CN111230898A - 一种磁吸附柔体爬壁机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁吸附柔体爬壁机器人，包括前运动装置、中间运动装置、后运动装置，所述前运动装置、中间运动装置之间连接有柔性连接器一，所述中间运动装置、后运动装置之间连接有柔性连接器二；所述前运动装置的下端设有前履带底盘，所述前运动装置的上端固设有摄像头；所述后运动装置的底端设有后履带底盘，所述后履带底盘、前履带底盘的上均设有履带，所述柔性连接器一上设有转向连接杆；所述转向连接杆连接有控制器，所述控制器上设有单片机，所述履带底盘、中间运动装置、后履带底盘内均设有永磁吸附块，所述永磁吸附块上设有磁力调整器。本发明提供一种可以沿金属壁面各方向爬行、灵活转弯，并进行图像采集的磁吸附柔体爬壁机器人。

Description

一种磁吸附柔体爬壁机器人

技术领域

本发明涉及特种机器人技术领域，具体来说，涉及一种磁吸附柔体爬壁机器人。

背景技术

火力发电厂锅炉水冷壁、大型罐体、城市管道等设备在长期连续运行过程中，形成水垢、污渍、锈蚀、破损等,影响其运行效率及运行的可靠性,严重时带来安全隐患，导致运行事故发生。

为了提高上述场合特种作业的安全可靠性，近年来爬壁机器人逐步替代人工进行作业，目前现有技术中有初步的左右双履带和前后双履带爬壁机器人，进行罐体和水冷壁爬壁作业。左右履带爬壁机器人只能适应大型金属表面(平面或者大型弧面)的爬壁作业，对于锅炉排管水冷壁环境不能可靠爬行，而前后双履带的爬壁机器人，前后设置有导向轮，只能沿着排管方向凹槽进行直上直下爬壁，无法在壁面上进行转弯行走，每巡检完一排管壁需要人工拿下，放置到另一排管壁，爬壁作业效率低，人工协助作业工作量大。

发明内容

针对相关技术中的问题，本发明提出一种磁吸附柔体爬壁机器人，解决现有爬壁机器人爬壁作业效率低，不能在金属壁面可靠爬行与转弯的问题。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样的：

设计一种磁吸附柔体爬壁机器人，包括前运动装置、中间运动装置、后运动装置，所述前运动装置、中间运动装置之间连接有柔性连接器一，所述中间运动装置、后运动装置之间连接有柔性连接器二；所述前运动装置的下端设置有前履带底盘，所述前运动装置的上端固设置有摄像头、收发天线，所述收发天线连接有GPS装置，所述GPS装置连接有电机驱动器，所述电机驱动器连接有电池，所述电池电连接所述摄像头；所述中间运动装置的底端设置有支撑轮，所述支撑轮连接有转向电机；所述后运动装置的底端设置有后履带底盘，所述后履带底盘、前履带底盘的上均设置有履带，所述履带上设置有驱动电机，所述柔性连接器一上设置有转向连接杆，所述转向连接杆连接有柔性连轴器，所述柔性连轴器连接有转动接头，所述转动接头连接有连接座；所述转向连接杆还连接有控制器，所述控制器上设置有单片机，所述履带底盘、中间运动装置、后履带底盘内均设置有永磁吸附块，所述永磁吸附块上设置有磁力调整器。

进一步，所述前履带底盘、后履带底盘上均设置有若干个所述摄像头，所述摄像头的两侧均设置有LED补光灯。

进一步，所述单片机的规格为STM32系列单片机。

进一步，所述履带上设置有软质防护层。

进一步，所述前运动装置上固设有机械接口、电控接口。

进一步，所述电池为直流电池。

进一步，所述前运动装置上设置有陀螺仪。

进一步，所述履带上还设置有减速机。

进一步，所述摄像头连接有视频存储器，所述视频存储器通过无线传输连接后端控制器及显示器。

进一步，GPS装置还连接有惯导修正模块。

本发明的有益效果：这种磁吸附柔体爬壁机器人，可以很好实现在金属壁面环境下，带载可靠行走、灵活转弯，把高空作业模块带上作业位置，操作人员通过遥控器进行高空巡视、清洗、打磨、测量等作业，可让操作人员远离高空作业环境，提高了作业安全性和劳动效率，并带来了一定的社会及经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例所述一种磁吸附柔体爬壁机器人的结构示意图；

