CN109835428A - 一种履带式爬壁装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种履带式爬壁装置，履带式爬壁装置包括车体和移动机构；移动机构包括车轮、履带和多个磁铁组件；履带套装在车轮上；各磁铁组件沿履带的延伸方向固设在履带上；磁铁组件包括磁铁、基座以及柔性包裹结构；磁铁，用于吸附在行走壁面上；柔性包裹结构，将磁铁和基座包裹固定在一起；基座，具有背向磁铁且伸出柔性包裹结构的固定结构，磁铁组件通过固定结构固设在所述履带上。将固定结构设置在基座上，不需要在磁铁上开设螺纹孔，保证了磁铁的强度和磁吸力，从而保证了履带式爬壁装置在设备的行走壁面上行走的稳定性。

Description

一种履带式爬壁装置

技术领域

本发明涉及一种履带式爬壁装置。

背景技术

爬壁装置可以在设备的水平壁面和竖直壁面上爬行，以辅助和替代作业人员开展作业，从而便于对设备进行维护和检修，广泛应用于电力、化工、船舶等领域的大型设备上。

授权公告号为CN208268643U的中国实用新型专利公开了一种管道机器人，该管道机器人上的履带上设有磁吸附机构，磁吸附机构包括永磁铁和包裹在永磁铁上的橡胶皮套，永磁铁上设有螺纹孔，永磁铁通过螺丝穿过螺纹孔后与螺母配合固定安装在履带上。

上述磁吸附机构的永磁铁上开设的螺纹孔降低了永磁铁的强度和磁吸力，影响了磁吸附机构的吸附效果，会影响管道机器人在设备的复杂壁面上行走的稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种履带式爬壁装置，以解决现有技术中在磁吸附机构的永磁铁上开设螺纹孔，降低了永磁铁的强度和磁吸力，而影响管道机器人在设备的复杂壁面上行走的稳定性的技术问题。

为实现上述目的，本发明履带式爬壁装置的技术方案是：

履带式爬壁装置，包括沿前后方向布置的车体和用于驱动车体向前移动的移动机构；移动机构包括车轮、履带和多个磁铁组件；履带套装在车轮上；各磁铁组件沿履带的延伸方向固设在履带上；所述磁铁组件包括磁铁、基座以及柔性包裹结构；磁铁，用于吸附在行走壁面上；柔性包裹结构，将磁铁和基座包裹固定在一起；基座，具有背向磁铁且伸出柔性包裹结构的固定结构，磁铁组件通过固定结构固设在所述履带上。

有益效果是：磁铁和基座通过柔性包裹结构包裹固定在一起，使磁铁不易损坏，同时增加了摩擦系数，使车体的负载能力更强，由于柔性包裹结构具有一定的柔性，在凹凸不平的复杂壁面上行走时，柔性包裹结构在磁铁的吸力作用下，能够发生变形，使磁铁组件与行走壁面始终贴合良好，保证磁铁在行走壁面上吸附的稳定性；同时，将固定结构设置在基座上，不需要在磁铁上开设螺纹孔，保证了磁铁的强度和磁吸力，从而保证了履带式爬壁装置在设备的行走壁面上行走的稳定性。

所述磁铁组件通过固定结构可拆的固定连接在履带上。便于磁铁组件后期的维修和更换。

所述固定结构为具有内螺纹或外螺纹的螺纹连接结构。通过螺纹连接结构与履带固定连接，固定方式较为简单，便于磁铁组件固定到履带上。

所述螺纹连接结构为一体或分体设置在基座上的螺杆，履带上设有与所述螺杆适配的螺杆装配孔。在基座上设置螺杆，便于加工。

所述车轮具有沿其周向延伸的避让环槽，所述履带的内侧面上设有与所述避让环槽的两侧壁限位配合以防止履带沿左右方向窜动的限位凸起，所述螺杆装配孔由履带的外侧向内侧贯穿所述限位凸起。将螺纹孔由履带的外侧向内侧贯穿限位凸起，增加了螺纹孔的长度，保证了磁铁组件在履带上固定的稳定性。

