CN112265590B - 一种一体化爬行机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适配超高压/空化水射流与无气喷涂模组的一体化爬行机器人，包括车架、壳体以及用于驱动所述车架进行移动的驱动装置，所述车架包括横梁、与所述横梁固定连接的固定板以及围绕在所述爬行机器人部分外周的支架，所述固定板上设置有用于与除锈模组和/或无气喷涂模组连接的接口，所述驱动装置包括磁吸驱动轮组，所述磁吸驱动轮组包括调节杆，所述支架上对应所述横梁的长度方向设置有调节头，所述调节杆的两端分别与所述横梁和所述调节头连接，所述调节头上开设有调节槽，所述调节杆靠近所述调节槽的一端活动设置在所述调节槽中；所述除锈模组为采用超高压/空化水射流进行除锈。本申请的爬行机器人能够适应不同弧面的工作面。

Description

一种一体化爬行机器人

技术领域

本发明专利属于腐蚀治理机器人技术领域，具体涉及一种应用于储罐立面的适配超高压/空化水射流与无气喷涂模组的一体化爬行机器人以及包括该爬行机器人的除锈机器人和喷漆机器人。

背景技术

国内滨海电力、石化等行业储罐设备众多，内部腐蚀性介质与外部滨海/工业大气环境恶劣，储罐内外壁多采用涂层作为表面防护手段，然而在内外部环境侵蚀和表面涂层自然老化条件下，设备表面腐蚀问题频出，因此储罐需要定期开展局部或整体防腐维修工作。

目前储罐防腐维修多采用脚手架或吊篮的方式进行人工作业，工作量大、效率低，且施工安全风险高。国内在船舶和石化行业已有少量防腐作业机器人的应用案例，但是机器人功能较为单一，只能单独进行除锈或喷漆作业，且喷漆功能上装模组与工艺设计不合理，喷漆效果较差，无法满足工程应用需求；同时机器人适应曲率半径受限，适宜于大曲率半径储罐外壁，而对于直径10m以下的储罐机器人内/外壁往往则无法应用，有较高的坠落风险。

发明内容

有鉴于此，为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种适用于储罐腐蚀治理的爬行机器人，其能够适用于直径10m以下的储罐腐蚀治理工程，自动匹配储罐的直径，且能够同时适配于除锈模组和无气喷涂模组，适用范围广。

为了达到上述目的，本发明采用以下的技术方案：

一种适配超高压/空化水射流与无气喷涂模组的一体化爬行机器人，所述爬行机器人包括车架、壳体以及用于驱动所述车架进行移动的驱动装置，所述车架包括横梁、与所述横梁固定连接的固定板以及围绕在所述爬行机器人部分外周的支架，所述固定板上设置有用于与除锈模组和/或无气喷涂模组连接的接口，所述驱动装置包括磁吸驱动轮组，所述磁吸驱动轮组包括调节杆，所述支架上对应所述横梁的长度方向设置有调节头，所述调节杆的两端分别与所述横梁和所述调节头连接，所述调节头上开设有调节槽，所述调节杆靠近所述调节槽的一端活动设置在所述调节槽中；所述除锈模组为采用超高压/空化水射流进行除锈。一体化爬行机器人适用于储罐内外表面的腐蚀治理。

通过设置调节槽，使得调节杆与横梁之间夹角的可调整，进而带动磁吸驱动轮组进行倾斜，以适应不同弧面的工作面，使得采用上述方案的爬行机器人能够适用10m以下直径的储罐内外表面处理和防护。且通过在固定板上设置能够同时适配于除锈模组和无气喷涂模组的接口，使得在进行除锈和喷漆操作时采用同一个本申请中的爬行机器人即可，无需采用两套机器人设备，能够有效降低适配成本。

根据本发明的一些优选实施方面，所述调节杆的两端均通过销轴分别连接在所述横梁的端部和所述调节槽内，所述调节头和调节杆之间的销轴可沿所述调节槽滑动，所述调节杆通过横梁与调节杆之间的销轴与所述横梁转动连接。通过销轴连接，使得调节杆沿横梁与调节杆之间的销轴可以围绕横梁进行转动，同时，采用调节槽和调节槽中的销轴对转动角度进行约束。

