CN110588823A - 一种爬壁机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种爬壁机器人，包括：车体、主控模块、电源模块、减速电机、两只滚轮、万向轮、磁铁以及作业模块；所述主控模块电连接所述电源模块和所述作业模块，由所述电源模块供电并控制所述作业模块进行作业；所述电源模块，设置在所述车体内；所述主控模块设置在所述车体内或之上；所述作业模块，设置在所述车体上表面；所述磁铁设置在所述车体内接近壁面的一面，以提供吸附力；所述减速电机设置在所述车体内，电连接所述主控模块，并与所述两只滚轮相配合；所述万向轮设置在所述车体的底面，能在车体驱动下实现转弯动作；所述车体的俯视横截面呈现为具有两个缺口的部分圆形；所述两只滚轮分别设置在车体两侧不同缺口的空间内。
Description
技术领域
本发明涉及自动化设备技术领域，尤其是涉及一种爬壁机器人。
背景技术
目前，大型管道内壁、船舶表面、钢材桥梁等由钢铁等导磁性材料构成的装备需要投入大量的人力物力进行焊接、清洗、检测等作业。传统采用人工方法开展相应作业，存在着劳动强度高、工作效率低、周期长等弊端，并且时常会发生安全事故。逐渐的，在此领域的自动化技术也在不断进步，例如在大型管道内壁等场景，出现了用于监控装备工作状态的爬壁机器人。
现有市场上已知的爬壁机器人，一般采用履带式移动机构，其外形庞大，车体笨重，在大型管道内壁或者较大的船舶表面等能够行动自如，但是在复杂环境中，尤其是狭窄的空间内，其履带式移动机构不论在前进或是后退并拐弯的场景中，具有较大的拐弯半径，在运动过程中就容易出现不灵活的问题，甚至容易碰撞到障碍物边角，即运动自由度不高。
发明内容
有鉴于此，有必要针对上述的问题，提供一种爬壁机器人，相比于现有的爬壁机器人，能够提高运动的自由度，更加地适用于狭小空间作业的场景。
一种爬壁机器人，包括：车体、主控模块、电源模块、减速电机、两只滚轮、万向轮、磁铁以及作业模块；
所述主控模块电连接所述电源模块和所述作业模块，由所述电源模块供电并控制所述作业模块进行作业；所述电源模块，设置在所述车体内；所述主控模块设置在所述车体内或之上；所述作业模块，设置在所述车体上表面；所述磁铁设置在所述车体内接近壁面的一面，以提供吸附力；
所述减速电机设置在所述车体内，电连接所述主控模块，并与所述两只滚轮相配合；所述万向轮设置在所述车体的底面，能在车体驱动下实现转弯动作；所述车体的俯视横截面呈现为具有两个缺口的部分圆形；所述两只滚轮分别设置在车体两侧不同缺口的空间内。
所述车体具体为上下两块铝合金板组成的开放式车体，上下两片铝合金板由螺柱相连接。
所述上铝合金板厚度为2mm；所述下铝合金板厚度为3mm。
所述万向轮包括设置在所述车体下铝合金板前侧和后侧的两个万向滚珠。
所述减速电机具体为12V直流减速电机，设置在所述下铝合金板上，减速比至少100:1。
所述两只滚轮具体为两只纯橡胶轮。
所述电源模块为分布在所述下铝合金板两侧的电池包，总容量至少5600mAh，续航1.5h以上。
所述主控模块，包括设置在上铝合金板的上表面之上的主板，所述主控模块还包括与所述主板电连接的无线模块。
所述作业模块，包括摄像头以及与其配合的两个舵机，可实现摄像头水平360°旋转，以及俯仰角-15～105°。
所述摄像头为红外摄像头。
与现有爬壁机器人相比，本发明的有益效果是：
1.该磁轮式爬壁小车具有重量轻、吸附能力强，运行稳定可靠性好等特点。本发明爬壁机器人的昨夜模块，可供多种选择，可以搭载摄像头在导磁壁面上实时观测工作区域的环境、工况等；也可以搭载超声波探伤等设备。
2.小车可以实现无线远程控制，采用无线传输的控制模式，摆脱了电缆的束缚，更加灵活便捷；手机移动端实时控制，控制界面简单，新手也能轻易操作；
3.小车整体模块化设计，所有零部件可以简易安装拆卸；整体重量仅仅1.5kg，方便携带到工作场地运行工作。
附图说明
图1是本发明一个优选实施例中的爬壁机器人的结构示意图；
图2是本发明一个优选实施例中的爬壁机器人的车体底部结构示意图；
图3是本发明一个优选实施例中的爬壁机器人的车体内部结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例首先提供一种爬壁机器人，包括：车体、主控模块、电源模块、减速电机、两只滚轮、万向轮、磁铁以及作业模块。主控模块包括必要的主板，上设有单片机、FPGA等控制芯片、必要的存储芯片等等。主控模块电连接电源模块和作业模块，电源模块根据工作需要，可以提供诸如+5V、+12V、+24V等等工作电压。主控模块，由电源模块供电并控制作业模块进行作业，具体的作业模块，根据不同应用场景可以有不同的搭配，例如作为监视场景使用的图像采集装置，或者检测场景的探伤设备等等。在结构上，电源模块，设置在车体内；主控模块设置在车体内或之上；作业模块，设置在车体上表面；磁铁设置在车体内接近壁面的一面，以提供吸附力。
作为本发明实施例相对于现有爬壁机器人所作出的改进：本实施例中的减速电机设置在车体内，电连接主控模块，并与两只滚轮相配合；万向轮设置在车体的底面，能在车体驱动下实现转弯动作；车体的俯视横截面呈现为具有两个缺口的部分圆形；两只滚轮分别设置在车体两侧不同缺口的空间内。