所述磁铁的横截面为圆形，对应基座的横截面为圆形，且磁铁的外周面与基座的外周面平齐。磁铁和基座的横截面为圆形，在磁铁组件装配的过程中，相邻的两个磁铁组件不会发生干涉；同时磁铁的外周面与基座的外周面平齐，保证一个磁铁对应一个基座，从而保证了单个磁铁组件的磁吸附力。

所述车体的后方设有抗倾覆装置，抗倾覆装置包括向后延伸的悬臂结构，悬臂结构上设有沿车体左右方向延伸的转轴，转轴上转动装配有柱状滚轮，悬臂结构与转轴的相应端之间设有弹性顶压结构以在车体前方沿相背于行走壁面的方向倾覆时使柱状滚轮与行走壁面顶压配合。以保证车体在跨越障碍时，不会因力矩失衡而使车体倾覆掉落。

所述悬臂结构包括并行延伸的两个悬臂，各悬臂远离车体的一端与转轴的相应端通过弹性顶压结构连接。通过两个悬臂分别与转轴相应端连接，提高了悬臂的稳定性，从而保证柱状滚轮在转轴上转动时的稳定性。

所述履带由多个履带节通过紧固销可拆的固定连接形成，所述车轮包括主动轮和从动轮，履带套装在主动轮和从动轮上，从动轮沿前后方向位置可选的固定装配在车体上。通过调节从动轮在车体上的前后位置，同时增减履带节的个数，来调节车体的磁吸力大小，从而使车体能够匹配不同重量的负载。

所述车体上设有沿前后方向延伸的长孔，从动轮沿其轴向延伸有穿装在长孔内的固定轴，固定轴具有外螺纹，从动轮通过固定轴上的外螺纹与螺帽配合位置可选的固定装配在长孔内。通过将固定轴穿装在长孔内，在从动轮的位置移动到位后，通过外螺纹与螺帽配合将固定轴固定在长孔内，便于实现从动轮在车体上的前后调节。

附图说明

图1为本发明的履带式爬壁装置的结构示意图；

图2为本发明的履带式爬壁装置的磁铁组件的结构示意图；

图3为图2的剖视图；

图4为本发明的履带式爬壁装置的履带节的结构示意图；

图5为本发明的履带式爬壁装置的磁铁组件与履带节装配的结构示意图；

图6为本发明的履带式爬壁装置的抗倾覆装置的结构示意图；

图7为图6的分解图；

图8为本发明的履带式爬壁装置未安装抗倾覆装置的结构示意图；

图9为本发明的履带式爬壁装置在垂直水冷壁上行走的结构示意图；

图10为本发明的履带式爬壁装置在螺旋水冷壁上行走的结构示意图；

图中：1-车体；2-电池；3-控制模块；4-电机；5-主动轮；6-从动轮；61-固定轴；7-导向轮；8-履带；9-磁铁组件；91-磁铁；92-基座；93-橡胶套；94-螺杆；10-悬臂；11-弹性顶压结构；111-螺栓；112-第一螺母；113-螺栓套筒；114-压簧；115-第二螺母；116-第三螺母；12-柱状滚轮；13-履带节；131-限位凸起；132-螺纹孔；133-销孔；14-长孔；15-转轴；101-垂直水冷壁；102-螺旋水冷壁。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

本发明的履带式爬壁装置的具体实施例，如图1所示，履带式爬壁装置包括沿前后方向布置的车体1和用于驱动车体1向前移动的移动机构，移动机构包括车轮，车轮上套设有履带8，履带8上沿其延伸方向固设有多个磁铁组件9。其中，履带8上磁铁组件9的数量可以根据需要设置，以调节履带式爬壁装置的磁吸力大小，进而保证合适的驱动功耗。