根据本发明的一些优选实施方面，所述调节槽为弧形设置，所述弧形调节槽对应的圆心为所述调节杆与横梁的连接点。当工作面为平面时，调节杆、横梁以及调节头位于同一水平面上，调节杆位于弧形调节槽的中点。当工作面为弧面时，调节杆能够围绕横梁转动，且通过弧形设置的调节槽能够使得调节杆在一定范围内转动，使得两组磁吸驱动轮组之间形成一定的夹角，以适应于不同弧度的工作面。优选调节槽的弧度为15°，防止两组磁吸驱动轮组之间形成的夹角过大，爬行机器人有坠落风险。

根据本发明的一些优选实施方面，所述调节头位于所述横梁的轴心线上。即当工作面为平面时，调节杆、横梁以及调节头位于同一水平面上，调节杆位于弧形调节槽的中点。

根据本发明的一些优选实施方面，所述磁吸驱动轮组包括保护壳、驱动带、驱动电机和减速器，所述保护壳通过连接法兰与所述调节杆固定连接，所述保护壳与所述驱动带内形成用于容纳所述驱动电机和减速器的腔体。磁吸驱动轮组采用轮式悬摆吸附方式。选择现有技术中适用于爬行机器人上的常规设置即可，如磁吸驱动轮组包括保护壳、充气胶轮、驱动轮轮毂、驱动带、驱动电机和减速器等。

根据本发明的一些优选实施方面，所述接口包括转动设置在所述固定板上的转动座以及设置在所述转动座上的接头，所述接头上设置有向外凸出的定位块，所述定位块沿所述接头的长度方向延伸。接口能够对除锈模组和喷漆模组的安装进行定位，且定位块的设置能够防止除锈模组和喷漆模组中的相关部件的随意转动。转动座能够带动除锈模组或喷漆模组相关部件进行转动或摆动，以实现相关功能。

根据本发明的一些优选实施方面，所述固定板的下方还连接有万向轮，所述万向轮与两个磁吸驱动轮组形成三角形设置，使得爬行机器人在工作面上的移动更加平稳。

根据本发明的一些优选实施方面，所述横梁的下部通过延伸板固定有距离传感器，所述距离传感器用于测量所述爬行机器人与工作面和障碍物的距离状态。通过距离的检测，监控工作面的状况以及爬行机器人的工作状态。

一种除锈机器人，包括如上所述的爬行机器人以及除锈模组，所述除锈模组包括除锈喷枪、用于夹持所述除锈喷枪的夹持杆、用于带动所述夹持杆转动的摆动组件，所述摆动组件配合安装在所述接口上，所述除锈喷枪连接有高压/空化水射流装置。

在本发明的一些实施例中，摆动组件包括与夹持杆连接的连接杆、用于带动连接杆摆动的摆杆以及用于带动摆杆摆动的摆动座，摆动座具有容纳接头的腔体，摆动座套设在接头上并固定安装在转动座上，固定板上固定有用于带动所述转动座转动的摆动电机。使用时，摆动电机启动，带动转动座来回循环旋转，通过摆动座以及摆杆，实现连接杆的左右摆动，进行带动夹持杆以及除锈喷枪的左右摆动。

一种喷漆机器人，包括如上所述的爬行机器人以及无气喷涂模组，所述无气喷涂模组包括高压无气喷枪、用于夹持所述高压无气喷枪的移动杆以及用于带动所述移动杆移动的移动组件，所述移动组件配合安装在所述接口上。

在本发明的一些实施例中，移动组件包括固定安装在接头上的固定座、安装在固定座上的导轨、滑动设置在所述导轨上的滑动块、与滑动块固定连接的同步带、带动同步带运转的同步轮以及驱动所述同步轮转动的移动电机，滑动块与移动杆固定连接，固定座具有容纳接头的腔体，固定座套设在接头上并固定安装在转动座上，转动座和固定座均固定不动。使用时，移动电机启动，带动同步轮转动，同步带转动，固定在同步带上的滑块滑动，并通过导轨对滑块的运动进行导向，滑块滑动带动移动杆和喷漆喷枪移动。

与现有技术相比，本发明的有益之处在于：本申请的适用于储罐腐蚀治理的爬行机器人，通过设置调节槽，使得调节杆与横梁之间夹角的可调整，进而带动磁吸驱动轮组进行倾斜，以适应不同弧面的工作面，使得采用上述方案的爬行机器人能够适用10m以下直径的储罐表面处理和防护。且通过在固定板上设置能够同时适配于除锈模组和无气喷涂模组的接口，使得在进行除锈和喷漆操作时采用同一个本申请中的爬行机器人即可，无需采用两套机器人设备，能够有效降低适配成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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为本发明优选实施例的适用于储罐表面防护的爬行机器人的立体图；