本实施例中的万向轮，可以是一个万向轮，也可以是两个万向轮，以一个万向轮为例，可以设置在车体下表面正中心的位置处，可以实现车体几乎在原地进行旋转拐弯的动作。本实施例的万向轮，还可以是设置在车体前侧和后侧的两个万向轮，可以实现前进拐弯和后退拐弯的动作。本实施例中，还提供与滚轮配合的减速电机，在车体需要拐弯时进行减速，可以尽可能的减少拐弯半径。进一步的，本实施例的车体俯视横截面呈现为具有两个对称缺口的部分圆形，滚轮设置在缺口空间内，这样使得具有圆形边界的车体进行旋转拐弯的动作时，车体和滚轮都不会轻易碰撞到障碍物。由此，本发明实施例提供的爬壁机器人，相比于现有技术，提高了运动自由度。
下面参见图1至图3，为本发明提供的一个优选实施例。在本优选实施例中，车体为上板和下板两片铝合金板组成的开放式车体，两片铝合金板由铜螺柱相连接。主控模块包括主板和无线模块(具体是wifi模块)。作业模块，以摄像头与相配合的舵机来举例。电源模块具体是电池包，万向轮包括两万向滚珠。滚轮为纯橡胶轮胎。具体的阐述如下：
如图1所示，一种具有高自由度的小型爬壁监视机器人，包括：车体，橡胶轮，万向轮，减速电机，主板，WiFi模块、电池包、摄像头以及强磁铁；
图1中所述车体为开放式结构，由上下两块铝合金板和中间的铜螺柱组成；上面的铝合金板上分布有安装孔位，用于电机支架、主板、WiFi模块、电池包以及摄像头；下面的铝合金板上同样有安装孔位，用于布置强磁铁以及安装万向滚珠；整体结构紧凑，重量轻，美观大方；上板采用2mm厚的铝合金板制作，满足安装各种设备的使用要求；下板采用3mm厚的铝合金制作，由于下板上面需要布置强磁铁来产生吸附力，经测试，3mm厚的铝合金板可以满足强度足够，同时重量轻便的要求。
图3中减速电机采用12V的直流减速电机，电机减速比达到了100：1，满足机器人运行的使用要求；
图2，每一个减速电机上面安装有一个纯橡胶轮胎，可以提供机器人运行的摩擦力。
图1中主板和WiFi模块安装在机器人最上面，通过串口通讯；WiFi模块上面布置有USB接口，实现和摄像头的通讯；WiFi模块上设置有5dBi长天线，有效控制距离达到了80m；进一步的，摄像头下面安装有两个舵机，下面一个可以水平360°旋转，上面一个俯仰角为-15～105°，可以观测到全部位置的景象；摄像头上可以是红外摄像等，在夜间也能清晰的观测到图像；同样也适用于在一些狭小的内部空间观测；
图1和图3中电池包的容量达到了5600mA，可以持续续航达到1.5h；电池包和电机分布在小车的两端，基本保证重量的平衡。
如图2所示，下板上面安装有3块60×20×10的长条状钕铁硼永磁铁，提供小车运行的吸附力。
在优选实施例中，小车可以稳定运行的条件为两个橡胶轮胎完全和壁面接触，前后两个万向轮不能同时接触壁面，两者保持水平时距离壁面1mm(运行时只有一个万向轮接触壁面)，磁铁距离壁面的高度为5mm。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种爬壁机器人，其特征在于，包括：车体、主控模块、电源模块、减速电机、两只滚轮、万向轮、磁铁以及作业模块；
所述主控模块电连接所述电源模块和所述作业模块，由所述电源模块供电并控制所述作业模块进行作业；所述电源模块，设置在所述车体内；所述主控模块设置在所述车体内或之上；所述作业模块，设置在所述车体上表面；所述磁铁设置在所述车体内接近壁面的一面，以提供吸附力；
所述减速电机设置在所述车体内，电连接所述主控模块，并与所述两只滚轮相配合；所述万向轮设置在所述车体的底面，能在车体驱动下实现转弯动作；所述车体的俯视横截面呈现为具有两个缺口的部分圆形；所述两只滚轮分别设置在车体两侧不同缺口的空间内。
2.根据权利要求1所述的爬壁机器人，其特征在于，所述车体具体为上下两块铝合金板组成的开放式车体，上下两片铝合金板由螺柱相连接。
3.根据权利要求2所述的爬壁机器人，其特征在于，所述上铝合金板厚度为2mm；所述下铝合金板厚度为3mm。
4.根据权利要求2或3所述的爬壁机器人，其特征在于，所述万向轮包括设置在所述车体下铝合金板前侧和后侧的两个万向滚珠。
5.根据权利要求2或3所述的爬壁机器人，其特征在于，所述减速电机具体为12V直流减速电机，设置在所述下铝合金板上，减速比至少100:1。
6.根据权利要求2或3所述的爬壁机器人，其特征在于，所述两只滚轮具体为两只纯橡胶轮。
7.根据权利要求2或3所述的爬壁机器人，其特征在于，所述电源模块为分布在所述下铝合金板两侧的电池包，总容量至少5600mAh，续航1.5h以上。
8.根据权利要求2或3所述的爬壁机器人，其特征在于，所述主控模块，包括设置在上铝合金板的上表面之上的主板，所述主控模块还包括与所述主板电连接的无线模块。
9.根据权利要求8所述的爬壁机器人，其特征在于，所述作业模块，包括摄像头以及与其配合的两个舵机，可实现摄像头水平360°旋转，以及俯仰角-15～105°。
10.根据权利要求9所述的爬壁机器人，其特征在于，所述摄像头为红外摄像头。
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