CN110962134A - 用于清洗换流阀大厅内壁的机器人 - Google Patents
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Abstract
针对换流阀大厅内壁人工清洗困难，效率低，成本高的情况，设计了一套可用于清洗换流阀大厅内壁的机器人。可用于清洗换流阀内壁的机器人主要包括：驱动模块；吸附模块；导向模块；清洁功能模块。所述驱动模块主要包括：两个步进电机，两个减速器，以及两个同步带传动机构。所述吸附模块是由磁钢轮和网带的链条组成。所述导向模块是由两对导向轮座和导向轮组成。所述清洗模块包括清洗气刀和集尘装置。气刀安装在机器人前部，能够有效吹起灰尘。所设计的集尘装置包括气泵、吸尘外壳以及吸尘电机。所述的壁障模块包括：超声波传感器、传感器螺母以及传感器固定座。该机器人可代替人工完成清洗工作，效率高，节约成本，降低危险。
Description
技术领域
本发明涉及智能装备制造与设计研究领域。
背景技术
换流阀是直流输电工程的核心设备，通过将三相交流电压连接到直流端得到期望的直流电压并实现对功率的控制。换流阀大厅是放置换流阀的封闭建筑，高度有30米，即机器人要在高约30米的垂直壁面上爬行并进行清洁工作，其内壁累积的灰尘若不及时清理会扩散到空气中，从而对换流阀的正常运行和使用寿命产生很大影响。目前，壁面的清洁工作由人工完成，需购买专业升降机器，效率低、危险性高且浪费了大量的人力和物力，研制自动化清洁机器人势在必行。
对此，本专利设计了一个可用于清洗换流阀大厅内壁的机器人。该机器人可代替人工连续完成清洗工作，效率高，节约了大量的成本。该发明可为用在多种工作环境的爬壁机器人设计研究提供依据。
发明内容
本发明要解决的难点包括：1、设计可靠的驱动和吸附机构，实现机器人对壁面的攀爬吸附；2、设计合理的导向和避障机构，实现机器人的直线行走和障碍躲避。3、设计合理的清洁机构，实现机器人对换流阀大厅内壁有型面的有效清洁；体积小、重量轻、清洁效率高。
可用于清洗换流阀内壁的机器人主要包括：驱动模块：清洗机器人具有攀爬竖直壁面能力。吸附模块：清洗机器人具有吸附竖直壁面能力。导向模块：清洗机器人具有沿直线行走能力。清洁功能模块：机器人具有清洁壁面能力；壁障模块。机器人具有避开壁面障碍物能力。
所述驱动模块主要包括：两个步进电机，其中有一个是带有刹车的步进电机，两个减速器，以及两个同步带传动机构，整体驱动是双后轴驱动的方式。步进电机和减速器用螺钉连接在电机座上，该电机座可通过螺钉连接固定在盖板上。而同步带是连接在电机座上的，因为连接电机座的盖板下侧有定位电机座的沟槽，所以该设计能够调节同步带的张紧力，同步带直接带动链轮运动。
所述吸附模块是由链轮和网带的链条组成，在链条上安装磁钢轮使链条能够吸附在换流阀的钢板壁面上。
所述导向模块是由两对导向轮座和导向轮组成以适应换流阀壁面的突起。导向轮座安装在盖板前后位置。
所述清洗模块包括清洗气刀和集尘装置。气刀安装在机器人前部，能够有效吹起灰尘，为避免灰尘吹散，设计了一个遮尘罩，该遮尘罩通过软性导管连接到集尘装置。所设计的集尘装置包括气泵、吸尘外壳以及吸尘电机。另外为使清洗机器人能够从母机上脱离到换流阀壁面上，所设计的清洗装置是能够旋转的，这一旋转动作是通过一对气缸和合页的共同连接完成的，实验表明该装置能够有效的使清洗机器脱离母机到换流阀壁面上。
所述的壁障模块包括：超声波传感器、传感器螺母以及传感器固定座。该模块安装在机器人的前面，具体在安装在遮尘罩的支架上。采用信号控制单片机的方式躲避障碍物。
