CN111776098B - 履带式励磁吸附爬壁作业机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种履带式励磁吸附爬壁作业机器人，包括机架、电磁履带机构、驱动电机、控制箱和电池箱。电磁履带机构包括结构相同的左侧电磁履带机构和右侧电磁履带机构，分别安装在机架的两侧形成双履带底盘结构，电磁履带机构内设置有励磁线圈；驱动电机安装在机架上并且通过传动轴与电磁履带机构相连；控制箱安装在机架上并且与驱动电机电性连接，控制箱与励磁线圈电性连接；电池箱安装在机架上并且与控制箱电性连接。无需通过安装大量的永磁体产生磁吸附力，体积小、负载能力强。并且控制箱能够通过调节励磁线圈电流的大小来改变磁吸附力，可以根据现场情况实时增加或减少磁吸附力，灵活性更高。无需作业表面光滑，适应范围广。

Description

履带式励磁吸附爬壁作业机器人
技术领域
本发明涉及机器人设备领域，具体的涉及一种履带式励磁吸附爬壁作业机器人。
背景技术
在目前的一些特殊作业领域，如风电机组的维护、船体表面的维护、大型储油罐体的检测、桥梁钢架结构的检测等，需要通过机器人挂载检测或者维护设备，在竖直平面甚至倒立平面进行爬壁作业来取代人工，从而提高检测维护的效率，降低人员的作业风险，目前在吸附式爬壁作业领域，有永磁吸附、真空吸附两种技术手段，永磁吸附机器人为了达到良好的负载能力，其自重较重，能够配置的作业组件有限，并且永磁吸附机器人无法实时调整吸附力的大小；而真空吸附机器人需要作业表面较为光滑，适应范围窄。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种履带式励磁吸附爬壁作业机器人，能够吸附在金属表面进行作业，体积轻，可携带多种作业组件，并且能够实时调节吸附力的大小。
根据本发明实施例的履带式励磁吸附爬壁作业机器人，包括：
机架；
电磁履带机构,所述电磁履带机构包括结构相同的左侧电磁履带机构和右侧电磁履带机构，分别安装在所述机架的两侧形成双履带底盘结构，所述电磁履带机构内设置有励磁线圈以用于形成电磁磁场使得履带产生磁吸附力；
驱动电机,所述驱动电机安装在所述机架上并且通过传动轴与所述电磁履带机构相连以用于提供驱动力；
控制箱,所述控制箱安装在所述机架上并且与所述驱动电机电性连接，所述控制箱与所述励磁线圈电性连接以用于控制励磁电流；
电池箱，所述电池箱安装在所述机架上并且与所述控制箱电性连接以用于供电。
根据本发明实施例的履带式励磁吸附爬壁作业机器人，至少具有如下技术效果：本技术方案通过两条电磁履带机构形成的双履带底盘结构，电磁履带机构由驱动电机提供动力，并且通过内置的励磁线圈形成强磁场，能够使攀爬机器人稳定可靠的吸附至竖直的任意金属作业表面进行爬壁行走，无需通过安装大量的永磁体产生磁吸附力，体积小、负载能力强。并且控制箱能够通过调节励磁线圈电流的大小来改变磁吸附力，可以根据现场情况实时增加或减少磁吸附力，灵活性更高。无需作业表面光滑，适应范围广。
根据本发明的一些实施例，所述电磁履带机构包括履带支架、带励磁线圈的电磁装置、导磁履带链条和两个履带轮，所述履带支架固定在所述机架的侧边，所述两个履带轮位于所述电磁装置的两端，任意一个履带轮通过传动轴与所述驱动电机相连，所述导磁履带链条环绕两个所述履带轮形成履带传动结构，所述电磁装置安装在所述履带支架上并且靠近所述导磁履带链条吸附作业面内侧的上方。
根据本发明的一些实施例，所述导磁履带链条内设置有永磁体。
根据本发明的一些实施例，所述电磁装置包括励磁支架和励磁线圈板，所述励磁线圈板通过励磁支架安装在履带支架上，所述励磁线圈板的底部开设有T型滑槽，所述励磁线圈卷绕于所述T型滑槽内，所述导磁履带链条与励磁线圈板相对的一面设置有与T型滑槽滑动配合的T型滑块，以用于对导磁履带链条进行导向和上下行程的限位。