图2为本发明优选实施例通的适用于储罐表面防护的爬行机器人的侧视图；

图3为本发明优选实施例的爬行机器人中隐藏部分部件后的立体图；

图4为本发明优选实施例的爬行机器人中横梁与调节头的示意图；

图5为本发明优选实施例的爬行机器人中磁吸驱动轮组的截面图；

图6为本发明优选实施例的爬行机器人在平面上工作时的示意图；

图7为本发明优选实施例的爬行机器人在储罐外表面上工作时的示意图；

图8为本发明优选实施例的爬行机器人在储罐内表面上工作时的示意图；

图9为本发明优选实施例中除锈机器人的截面示意图；

图10为本发明优选实施例中除锈机器人工作时的示意图；

图11为本发明优选实施例中喷漆机器人的截面示意图；

图12为本发明优选实施例中喷漆机器人另一视角的示意图；

图13为本发明优选实施例中喷漆机器人工作时的示意图；

附图中：爬行机器人-1，壳体-11，横梁-12，固定板-13，连接板-131，过渡板-132，支架-14，接口-15，转动座-151，接头-152，定位块-153，调节头-16，调节槽-161，延伸板-17，距离传感器-171，防护缘-18；磁吸驱动轮组-2，调节杆-21，连接法兰-22，保护壳-23，充气胶轮-24，驱动轮轮毂-25，驱动带-26，驱动电机-27，减速器-28，销轴孔-29，磁性吸附单元-210，从动轮-211；万向轮-3；除锈模组-4，除锈喷枪-41，夹持杆-42，连接杆-43，摆杆-44，摆动座-45，摆动电机-46，支撑块-47；喷漆模组-5，高压无气喷枪-51，移动杆-52，固定座-53，导轨-54，滑动块-55，同步带-56，同步轮-57，移动电机-58；工作面-6。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，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的实施例，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在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

如图1~13所示，本实施例中的适用于储罐腐蚀治理的爬行机器人1，包括车架、壳体11以及用于驱动车架进行移动的驱动装置。

车架采用航空铝合金材料，包括横梁12、与横梁12固定连接的固定板13以及围绕在爬行机器人1部分外周的支架14，支架14能够用于爬行机器人1的防坠，可以防止设备在壁面作业时掉落。壳体11上对应支架14设置有防护缘18，以进一步加强对爬行机器人1主体结构的防护。横梁12与固定板13通过过渡板132固定连接，支架14通过连接板131与固定板13连接。

固定板13上设置有用于与除锈模组和/或无气喷涂模组连接的接口15，使得在进行除锈和喷漆操作时采用同一个本实施例中的爬行机器人1机器人即可，无需采用两套机器人设备，能够有效降低适配成本。接口15兼容多种功能模块，可现场快速拆装除锈模组4和喷漆模组5，扩展了储罐爬行机器人1的功能。除锈模组为采用超高压/空化水射流进行除锈。

接口15包括转动设置在固定板13上的转动座151以及设置在转动座151上的接头152，接头152上设置有向外凸出的定位块153，定位块153沿接头152的长度方向延伸。接口15能够对除锈模组4和喷漆模组5的安装进行定位，且定位块153的设置能够防止除锈模组4和喷漆模组5中的相关部件的随意转动。转动座151能够带动除锈模组4或喷漆模组5相关部件进行转动或摆动，以实现相关功能。

本实施例中的驱动装置包括磁吸驱动轮组2，本实施例中的磁吸驱动轮组2包括调节杆21、保护壳23、充气胶轮24、驱动轮轮毂25、驱动带26、驱动电机27、减速器28、磁性吸附单元210、从动轮211等，调节杆21贯穿两侧的保护壳23并与保护壳23通过连接法兰22固定连接。保护壳23与驱动带26内形成用于容纳驱动电机27和减速器28的腔体。磁吸驱动轮组2由交流伺服电机通过减速器28驱动，通过两个驱动轮差速实现转向，轮胎选用充气橡胶轮胎，保证机器人在不同的工况下具备足够的摩擦力，最大限度的减少对壁面的破坏。磁吸驱动轮组2中的磁性吸附单元210采用轮式悬摆吸附方式，通过两个轴承套在轮壳体中间的回转轴上，当车轮壳体转动时，磁铁与导磁壁面始终吸附而不会随着旋转。该结构提高了磁体利用率，减轻了车体重量。磁吸驱动轮组2的具体结构可以选择现有技术中适用于爬行机器人1上的常规设置，如采用申请号为201710181070.5的专利公开中记载的磁吸驱动轮组2的结构。