本发明的有益效果在于：该机器人可代替人工连续完成清洗工作，效率高，节约了大量的成本，而且换流阀大厅的内壁高达30米，使用机器人清洗工作能够降低危险性。该发明可为用在多种工作环境的爬壁机器人设计研究提供依据。
附图说明
图1是本发明整体结构上视图，
图2是本发明整体结构仰视图，
图3是本发明整体结构左视图，
图4是本发明整体结构后视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
可用于清洗换流阀大厅内壁的机器人主要包括驱动模块、吸附模块、导向模块、清洗功能模块以及壁障模块。
所述的驱动模块如图2所示，包括9减速机a、10减速器b、11同步带a、12同步带b、13步进电机、14带刹车的步进电机以及19步进电机驱动器这些组成驱动模块为机器人提供动力。驱动模块安装在5盖板的底侧：具体是在盖板底侧设计有沟槽，该沟槽一方面可以给电机座定位，另一方面可以张紧同步带。
所述吸附模块如图3所示，采用在链条外侧安装磁钢吸附换流阀壁面的方法，由18链条、20链轮以及安装在链条上的磁块组成。
所诉的导向模块如图4所示，是由两对21导向轮组成，分别安装在机器人的前后，可贴附在换流阀壁面突起的位置。
所述的清洗功能模块包括如图1和图2所示，包括1遮尘罩、6灰尘输送软管、4集尘装置以及7气刀。工作原理：通过母机上的气泵来为气刀提供气量，吹起换流阀壁面的灰尘，为使灰尘不会吹散，特此设计了遮尘罩，然后通过6灰尘输送软管到集尘装置收集灰尘。该集尘装置上面设计了灰尘过滤网。另外为使子机能够顺利自动从母机脱离到换流阀壁面，需要让清洗模块有旋转的自由度，故特设计了2合页和3气缸使遮尘罩能够旋转。
所述的壁障模块如图3所示，包括15超声波传感器，16传感器螺母以及17传感器固定座，这一模块安装在遮尘罩的支架上，采用控制信号的方式躲避障碍物。具体叙述：通过设定输入，选择工作距离，超声波接近开关接近障碍物时由输出开关信号给单片机，再由单片机控制机器人上的电机，从而改变机器人的状态，避开前方障碍。
本说明书实施例所述内容仅仅是对发明构思所实现形式的列举，本发明的保护范围不应当仅局限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围及于本领域技术人员根据本发明的技术构思所能想到的等同技术手段。
Claims (9)
1.可用于清洗换流阀大厅内壁的机器人设计，其特征在于：整个机器人总共有五个功能模块组成，分为驱动模块：清洗机器人具有攀爬竖直壁面能力；吸附模块：清洗机器人具有吸附竖直壁面能力；导向模块：清洗机器人具有沿直线行走能力；清洁功能模块：机器人具有清洁壁面能力；壁障模块：机器人具有避开壁面障碍物能力。
2.如权利要求1所述驱动模块，其特征在于：包括两个步进电机、两个减速器、两个同步带传动机构。
3.所述步进电机和减速器用螺钉连接在电机座上，该电机座可通过螺钉连接固定在盖板上。
4.所述同步带是连接在电机座上的。
5.如权利要求1所述吸附模块，其特征在于：包括链轮网带的链条。
6.在链条上安装磁钢轮使链条能够吸附在换流阀的钢板壁面上。
7.如权利要求1所述导向模块，其特征在于：包括两对导向轮座和导向轮，导向轮座安装在盖板前后位置。
8.如权利要求1所述清洗模块，其特征在于：包括气刀和集尘装置，气刀安装在机器人前部，气刀前设计了一个遮尘罩，该遮尘罩通过软性导管连接到集尘装置。
9.所述集尘装置包括气泵、吸尘外壳以及吸尘电机。
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