根据本发明的一些实施例，所述导磁履带链条包括依次首尾相连的多个导磁履带板，所述导磁履带板为中空结构,所述导磁履带板内设置有永磁体，所述T型滑块固定安装在导磁履带板与励磁线圈板相对的一面。
根据本发明的一些实施例，所述电磁履带机构还包括悬架,所述履带轮皆通过一个悬架与履带支架活动连接。
根据本发明的一些实施例，所述悬架包括悬架上摆臂、悬架下摆臂和减震器，所述悬架上摆臂的一端可活动连接在所述履带支架的上端，所述悬架下摆臂的一端可活动连接在所述悬架上摆臂下方的所述履带支架上，所述悬架上摆臂和悬架下摆臂的另一端分别连接履带轮的上下两端，所述减震器位于所述悬架上摆臂和悬架下摆臂之间，所述减震器的一端与履带支架固定连接，所述减震器的另一端与履带轮的侧边固定连接。
根据本发明的一些实施例，所述履带轮包括履带轮毂轴承座和履带轮毂，所述履带轮毂轴承座的上端与所述悬架上摆臂可活动连接，所述履带轮毂轴承座的下端与所述悬架下摆臂可活动连接，所述传动轴穿过所述履带轮毂轴承座与履带轮毂相连。
根据本发明的一些实施例，所述控制箱和电池箱固定在所述机架顶部中间位置。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明实施例中履带式励磁吸附爬壁作业机器人的俯视图；
图2为本发明实施例中履带式励磁吸附爬壁作业机器人的侧视图；
图3为本发明实施例中电磁履带机构的结构示意图；
图4为本发明实施例中悬架的安装位置示意图；
图5为本发明实施例中电磁装置、履带支架和悬架的结构示意图；
图6为本发明实施例中导磁履带板的结构示意图；
图7为本发明实施例中导磁履带板与励磁线圈板滑动时的剖视图；
图8为本发明实施例中导磁履带板中永磁体的安装位置示意图。
附图标号
机架100、电磁履带机构200、励磁线圈210、履带支架220、导磁履带链条230、永磁体231、滑块232、导磁履带板233、履带轮240、履带轮毂轴承座241、履带轮毂242、励磁支架250、励磁线圈板260、滑槽261、悬架270、悬架上摆臂271、悬架下摆臂272、减震器273、驱动电机300、传动轴310、控制箱400、电池箱500。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等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。
在发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
参考图1-图2，一种履带式励磁吸附爬壁作业机器人，包括：
机架100、电磁履带机构200、驱动电机300、控制箱400和电池箱500。
电磁履带机构200包括结构相同的左侧电磁履带机构和右侧电磁履带机构，分别安装在机架100的两侧形成双履带底盘结构；驱动电机300安装在机架100上并且通过传动轴310与电磁履带机构200相连；控制箱400安装在机架100上并且与驱动电机300电性连接；电池箱500安装在机架100上并且与控制箱400电性连接以用于供电。
参考2和图3，电磁履带机构200包括履带支架220、电磁装置、导磁履带链条230、两个履带轮240和悬架270，履带支架220固定在机架100的侧边，两个履带轮240位于电磁装置的两端，任意一个履带轮240通过传动轴310与驱动电机300相连，导磁履带链条230环绕两个履带轮240形成履带传动结构，电磁装置安装在履带支架220外侧的下方。