如图2和图3所示，磁铁组件9包括磁铁91、基座92以及将二者包裹固定在一起的橡胶套93，橡胶套93构成柔性包裹结构，橡胶套包裹磁铁，使磁铁不易损坏，同时增加了摩擦系数，使车体的负载能力更强。当然在其他实施例中，柔性包裹结构可以为缝制的皮套或布套。在其他实施例中，为了将磁铁和基座包裹固定在一起，可以通过现有的包胶成型的方式在磁铁和基座外部注射液态橡胶，以在液态橡胶固化后形成包裹二者的橡胶层。本实施例中，磁铁91为永磁铁，以提高使用寿命，当然在其他实施例中，磁铁为现有技术中的一般磁铁，该磁铁使用一段时间后，磁力会减弱。

基座92具有背向磁铁91且伸出橡胶套93的固定结构，磁铁组件9通过固定结构固设在履带8上。其中，基座92为铁质基座，磁铁91通过磁吸力吸附在铁质基座上，以保证磁铁91的稳定性。在其他实施例中，可以将基座设置成不锈钢基座或铜质基座，此时磁铁仅依靠橡胶套的包裹力与基座固定在一起，稳定性相对较差。

如图3至图5所示，具体的，固定结构为一体设置在基座92上的螺杆94，螺杆94构成螺纹连接结构，对应的履带8上设有螺纹孔132，螺纹孔132构成螺杆装配孔，螺杆94和螺纹孔132螺纹装配，以实现磁铁组件9固定装配在履带8上，同时磁铁组件9和履带8通过螺纹孔132、螺杆94实现可拆连接，也便于后期磁铁组件9的维护和更换。在其他实施例中，为了便于磁铁组件固定装配在履带上，固定结构为设置在基座上的螺纹孔，对应的履带上设有与相应螺纹孔配合的螺杆。在其他实施例中，螺杆可以通过焊接或螺纹连接的方式设置在基座上。在其他实施例中，固定结构为凸设在基座背向磁铁的焊接结构，磁铁组件通过焊接结构焊接固定在履带上，此时磁铁组件损毁不能维护和更换。在其他实施例中，固定结构为一体设置在基座上的螺杆，对应的履带8上设有光孔，光孔构成螺杆装配孔，螺杆与螺帽配合以实现磁铁组件9固定装配在履带8上。

如图1和图4所示，车轮具有沿其周向延伸的避让环槽，履带8的内侧面上设有与避让环槽的两侧壁限位配合的限位凸起131，以防止履带8沿左右方向窜动，螺纹孔132由履带8的外侧向内侧贯穿限位凸起131，增加了螺纹孔132的长度，保证了磁铁组件9在履带8上固定的稳定性。在其他实施例中，螺纹孔为盲孔，不贯穿限位凸起；或者螺纹孔的深度与履带的厚度相同。在其他实施例中，固定结构为背向基座延伸的光杆，光杆上设有沿其轴向延伸的多个定位孔，履带上设有光孔，光孔由履带的外侧向内侧贯穿限位凸起，限位凸起上设有沿光孔的径向贯通的穿装孔，穿装孔内设有定位销，定位销与光杆上的相应定位孔配合，以将磁铁组件定位装配在履带上，此外，定位销的一端设有防止定位销脱落的开口销。

如图2和图3所示，磁铁91的横截面为圆形，对应基座92的横截面为圆形，且磁铁91的外周面与基座92的外周面平齐，磁铁91和基座92的横截面为圆形，在磁铁组件9装配的过程中，相邻的两个磁铁组件9不会发生干涉；同时磁铁91的外周面与基座92的外周面平齐，保证一个磁铁91对应一个基座92，从而保证了单个磁铁组件9的磁吸附力。

如图1和图6所示，车体1的后方设有抗倾覆装置，抗倾覆装置包括悬臂结构。具体的，悬臂结构包括两个向后延伸的悬臂10，两个悬臂10之间设有沿车体1左右方向延伸的转轴15，转轴15上转动装配有柱状滚轮12，悬臂10与转轴15的相应端之间设有弹性顶压结构11，以在车体1前方沿相背于行走壁面的方向倾覆时使柱状滚轮12与行走壁面顶压配合，以保证车体在跨越障碍时，不会因力矩失衡而使车体倾覆掉落。其中，柱状滚轮12具有等于车体宽度的长度或略小于车体的长度，且柱状滚轮12的外壁面为光滑面，避免了行进过程中受到的阻力。在其他实施例中，当行走壁面较为平坦时，可以不设置抗倾覆装置。在其他实施例中，悬臂结构只包括一个悬臂，该悬臂的后端设有U型臂，U型臂的两平行臂之间设有转轴，转轴的两端与相应平行臂之间设有弹性顶压结构，柱状滚轮转动装配在转轴上。

