CN111017053B - 一种爬壁式机器人底座 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种爬壁式机器人底座，涉及船舶建造技术领域。一种爬壁式机器人底座，其结构包括前车座、后车座，前车座两侧和后车座两侧分别设有磁吸式履带装置，前车座和后车座之间通过铰链连接，铰链为万向铰链。通过本发明的爬壁机器人底座，在曲面或者其他不规则面板上行走时，由于铰链是万向铰链，前车座和后车座之间配合更加灵活，爬行履带可以更加贴合面板，提升履带吸附面板的效果。
Description
技术领域
本发明涉及船舶建造技术领域，具体涉及一种爬壁式机器人底座。
背景技术
近年来中国人口红利的逐渐消退、劳动力成本的不断增长以及人们日益增强的维权和健康意识，中国的造船行业，如同其他劳动密集型制造业一样，正在经历着一场前所未有的挑战，也同样面临着行业转移的风险。然而现阶段，中国造船行业生产自动化水平依然不高，许多地方仍在大规模的延续手工打磨、手工喷涂、CO2半自动焊甚至手工焊的作业习惯，生产效率低，作业环境差，劳动力依赖程度高，已经严重影响到造船工业的进一步发展。新形势下，再依靠简单的劳动力堆砌和低效的生产效率，已经不能适应快速发展的现代化造船和国防建设的要求。采用新型的自动化设备，代替人工作业，降低生产成本，提高生产效率，是新时期下制造业发展的必然要求，也是企业发展的内在动力。因此，设计、研究与开发一种能广泛应用于船厂范围、并能逐步取代人工的自动化机器人的想法应运而生。
在过去的一段时间内，自动化机器人逐步在各行业得到广泛应用。其中国外比如FANUC、KUKA、ABB、KRANENDONK这些大型企业，国内如新松这样的新锐企业，这些企业技术力量强、资金雄厚，在自动化领域有着巨大的优势。但是，这些公司的产品的特点是机械臂位置固定不动，加工部件随流水线移动，这样的产品并不适用于船舶建造领域，不符合船舶建造的特点。即便是近些年来开始涉足造船领域的FANUC和KRANENDONK，其产品也主要在小组立片状和平直结构进行测试，机械手臂的臂展短，施工范围有限，作业要求简单，且费用昂贵，并不适合大合拢甚至曲面作业和大规模使用的要求。因此，赋予设计产品能够自由移动、作业范围大、成本低廉、操作简便等适用于船舶建造的特点，是竞争力所在。
现有技术的爬壁机器人，一般采取履带式的爬壁机器人，虽然履带机器人在跃障及爬行方面存在一定的优势，但是船舶表面往往会存在各种曲面及其他不规则面板，爬壁机器人在移动过程中往往会因为吸附不牢而发生侧翻甚至脱离作业区域，给施工造成一定的危险。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种爬壁式机器人底座，以解决现有爬壁机器人移动过程中不能很好吸附在作业区域的问题，本发明的技术目的是通过以下技术方案实现的：
一种爬壁式机器人底座，其结构包括前车座、后车座，前车座两侧和后车座两侧分别设有磁吸式履带装置，前车座和后车座之间通过铰链连接，铰链为万向铰链，在曲面或者其他不规则面板上行走时，前车座和后车座之间配合更加灵活，爬行履带可以更加贴合面板，提升履带吸附面板的效果。
进一步地，磁吸式履带装置包括驱动轮、驱动轴、永磁吸附单元、爬行履带、支撑连杆、弹簧、从动轮和从动轴，驱动轴设置在驱动轮中轴部，从动轴设置在从动轮中轴部；支撑连杆分别设置在吸附式履带装置两侧，支撑连杆一端连接驱动轴，支撑连杆另外一端连接从动轴，弹簧设置在支撑连杆上；爬行履带设置在驱动轮和从动轮外侧，驱动轮和从动轮外侧壁与爬行履带内侧壁贴合；永磁吸附单元设置在爬行履带外侧壁。
进一步地，支撑连杆与驱动轴连接的一端和支撑连杆与从动轴连接的一端这两端可以相对移动，弹簧设置在支撑连杆两端之间，支撑连杆可以为液压杆，一方面通过支撑连杆可以作为驱动轮和从动轮的支架，另外一方面，通过支撑连杆，可以起到减震和缓冲的作用。
进一步地，前车座上的磁吸式履带装置和前车座之间通过驱动轴连接，磁吸式履带装置可以沿驱动轴相对前车座360°转动；后车座上的磁吸式履带装置和后车座之间通过驱动轴连接，磁吸式履带装置可以沿驱动轴相对后车座360°转动，可以实现爬坡、翻越沟槽以及阶梯攀爬的功能。