参考图5,电磁装置包括励磁支架250和励磁线圈板260，励磁支架250为U型，两侧分别通过中间连接件251连接至悬架270，再通过悬架270连接至履带支架220，励磁线圈板260固定在励磁支架250的底部，励磁线圈板260的底部开设有T型滑槽261，参考图7，励磁线圈210卷绕于滑槽261内，控制箱400与励磁线圈电性连接以用于控制通过线圈的电流大小从而控制电磁磁场的强度，导磁履带链条230由若干导磁履带板233组成链式结构，T型滑块232固定安装在导磁履带板233的内顶部，本实施例中T型滑块232由两个相对的L型滑块构成，当导磁履带链条230与作业物表面接触运动时，T型滑块232在滑槽261内滑动，起到对导磁履带链条230进行导向和上下行程的限位，使得导磁履带板233始终与励磁线圈板260保持固定的气隙，从而不会引起磁场衰减。
为了提高磁吸附力，参考图8，导磁履带板233为中空结构,内部设置有永磁体231，永磁体231的磁场方向与励磁线圈210形成的磁场方向相同，使得导磁履带板233本身具备南北两极磁性，从而励磁线圈210产生的南北两极磁场能够通过永磁体231的磁极导向，使得磁力线能够穿过导磁履带板233后，对作业面产生更强的磁吸附力，本实施例中导磁履带板233的永磁体数量和重量远小于永磁攀爬机器人中的永磁体数量。
为了提升电磁履带机构200的越障能力，参考图4，每个电磁履带机构200内皆设置有两个悬架270，每个悬架270分别对应一个履带轮240，履带轮240通过悬架270与履带支架220活动连接。
参考图5，悬架270包括悬架上摆臂271、悬架下摆臂272和减震器273，悬架上摆臂271的一端可活动连接在履带支架220的上端，悬架下摆臂272的一端可活动连接在悬架上摆臂271下方的履带支架220上，履带轮240包括履带轮毂轴承座241和履带轮毂242，悬架上摆臂271和悬架下摆臂272的另一端分别活动连接至履带轮毂轴承座241的上下两端，减震器273位于悬架上摆臂271和悬架下摆臂272之间，减震器273的一端与履带支架220固定连接，减震器273的另一端与履带轮毂轴承座241的侧边固定连接，传动轴310穿过履带轮毂轴承座241与履带轮毂242相连，使得驱动电机300的动力传递至履带轮廓242，从而带动导磁履带链条230转动。
参考图1，为了保持运动时的平衡，控制箱400和电池箱500固定在机架100顶部中间位置，驱动电机300为两个，对称安装在机架100的前方。
本发明实施例的运动过程为：
驱动电机通过驱动轴带动履带轮毂8的转动，从而使得导磁履带链条230不停的穿过电磁装置内的励磁线圈板260，通过励磁线圈板260的磁场对外形成强磁吸附，从而实现爬壁作业的功能。
综上，本发明实施例通过两条电磁履带机构200形成双履带底盘结构，电磁履带机构200由驱动电机300提供动力，并且通过内置的励磁线圈210形成强磁场，能够使攀爬机器人稳定可靠的吸附至竖直的任意金属作业表面进行爬壁行走，无需通过安装大量的永磁体产生磁吸附力，体积小、负载能力强。并且控制箱400能够通过调节励磁线圈210电流的大小来改变磁吸附力，可以根据现场情况实时增加或减少磁吸附力，灵活性更高。无需作业表面光滑，适应范围广。
并且在电磁履带机构200内增设有悬架，可以极大的提升电磁履带机构200的越障能力，并且在导磁履带链条230内设置永磁体231，使得导磁履带板233本身具备南北两极磁性，从而励磁线圈210产生的南北两极磁场能够通过永磁体231的磁极导向，使得磁力线能够穿过导磁履带板233后，对作业面产生更强的磁吸附力。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (7)

1.一种履带式励磁吸附爬壁作业机器人，其特征在于，包括：
机架(100)；
电磁履带机构(200),所述电磁履带机构(200)包括结构相同的左侧电磁履带机构和右侧电磁履带机构，分别安装在所述机架(100)的两侧形成双履带底盘结构，所述电磁履带机构(200)内设置有励磁线圈(210)以用于形成电磁磁场使得履带产生磁吸附力；