图2是根据本发明实施例所述一种磁吸附柔体爬壁机器人的主视图；

图中：1、履带；2、前履带底盘；3、收发天线；4、柔性连接器一；5、支撑轮；6、中间运动装置；7、后履带底盘；8、转向连接杆；9、摄像头；10、前运动装置；11、后运动装置；12、柔性连接器二。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，根据本发明实施例所述的一种磁吸附柔体爬壁机器人，包括前运动装置10、中间运动装置6、后运动装置11，所述前运动装置10、中间运动装置6之间连接有柔性连接器一4，所述中间运动装置6、后运动装置11之间连接有柔性连接器二12；所述前运动装置10的下端设置有前履带底盘2，所述前运动装置10的上端固设置有摄像头9、收发天线3，所述收发天线3连接有GPS装置，所述GPS装置连接有电机驱动器，所述电机驱动器连接有电池，所述电池电连接所述摄像头9；所述中间运动装置6的底端设置有支撑轮5，所述支撑轮5连接有转向电机；所述后运动装置11的底端设置有后履带底盘7，所述后履带底盘7、前履带底盘2的上均设置有履带1，所述履带1上设置有驱动电机，所述柔性连接器一4上设置有转向连接杆8，所述转向连接杆8连接有柔性连轴器，所述柔性连轴器连接有转动接头，所述转动接头连接有连接座；所述转向连接杆8还连接有控制器，所述控制器上设置有单片机，所述履带底盘2、中间运动装置6、后履带底盘7内均设置有永磁吸附块，所述永磁吸附块上设置有磁力调整器。

如图1所示，在本实施例中，所述前履带底盘2、后履带底盘6上均设置有若干个所述摄像头9，所述摄像头9的两侧均设置有LED补光灯，所述LED补光灯能够增强图像采集效果。

如图1所示，在本实施例中，所述单片机的规格为STM32系列单片机。

如图1所示，在本实施例中，所述履带1上设置有软质防护层，能够增加耐用性。

如图1-2所示，在本实施例中，所述前运动装置10上固设有机械接口、电控接口，方便装置功能的拓展。

如图1-2所示，在本实施例中，所述电池为直流电池，有利于控制处理信息过程更加稳定。

如图1所示，在本实施例中，所述前运动装置10上设置有陀螺仪，使得运行控制更加平稳。

如图1所示，在本实施例中，所述履带1上还设置有减速机，能够减轻运行中的振动。

如图1所示，在本实施例中，所述摄像头9连接有视频存储器，所述视频存储器通过无线传输连接后端控制器及显示器，方便数据信息的查看。

如图1所示，在本实施例中，GPS装置还连接有惯导修正模块，可以降低误差，提高控制精度。

为方便对上述技术方案的进一步理解，现对其工作原理进行说明：

如图1-2所示，这种柔体爬壁机器人由前后两个运动履带底盘2和7、一个中间运动装置6以及两个中间柔性连接器4、六个4k高清摄像头9、高亮补光灯、内部控制单元、GPS定位装置、陀螺仪、电机及驱动器、电池及电源管理单元组成。

考虑到柔体爬壁机器人的稳定性和灵活性，能在锅炉管壁环境可靠行走、灵活转弯，选择了直流有刷电机作为驱动电机，并配以精密减速机以增强力矩；采用前中后三部分磁铁分布的布局结构，实现可靠吸附。

柔体爬壁机器人的吸附是通过前后单履带来实现的, 即在履带底盘2和后履带底盘7内部安装永磁吸附块, 并设有永磁吸附块磁力调整装置，可以根据实际场合进行磁力调节，为了可靠吸附，除了在前后履带底盘上设置吸附块，在中间运动装置6内部也设有辅助永磁吸附块，其中前后双履带与壁面处于良好接触，内部磁铁吸附块可起到防止坠落的功能；磁铁吸附块设置在履带底盘内部，确保机器人在爬壁过程中有一定越障能力。

柔体爬壁机器人的运动通过前后单履带进行驱动，单履带内部设有一套电机、减速机、驱动器进行驱动，履带1上的驱动电机带动减速机驱动链轮, 进而带动履带来实现运动，中间运动装置设有支撑轮进行运动支撑。

柔体爬壁机器人的转向通过在履带底盘2和后履带底盘7的驱动力，结合中间运动装置6的转向装置实现，转向装置内部有两个相互独立的两套转向电机及精密减速机产生转向动力，通过转向连接杆8来左右摆动前后履带进行转弯，转向姿态共有左C型、右C型、左S型、右S型四种姿态，很好地适应爬壁行走。

在吸附、运动及转向过程中，每条履带设有软质防护层，在保证爬壁清洁机器人作业时的安全性和灵活性及对爬壁壁面表面的保护。控制器包括单片机，单片机采用STM32系列单片机，如STM32F437。