进一步地，铰链包括前铰接座板、后铰接座板、水平铰接销、纵向铰接销，前铰接座板和后铰接座板之间通过纵向铰接销铰接；后铰接座板固定在后车座上，前铰接座板通过水平铰接销与前车座连接，水平铰接销一端固定在前车座上，前铰接座板可以以水平铰接销为中轴转动。
进一步地，永磁吸附单元包括轭铁、永磁体以及隔磁板，永磁体、轭铁和隔磁板的布置呈乙型磁路结构，两块永磁体之间用隔磁板割开，永磁体的四周也用隔磁板包裹，永磁体和爬行履带之间还设有轭铁，永磁铁一端吸附在轭铁上，两块磁铁的磁极相反，通过轭铁进行导磁，提高磁能利用率；采用隔磁板对永磁体进行包覆，通过减少永磁体暴露面积，还可以减少对铁锈的吸附，绝对的隔磁是无法实现的，只能采用隔磁率较低的材料，通常采用铝材料作为隔磁板材料。
进一步地，前车座和后车座上分别设有4个磁吸式履带装置，每个磁吸式履带装置之间的驱动为独立的，可以实现磁吸式履带装置的灵活转动。
该爬壁式机器人底座倒立吸附在船体结构上。其吸附力由固定在履带装置上的永磁吸附单元提供，并保证该机器人底座不会因为磁力突然消失而发生坠落。当驱动轮开始旋转时，前方的永磁吸附单元向下翻动，与船体结构实现接触，并开始吸附；后方的永磁吸附单元向上翻动，与船体结构发生脱离。该运动往复，实现爬壁机器人底座在船体结构上的行走功能。当船体表面遇到障碍时，车座上的履带装置可以相对于驱动轴实现360°旋转，并可相对于驱动轴刚性固定，其余履带装置可以相互支撑，实现整个履带式机器人底座翻越沟槽、斜坡等。当船体表面为不规则表面是，前后车座之间的铰接装置可以实现两个车座水平和纵向平面的转动。同时配合履带装置的旋转，确保底座较好地贴附在船体表面上。
通过本发明的爬壁式机器人底座，其有益效果在于：
(1)车座各配备4个磁吸式履带装置。磁吸式履带装置的驱动轴与车座具有弹性阻尼连接，可以有效地实现减震。整个履带装置可以相对于驱动轴360°范围内旋转，亦可相对于该驱动轴刚性固定，从而达到翻越沟槽、斜坡、阶梯的功能。
(2)磁吸式履带装置的设计，实现了爬壁机器人在垂直陡壁上甚至在悬空倒挂状态下进行施工作业的可能。
(3)将车座分为前车座和后车座，之间用铰链装置彼此连接，可以满足车座水平和纵向平面的转动，以适应于船体表面凹凸不平的特征，改善底座的可操纵性。
附图说明
图1是本发明的爬壁式机器人底座三维示意图。
图2是本发明的爬壁式机器人侧视图。
图3是本发明的爬壁式机器人俯视图。
图4是本发明的爬壁式机器人磁吸式履带装置示意图。
图5是本发明的爬壁式机器人永磁吸附单元结构示意图。
图6是本发明的爬壁式机器人铰链结构示意图。
图7是本发明的爬壁式机器人阶梯攀爬示意图。
图8是本发明的爬壁式机器人沟槽翻越示意图。
图9是本发明的爬壁式机器人爬坡示意图。
图中，1、前车座；2、后车座；3、铰链；4、磁吸式履带装置；5、驱动轮；6、驱动轴；7、永磁吸附单元；8、爬行履带；9、支撑连杆；10、弹簧；11、从动轮；12、从动轴；13、轭铁；14、永磁体；15、隔磁板；16、前铰接座板；17、水平铰接销；18、纵向铰接销；19、后铰接座板。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步解释说明：
如图1-6所示，一种爬壁式机器人底座，其结构包括前车座1、后车座2，前车座1两侧和后车座2两侧分别设有磁吸式履带装置4，该磁吸式履带装置4包括驱动轮5、驱动轴6、永磁吸附单元7、爬行履带8、支撑连杆9、弹簧10、从动轮11和从动轴12，驱动轴6设置在驱动轮5的中轴部，从动轴12设置在从动轮11的中轴部；支撑连杆9为液压杆，支撑连杆9分别设置在磁吸式履带装置4的两侧，支撑连杆9的一端连接驱动轴6，支撑连杆9的另外一端连接从动轴12，支撑连杆9两端之间设有弹簧10，弹簧10套设在支撑连杆9上，支撑连杆9与驱动轴6连接的一端和支撑连杆9与从动轴12连接的一端可以相对移动，通过弹簧10的设置，在支撑连杆9的两端相向移动时，压缩弹簧10，可以起到缓冲、减震和张紧的效果；爬行履带8设置在驱动轮5和从动轮11的外侧，驱动轮5和从动轮11外侧壁与爬行履带8的内侧壁贴合；永磁吸附单元7设置在爬行履带8的外侧壁，前车座1上的磁吸式履带装置4和前车座1之间通过驱动轴6连接，磁吸式履带装置可以沿驱动轴相对前车座360°转动；后车座2上的磁吸式履带装置4和后车座2之间通过驱动轴6连接，磁吸式履带装置4可以沿驱动轴6相对后车座2进行360°转动。