驱动电机(300),所述驱动电机(300)安装在所述机架(100)上并且通过传动轴(310)与所述电磁履带机构(200)相连以用于提供驱动力；
控制箱(400),所述控制箱(400)安装在所述机架(100)上并且与所述驱动电机(300)电性连接，所述控制箱(400)与所述励磁线圈(210)电性连接以用于控制励磁电流；
电池箱(500)，所述电池箱(500)安装在所述机架(100)上并且与所述控制箱(400)电性连接以用于供电；
所述电磁履带机构(200)包括履带支架(220)、带所述励磁线圈(210)的电磁装置、导磁履带链条(230)和两个履带轮(240)，所述履带支架(220)固定在所述机架(100)的侧边，所述两个履带轮(240)位于所述电磁装置的两端，任意一个履带轮(240)通过所述传动轴(310)与所述驱动电机(300)相连，所述导磁履带链条(230)环绕两个所述履带轮(240)形成履带传动结构，所述电磁装置安装在所述履带支架(220)上并且靠近所述导磁履带链条(230)吸附作业面内侧的上方；
所述电磁装置包括励磁支架(250)和励磁线圈板(260)，所述励磁线圈板(260)通过励磁支架(250)安装在履带支架(220)上，所述励磁线圈板(260)的底部开设有T型滑槽(261)，所述励磁线圈(210)卷绕于所述T型滑槽(261)内，所述导磁履带链条(230)与所述励磁线圈板(260)相对的一面设置有与T型滑槽(261)滑动配合的T型滑块(232)，以用于对所述导磁履带链条(230)进行导向和上下行程的限位。
2.根据权利要求1所述的履带式励磁吸附爬壁作业机器人，其特征在于：所述导磁履带链条(230)内设置有永磁体(231)。
3.根据权利要求1所述的履带式励磁吸附爬壁作业机器人，其特征在于：所述导磁履带链条(230)包括依次首尾相连的多个导磁履带板(233)，所述导磁履带板(233)为中空结构,所述导磁履带板(233)内设置有永磁体(231)，所述T型滑块(232)固定安装在所述导磁履带板(233)与所述励磁线圈板(260)相对的一面。
4.根据权利要求1所述的履带式励磁吸附爬壁作业机器人，其特征在于：所述电磁履带机构(200)还包括悬架(270),所述履带轮(240)皆通过一个悬架(270)与所述履带支架(220)活动连接。
5.根据权利要求4所述的履带式励磁吸附爬壁作业机器人，其特征在于：所述悬架(270)包括悬架上摆臂(271)、悬架下摆臂(272)和减震器(273)，所述悬架上摆臂(271)的一端可活动连接在所述履带支架(220)的上端，所述悬架下摆臂(272)的一端可活动连接在所述悬架上摆臂(271)下方的所述履带支架(220)上，所述悬架上摆臂(271)和悬架下摆臂(272)的另一端分别连接所述履带轮(240)的上下两端，所述减震器(273)位于所述悬架上摆臂(271)和悬架下摆臂(272)之间，所述减震器(273)的一端与所述履带支架(220)固定连接，所述减震器(273)的另一端与所述履带轮(240)的侧边固定连接。
6.根据权利要求5所述的履带式励磁吸附爬壁作业机器人，其特征在于：所述履带轮(240)包括履带轮毂轴承座(241)和履带轮毂(242)，所述履带轮毂轴承座(241)的上端与所述悬架上摆臂(271)可活动连接，所述履带轮毂轴承座(241)的下端与所述悬架下摆臂(272)可活动连接，所述传动轴(310)穿过所述履带轮毂轴承座(241)与所述履带轮毂(242)相连。
7.根据权利要求1所述的履带式励磁吸附爬壁作业机器人，其特征在于：所述控制箱(400)和电池箱(500)固定在所述机架(100)顶部中间位置。
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