如图7所示，弹性顶压结构11包括由上自下连接悬臂10和转轴15的螺栓111，螺栓111具有沿上下方向布置的光滑段和螺纹段，悬臂10上装有螺栓套筒113，螺栓套筒113具有外螺纹，螺栓套筒113通过其外螺纹与第一螺母112配合固定在悬臂10上，螺栓111的光滑段穿装在螺栓套筒113内。螺栓111的下部穿装在转轴15端部的固定孔内，并通过第二螺母115、第三螺母116与螺栓的螺纹段配合，以将螺栓111的下部固定在转轴15端部上，其中，螺栓套筒113设置在悬臂10下侧，螺栓111上于螺栓套筒113和第二螺母115之间套设有压簧114，其中，使用过程中，可以转动第一螺母112来调节螺栓套筒113和第二螺母115之间的距离，从而调节压簧114的弹力大小，进而改变抗倾覆装置提供的抗倾覆力矩。在其他实施例中，螺栓套筒设置在悬臂上方，第一螺母设置在悬臂下方。

如图1和图4所示，履带节13上设有销孔133，履带8由多个履带节13通过紧固销和销孔133配合可拆的固定连接形成，这样可以根据磨损情况，将损坏的履带节进行更换或维修，避免了履带的全部更换，节省成本。在其他实施例中，履带为现有技术中一体成型的履带。

如图1和图8所示，车轮包括主动轮5和从动轮6，履带8套装在主动轮5和从动轮6上，主动轮5和从动轮6之间还设有导向轮7，从动轮6设置在车体的后部，主动轮5传动连接有电机4，电机4由电池2供电，电池2设置在车体1的底部，有利于在较高的行走壁面上进行作业。当然在其他实施例中，也可以连接电缆进行供电。车体1上还设有控制模块3，控制模块3用于控制电机4工作。在其他实施例中，车体可根据需要安装不同的工作模块，根据工作模块的重量和大小，可以在车体前部加装电机，以将从动轮改为主动轮，以保证爬壁装置由足够的驱动力。

从动轮6沿前后方向位置可选的固定装配在车体1上，通过调节从动轮6在车体1上的前后位置，并增减履带节13的个数，以调节车体1的磁吸附力大小，从而使车体1能够匹配不同重量的负载。在其他实施例中，从动轮的位置可以不调节。

具体的，车体1上设有沿前后方向延伸的长孔14，从动轮6沿其轴向延伸有穿装在长孔14内的固定轴61，固定轴61具有外螺纹，从动轮6通过固定轴61上的外螺纹与螺帽配合位置可选的固定装配在长孔内，如固定轴上于长孔的左右两侧均设有螺帽，通过两个螺帽与固定轴61上的外螺纹配合将固定轴61固定在长孔14内，通过将固定轴61穿装在长孔14内，在从动轮6的位置移动到位后，通过外螺纹与螺帽配合将固定轴61固定在长孔14内，便于实现从动轮6在车体1上的前后调节。在其他实施例中，固定轴上于长孔的一侧设有轴肩，另一侧设有螺帽，只需一个螺帽与固定轴上的外螺纹配合就可以使固定轴固定在长孔内。在其他实施例中，车体上沿前后方向设有多个固定孔，将从动轮的固定轴穿装在不同的固定孔内，以实现从动轮在车体上的前后调节。在其他实施例中，车体上设有沿前后方向延伸的滑轨，固定轴上设有沿前后方向延伸的U型滑槽，U型滑槽的侧壁上设有紧固件，U型滑槽在滑轨上滑动到位后，通过紧固件将滑槽锁紧在滑轨上，以实现从动轮在车体上的前后调节。