前车座1和后车座2之间通过铰链3连接，铰链3包括前铰接座板16、后铰接座板19、水平铰接销17、纵向铰接销18，前铰接座板16和后铰接座板19之间通过纵向铰接销18铰接；后铰接座板19固定在后车座2上，前铰接座板16通过水平铰接销17与前车座1连接，水平铰接销17一端固定在前车座1上，前铰接座板16可以以水平铰接销17为中轴转动。永磁吸附单元7包括轭铁13、2个永磁体14以及隔磁板15，两块永磁体14之间用隔磁板15割开，永磁体14的四周也用隔磁板15包裹，永磁体14和爬行履带8之间还设有轭铁13，永磁体14一端吸附在轭铁13上，两块永磁体14的磁极相反，通过轭铁13进行导磁，提高磁能利用率。
如图7，本发明的爬壁式机器人底座由于磁吸式履带装置可以沿驱动轴360°旋转，且每个磁吸式履带装置的驱动是独立的，因此在遇到阶梯时，通过在后的磁吸履带装置整体沿驱动轴旋转，将前车座和后车座高度抬起，在后的磁吸履带装置旋转角度取决于台阶高度，旋转抬起高度满足最前方的磁吸履带装置可以搭载在上一级台阶即可，在前的磁吸履带装置搭载到高一级台阶上后，在前的磁吸履带装置向前移动，后面的磁吸履带装置逐个水平，爬上台阶。
如图8所示，本发明的爬壁式机器人底座在爬坡时，每个磁吸式履带装置可以最大程度的吸附在坡面上，不会从坡面上脱落。
如图9所示，本发明的爬壁式机器人底座在翻越不规则的沟槽时，通过铰链实现前车座和后车座之间的扭曲，再加上单个的磁吸式履带装置可以相对驱动轴转动，也可以保证磁吸式履带装置与船体表面接触面积足以使得爬壁式机器人底座可以吸附在船体表面，不会脱落。
本实施例只是对本发明的进一步解释，并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性的修改，但是只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (4)
1.一种爬壁式机器人底座，其特征在于，其结构包括前车座(1)、后车座(2)，所述前车座(1)两侧和后车座(2)两侧分别设有磁吸式履带装置(4)，所述前车座(1)和后车座(2)之间通过铰链(3)连接，所述铰链(3)为万向铰链；所述磁吸式履带装置(4)包括驱动轮(5)、驱动轴(6)、永磁吸附单元(7)、爬行履带(8)、支撑连杆(9)、弹簧(10)、从动轮(11)和从动轴(12)，所述驱动轴(6)设置在驱动轮(5)中轴部，所述从动轴(12)设置在从动轮(11)中轴部；支撑连杆(9)分别设置在磁吸式履带装置(4)两侧，支撑连杆(9)一端连接驱动轴(6)，支撑连杆(9)另外一端连接从动轴(12)，弹簧(10)设置在支撑连杆(9)上；所述爬行履带(8)设置在驱动轮(5)和从动轮(11)外侧，驱动轮(5)和从动轮(11)外侧壁与爬行履带(8)内侧壁贴合；所述永磁吸附单元(7)设置在爬行履带(8)外侧壁；所述前车座(1)上的磁吸式履带装置(4)和前车座(1)之间通过驱动轴(6)连接，磁吸式履带装置(4)可以沿驱动轴(6)相对前车座(1)转动；所述后车座(2)上的磁吸式履带装置(4)和后车座(2)之间通过驱动轴(6)连接，磁吸式履带装置(4)可以沿驱动轴(6)相对后车座(2)转动；所述前车座(1)和后车座(2)上分别设有4个磁吸式履带装置(4)。
2.根据权利要求1所述的一种爬壁式机器人底座，其特征在于，所述支撑连杆(9)与驱动轴(6)连接的一端和支撑连杆(9)与从动轴(12)连接的一端可以相对移动，所述弹簧(10)设置在支撑连杆(9)两端之间。
3.根据权利要求1所述的一种爬壁式机器人底座，其特征在于，所述铰链(3)包括前铰接座板(16)、后铰接座板(19)、水平铰接销(17)、纵向铰接销(18)，所述前铰接座板(16)和后铰接座板(19)之间通过纵向铰接销(18)铰接；所述后铰接座板(19)固定在后车座(2)上，所述前铰接座板(16)通过水平铰接销(17)与前车座(1)连接，水平铰接销(17)一端固定在前车座(1)上，前铰接座板(16)可以以水平铰接销(17)为中轴转动。
4.根据权利要求1所述的一种爬壁式机器人底座，其特征在于，所述永磁吸附单元(7)包括轭铁(13)、永磁体(14)以及隔磁板(15)，所述永磁体(14)、轭铁(13)和隔磁板(15)的布置呈乙型磁路结构。
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