固定板13的下方还通过一对圆锥滚子轴承连接有万向轮3，万向轮3与两个磁吸驱动轮组2形成三角形设置，使得爬行机器人1在工作面6上的移动更加平稳，且能够随意移动。

支架14上对应横梁12的长度方向设置有调节头16，调节头16位于横梁12的轴心线上，调节头16上具有供支架14贯穿的安装孔。调节杆21的两端均通过销轴分别与横梁12和调节头16连接，调节杆21、横梁12对应的位置均开设有销轴孔29，销轴孔29沿爬行机器人的前后方向开设，以使得调节杆21能够沿爬行机器人的上下方向转动。调节头16上开设有调节槽161，调节杆21靠近调节槽161的一端活动设置在调节槽161中。调节头16和调节杆21之间的销轴可沿调节槽161滑动，调节杆21通过横梁12与调节杆21之间的销轴与横梁12转动连接。通过销轴连接，使得调节杆21沿横梁12与调节杆21之间的销轴可以围绕横梁12进行上下转动，同时，采用调节槽161和调节槽161中的销轴对转动角度进行约束。

本实施例中的调节槽161为弧形设置，且其沿爬行机器人1的上下方向开设，弧形调节槽161对应的圆心为调节杆21与横梁12的连接点。当工作面6为平面时，调节杆21、横梁12以及调节头16位于同一水平面上，调节杆21位于弧形调节槽161的中点。当工作面6为弧面时，调节杆21能够围绕横梁12转动，且通过弧形设置的调节槽161能够使得调节杆21在一定范围内转动，使得两组磁吸驱动轮组2之间形成一定的夹角，以适应于不同弧度的工作面6。如图6-8所示，图6为爬行机器人1在平面工作面6上吸附时横梁12与调节杆21的示意图，此时，调节杆21、横梁12以及调节头16位于同一水平面上；图7为爬行机器人1在直径8m的储罐外表面上吸附时横梁12与调节杆21的示意图，图8为爬行机器人1在直径8m的储罐内表面上吸附时横梁12与调节杆21的示意图。本实施例中优选调节槽161的弧度为15°，防止两组磁吸驱动轮组2之间形成的夹角过大，爬行机器人1有坠落风险。

如图2所示，横梁12的下部通过延伸板17固定有距离传感器171，距离传感器171用于测量爬行机器人1与工作面6的距离状态。通过距离的检测，监控工作面6的状况以及爬行机器人1的工作状态。

本实施例中的爬行机器人1通过设置调节槽161，使得调节杆21与横梁12之间夹角的可调整，进而带动磁吸驱动轮组2进行倾斜，以适应不同弧面的工作面6，使得采用上述方案的爬行机器人1能够适用10m以下直径的储罐表面处理和防护。

如图9-10所示，本实施例还提供了一种包括如上所述的爬行机器人1以及除锈模组4的除锈机器人。本实施例的除锈模组4包括除锈喷枪41、用于夹持除锈喷枪41的夹持杆42、用于带动夹持杆42转动的摆动组件，摆动组件配合安装在接口15上。除锈喷枪41搭载高压/空化水射流装置。

在本实施例中，摆动组件包括与夹持杆42连接的连接杆43、用于带动连接杆43摆动的摆杆44以及用于带动摆杆44摆动的摆动座45，摆动座45具有容纳接头152的腔体，摆动座45套设在接头152上并固定安装在转动座151上，固定板13上固定有用于带动转动座151摆动的摆动电机46。摆动座45可以采用联轴器。

除锈机器人使用时，摆动电机46启动，带动转动座151来回循环旋转进行摆动，通过摆动座45以及摆杆44，实现连接杆43的左右摆动，进行带动夹持杆42以及除锈喷枪41的左右摆动。为了保证除锈喷枪41运行时的平稳，本实施例在爬行机器人1的壳体11上还固定有支撑块47，其用于对夹持杆42进行支撑以及对夹持杆42的摆动进行导向。

如图10所示，本实施例中的除锈模组4采用上述的结构设计，能够实现120°扇形的摆动范围内的有效除锈。

如图11-13所示，本实施例还提供了一种包括如上所述的爬行机器人1以及喷漆模组5的喷漆机器人。本实施例的喷漆模组5包括喷漆喷头51、用于夹持喷漆喷头51的移动杆52以及用于带动移动杆52移动的移动组件，移动组件配合安装在接口15上。喷漆喷枪搭载高压无气喷涂装置。