摄像头9用于实时传输壁面视频信息，实现对现场信息采集功能，采用六路Mesh独立传输方式，摄像头9安装在柔体机器人前后履带底盘的顶部，摄像头9为超高清摄像机，输出图像像素500万像(3440×1440像素点)，视频存储在机器人本体上，同时通过无线传输给后端控制器及显示器，通过后端显示器实时观察机器人环境、壁面图像以及作业现场实况，并可通过后端控制终端手动控制柔体爬壁机器人运动及作业。

柔体爬壁机器人设有GPS定位实时显示机器人运动的位置，配有惯导修正模块以良好可靠控制机器人的运动及转向，机器人留有机械、电控接口用于扩展作业种类。

每一条履带都由经过精密加工的高品质元件组成。每个元件接口都配有高品质密封圈，整体达到IP54防护等级。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，可以替代人工在锅炉水冷壁或者金属墙体表面进行巡视作业，可以通过远程操作终端进行远程操作，可以沿大型锅炉水冷壁、罐体容器表面、金属壁面垂直、水平、斜向各方向爬行，灵活转弯，可靠性行走，并可以跨越壁面凸台、焊缝、凹坑、结痂、水垢等异物，可以有效采集水冷壁排管表面、罐体表面、金属表面及爬壁环境全方位的视频信息，行走和转弯过程中不划伤漆面、壁面表面，另外机器人设有防坠落安全绳。柔体爬壁机器人降低了高空作业的风险，极大提高了锅炉水冷壁、罐体或者金属墙体的巡视效率，提高了工人在高空危险环境下作业的安全性，提高了劳动工作的效率并带来一定的社会及经济效益。

在本发明的描述中，需要理解的是，指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种磁吸附柔体爬壁机器人，包括前运动装置（10）、中间运动装置（6）、后运动装置（11），其特征值在于，所述前运动装置（10）、中间运动装置（6）之间连接有柔性连接器一（4），所述中间运动装置（6）、后运动装置（11）之间连接有柔性连接器二（12）；所述前运动装置（10）的下端设置有前履带底盘（2），所述前运动装置（10）的上端固定设置有摄像头（9）、收发天线（3），所述收发天线（3）连接有GPS装置，所述GPS装置连接有电机驱动器，所述电机驱动器连接有电池，所述电池电连接所述摄像头（9）；所述中间运动装置（6）的底端设置有支撑轮（5），所述支撑轮（5）连接有转向电机；所述后运动装置（11）的底端设置有后履带底盘（7），所述后履带底盘（7）、前履带底盘（2）的上均设置有履带（1），所述履带（1）上设置有驱动电机，所述柔性连接器一（4）上设置有转向连接杆（8），所述转向连接杆（8）连接有柔性连轴器，所述柔性连轴器连接有转动接头，所述转动接头连接有连接座；所述转向连接杆（8）还连接有控制器，所述控制器上设置有单片机，所述履带底盘（2）、中间运动装置（6）、后履带底盘（7）内均设置有永磁吸附块，所述永磁吸附块上设置有磁力调整器。

2.根据权利要求1所述的一种磁吸附柔体爬壁机器人，其特征在于，所述前履带底盘（2）、后履带底盘（6）上均设置有若干个所述摄像头（9），所述摄像头（9）的两侧均设置有LED补光灯。

3.根据权利要求1所述的一种磁吸附柔体爬壁机器人，其特征在于，所述单片机的规格为STM32系列单片机。

4.根据权利要求1所述的一种磁吸附柔体爬壁机器人，其特征在于，所述履带（1）上设置有软质防护层。

5.根据权利要求1所述的一种磁吸附柔体爬壁机器人，其特征在于，所述前运动装置（10）上固设有机械接口、电控接口。

6.根据权利要求1所述的一种磁吸附柔体爬壁机器人，其特征在于，所述电池为直流电池。

7.根据权利要求1所述的一种磁吸附柔体爬壁机器人，其特征在于，所述前运动装置（10）上设置有陀螺仪。

8.根据权利要求1所述的一种磁吸附柔体爬壁机器人，其特征在于，所述履带（1）上还设置有减速机。

9.根据权利要求1所述的一种磁吸附柔体爬壁机器人，其特征在于，所述摄像头（9）连接有视频存储器，所述视频存储器通过无线传输连接后端控制器及显示器。

10.根据权利要求1所述的一种磁吸附柔体爬壁机器人，其特征在于，GPS装置还连接有惯导修正模块。

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