如图9所示，履带式爬壁装置在垂直水冷壁101上行走时，抗倾覆装置位于车体1的下方，此时，车体1和车体1上的负载均受到重力作用，产生了一个绕主动轮5使车体1上部远离行走壁面的倾覆力矩。在没有抗倾覆装置的情况下，克服该倾覆力矩主要靠车体1上部的履带8吸附行走壁面的磁吸力产生的抗倾覆力矩。当遇到前方有障碍物或凹陷时，均会使磁力产生的抗倾覆力矩减小，容易造成力矩失衡而使车体1掉落。在装设抗倾覆装置后，弹性顶压结构11提供弹力将柱状滚轮12压紧在行走壁面上，柱状滚轮12与行走壁面之间的作用力向车体提供了抗倾覆力矩，该抗倾覆力矩与车体1上部的履带8吸附行走壁面的磁吸力产生的抗倾覆力矩方向相反，但分别位于主动轮5的下方和上方，使两个抗倾覆力矩可以叠加，避免了力矩失衡而倾覆，提高了爬壁装置的越障能力。

如图10所示，履带式爬壁装置在螺旋水冷壁102上行走时，履带8整体受磁吸力牵引，随管道的起伏发生小幅弯曲变形，使履带8上的多数磁铁组件9吸附在管道上，保证了足够的吸附力。

Claims (10)

1.履带式爬壁装置，包括沿前后方向布置的车体和用于驱动车体向前移动的移动机构；

移动机构包括车轮、履带和多个磁铁组件；

履带套装在车轮上；

各磁铁组件沿履带的延伸方向固设在履带上；

其特征在于：所述磁铁组件包括磁铁、基座以及柔性包裹结构；

磁铁，用于吸附在行走壁面上；

柔性包裹结构，将磁铁和基座包裹固定在一起；

基座，具有背向磁铁且伸出柔性包裹结构的固定结构，磁铁组件通过固定结构固设在所述履带上。

2.根据权利要求1所述的履带式爬壁装置，其特征在于：所述磁铁组件通过固定结构可拆的固定连接在履带上。

3.根据权利要求2所述的履带式爬壁装置，其特征在于：所述固定结构为具有内螺纹或外螺纹的螺纹连接结构。

4.根据权利要求3所述的履带式爬壁装置，其特征在于：所述螺纹连接结构为一体或分体设置在基座上的螺杆，履带上设有与所述螺杆适配的螺杆装配孔。

5.根据权利要求4所述的履带式爬壁装置，其特征在于：所述车轮具有沿其周向延伸的避让环槽，所述履带的内侧面上设有与所述避让环槽的两侧壁限位配合以防止履带沿左右方向窜动的限位凸起，所述螺杆装配孔由履带的外侧向内侧贯穿所述限位凸起。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的履带式爬壁装置，其特征在于：所述磁铁的横截面为圆形，对应基座的横截面为圆形，且磁铁的外周面与基座的外周面平齐。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的履带式爬壁装置，其特征在于：所述车体的后方设有抗倾覆装置，抗倾覆装置包括向后延伸的悬臂结构，悬臂结构上设有沿车体左右方向延伸的转轴，转轴上转动装配有柱状滚轮，悬臂结构与转轴的相应端之间设有弹性顶压结构以在车体前方沿相背于行走壁面的方向倾覆时使柱状滚轮与行走壁面顶压配合。

8.根据权利要求7所述的履带式爬壁装置，其特征在于：所述悬臂结构包括并行延伸的两个悬臂，各悬臂远离车体的一端与转轴的相应端通过弹性顶压结构连接。

9.根据权利要求1-5中任一项所述的履带式爬壁装置，其特征在于：所述履带由多个履带节通过紧固销可拆的固定连接形成，所述车轮包括主动轮和从动轮，履带套装在主动轮和从动轮上，从动轮沿前后方向位置可选的固定装配在车体上。

10.根据权利要求9所述的履带式爬壁装置，其特征在于：所述车体上设有沿前后方向延伸的长孔，从动轮沿其轴向延伸有穿装在长孔内的固定轴，固定轴具有外螺纹，从动轮通过固定轴上的外螺纹与螺帽配合位置可选的固定装配在长孔内。