在本实施例中，移动组件包括固定安装在接头152上的固定座53、安装在固定座53上的导轨54、滑动设置在导轨54上的滑动块55、与滑动块55固定连接的同步带56、带动同步带56运转的同步轮57以及驱动同步轮57转动的移动电机58，滑动块55与移动杆52固定连接，固定座53具有容纳接头152的腔体，固定座53套设在接头152上并固定安装在转动座151上，转动座151和固定座53均固定不动。

喷漆机器人使用时，移动电机58启动，带动同步轮57转动，同步带56转动，固定在同步带56上的滑块滑动，并通过导轨54对滑块的运动进行导向，滑块滑动带动移动杆52和喷漆喷头51移动。如图13所示，本实施例中的喷漆模组5采用上述的结构设计，能够实现导轨54长度的范围内的有效喷漆，作业截面为矩形。

本发明的适用于储罐腐蚀治理的爬行机器人适用于10m直径以下储罐立面的可搭载和兼容高压/空化水射流装置和高压无气喷涂装置的自动化爬行机器人装置，该机器人装置可兼容多功能上装模组，可一体化实现表面除锈、强化与喷漆作业。

本发明的储罐一体化腐蚀治理机器人的行走底盘装置结构简单、外观光滑流畅，采用三轮结构布局；机器人壳体采用整体密封，具有防水及防介质沾污能力；吸附单元采用轮式悬摆吸附方式，减少了对机器人爬壁不提供吸附力的部分磁铁，提高了磁体利用率，减轻了车体重量；接口基于模块化设计，兼容除锈/强化模组和喷漆模组，可搭载高压/空化水射流装置和高压无气喷涂装置；通过更换作业功能模块，具有除锈、强化、喷漆多种用途，提高了作业效率，操作简单、便于维护。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种一体化爬行机器人，其特征在于，爬行机器人适配于除锈模组和无气喷涂模组，所述除锈模组为采用超高压或空化水射流进行除锈；所述爬行机器人包括车架、壳体以及用于驱动所述车架进行移动的驱动装置，所述车架包括横梁、与所述横梁固定连接的固定板以及围绕在所述爬行机器人部分外周的支架，所述固定板上设置有用于与除锈模组和/或无气喷涂模组连接的接口，所述驱动装置包括磁吸驱动轮组，所述磁吸驱动轮组包括调节杆，所述支架上对应所述横梁的长度方向设置有调节头，所述调节杆的两端分别与所述横梁和所述调节头连接，所述调节头上开设有调节槽，所述调节杆靠近所述调节槽的一端活动设置在所述调节槽中；

所述调节杆的两端均通过销轴分别连接在所述横梁的端部和所述调节槽内，所述调节头和调节杆之间的销轴可沿所述调节槽滑动，所述调节杆通过横梁与调节杆之间的销轴与所述横梁转动连接；所述调节槽为弧形设置，所述弧形调节槽对应的圆心为所述调节杆与横梁的连接点；所述调节头位于所述横梁的轴心线上；

所述磁吸驱动轮组包括保护壳、驱动带、驱动电机和减速器，所述保护壳通过连接法兰与所述调节杆固定连接，所述保护壳与所述驱动带内形成用于容纳所述驱动电机和减速器的腔体；

所述接口包括转动设置在所述固定板上的转动座以及设置在所述转动座上的接头，所述接头上设置有向外凸出的定位块，所述定位块沿所述接头的长度方向延伸；

所述固定板的下方还连接有万向轮，所述万向轮与两个磁吸驱动轮组形成三角形设置；

所述横梁的下部通过延伸板固定有距离传感器，所述距离传感器用于测量所述爬行机器人与工作面和/或障碍物的距离状态；

所述调节槽和销轴用于对所述调节杆的转动角度进行约束，用于防止两组所述磁吸驱动轮组之间形成的夹角过大；所述驱动轮对应的转轴的水平高度低于所述调节杆的水平高度。

2.一种除锈机器人，其特征在于，包括如权利要求1所述的爬行机器人以及除锈模组，所述除锈模组包括除锈喷枪、用于夹持所述除锈喷枪的夹持杆、用于带动所述夹持杆转动的摆动组件，所述摆动组件配合安装在所述接口上，所述除锈喷枪连接有超高压或空化水射流装置。

3.一种喷漆机器人，其特征在于，包括如权利要求1所述的爬行机器人以及无气喷涂模组，所述无气喷涂模组包括高压无气喷枪、用于夹持所述高压无气喷枪的移动杆以及用于带动所述移动杆移动的移动组件，所述移动组件配合安装在所述接口上。

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