块骨架8中间的镂空部分套在前皮带轮14和后皮带轮25上。
用于安装驱动马达的前皮带轮14使用的是“D”型中空圆轴15;后皮带轮25使用的是带螺纹孔的两端为方形的实心轴27。实心轴27两端大的螺纹孔内穿过两个螺栓50,用以张紧皮带28,同时可调节两个皮带轮的同心度。
马达16通过方形垫片18固定于驱动模块骨架8上。马达16的轴插入“D”型中空圆轴15内。马达16外部设有马达保护罩55,马达保护罩55通过四个螺栓23固定在驱动模块骨架8上,保护马达18在工作中不受撞击。马达16的另一侧为编码器9,用以发送与电机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。编码器9的安装方式与马达19相同,编码器9使用方形垫片10通过4个固定螺栓11固定于驱动模块骨架8上。
每个驱动模块骨架8的中部底层镶嵌两块永磁体21、上层镶嵌两块磁体固定和调节模块211。永磁体21使用两个螺栓22固定在磁体固定和调节模块211上。磁体固定和调节模块211使用磁屏蔽材质制作。
每块磁体固定和调节模块211通过四个螺栓17镶嵌在驱动模块骨架8的中部上层。磁体固定和调节模块211的安装固定孔都带有螺纹。通过螺栓17可调节磁体固定和调节模块211距驱动模块骨架8的距离,进而调节永磁体21据吸附面的间距,从而起到调节吸附力大小的作用。
驱动模块骨架8中镶嵌永磁体21的四周涂有磁屏蔽材料,用以屏蔽永磁体21四周的磁性,防止对其他传感器模块造成干扰。驱动模块骨架8底部的封盖板19使用耐磨的材料制作,封盖板19通过12个螺栓29固定在驱动模块骨架8底部,用以保护驱动模块免受摩擦。
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)
1.一种基于永磁可变吸附力的爬壁机器人驱动模块,其特征在于:包括驱动模块骨架(8),驱动模块骨架(8)的前后两端均设有转轴(20)和顶紧螺栓(24),且驱动模块骨架(8)可以绕转轴(20)旋转;
驱动模块骨架(8)上设有可旋转的前皮带轮(14)和后皮带轮(25),皮带(28)张紧于前皮带轮(14)和后皮带轮(25)上,马达(16)和编码器(9)均连接前皮带轮(14);
驱动模块骨架(8)的底层镶嵌永磁体(21),永磁体(21)固定于磁体固定和调节模块(211)上,磁体固定和调节模块(211)镶嵌于驱动模块骨架(8)的上层,且磁体固定和调节模块(211)与驱动模块骨架(8)的距离可以调节。
2.如权利要求1所述的一种基于永磁可变吸附力的爬壁机器人驱动模块,其特征在于:所述驱动模块骨架(8)通过前、后两个转轴(20)插入爬壁机器人的相邻装配部件中,根据发电机定子膛内曲率调节驱动模块骨架(8)绕转轴(20)旋转的弧度,待弧度确定后,使用顶紧螺栓(24)将驱动模块骨架(8)与爬壁机器人的装配部件顶紧,使驱动模块骨架(8)的弧度不变。
3.如权利要求2所述的一种基于永磁可变吸附力的爬壁机器人驱动模块,其特征在于:所述转轴(20)嵌入驱动模块骨架(8)中,通过销子(54)将转轴(20)与驱动模块骨架(8)紧固。
4.如权利要求1所述的一种基于永磁可变吸附力的爬壁机器人驱动模块,其特征在于:所述驱动模块骨架(8)中间设有镂空部分,前皮带轮(14)和后皮带轮(25)通过轴承(13)和轴可旋转地设于镂空部分内的两端。
5.如权利要求4所述的一种基于永磁可变吸附力的爬壁机器人驱动模块,其特征在于:所述轴承(13)两侧均设有止动垫圈(12)和挡圈(26),止动垫圈(12)和挡圈(26)用于固定轴承(13),保证前后两个轴承(13)的同心度。
6.如权利要求4所述的一种基于永磁可变吸附力的爬壁机器人驱动模块,其特征在于:所述前皮带轮(14)使用的是“D”型中空圆轴(15),所述马达(16)的轴插入前皮带轮(14)一侧的“D”型中空圆轴(15)内,所述编码器(9)的轴插入前皮带轮(14)另一侧的“D”型中空圆轴(15)内,所述马达(16)和编码器(9)均固定于驱动模块骨架(8)上;所述后皮带轮(25)使用的是带螺纹孔的两端为方形的实心轴(27),所述螺纹孔内设有螺栓。
7.如权利要求1所述的一种基于永磁可变吸附力的爬壁机器人驱动模块,其特征在于:所述马达(16)外部设有马达保护罩(55)。
8.如权利要求1所述的一种基于永磁可变吸附力的爬壁机器人驱动模块,其特征在于:所述磁体固定和调节模块(211)通过螺栓(17)镶嵌在驱动模块骨架(8)的中部上层,所述螺栓(17)插入磁体固定和调节模块(211)上的带有螺纹的安装固定孔内,通过调节螺栓(17)插入的深度调节磁体固定和调节模块(211)距驱动模块骨架(8)的距离,进而调节永磁体(21)距吸附面的间距,从而起到调节吸附力大小的作用。
9.如权利要求1所述的一种基于永磁可变吸附力的爬壁机器人驱动模块,其特征在于:所述磁体固定和调节模块(211)使用磁屏蔽材质制作,所述驱动模块骨架(8)上镶嵌永磁体(21)的四周涂有磁屏蔽材料。
10.如权利要求1所述的一种基于永磁可变吸附力的爬壁机器人驱动模块,其特征在于:所述驱动模块骨架(8)底部设有使用耐磨材料制作的封盖板(19)。
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