CN113428248A - 导磁壁面爬壁机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种导磁壁面爬壁机器人,其包括:框架;两个驱动装置;两个链条,其分别设置在框架的左右两侧;磁力吸附装置,其包括设置在所述链条上的若干磁铁组件;水平导向底板;其中,所述磁铁组件包括:磁铁安装座,其上具有一安装孔;磁铁块,其上具有一沉头螺纹孔;沉头螺钉,其通过所述沉头螺纹孔和所述安装孔伸入至所述磁铁安装座背部,且头端设置有螺母,螺母和磁铁安装座之间设置有第一弹簧;沉头螺钉的外径小于安装孔的内径,使得所述沉头螺钉与所述磁铁安装座之间的连接为微铰接。本发明提供的导磁壁面爬壁机器人,能够在任意复杂恶劣的地形进行无障碍运动,具有很高的稳定性、机动性以及环境适应性。

Description

导磁壁面爬壁机器人
技术领域
本发明属于工业机器人领域,尤其涉及到一种导磁壁面爬壁机器人。
背景技术
导磁面爬壁机器人是爬壁机器人的一种,属于极限作业机器人,主要应用在任意角度导 磁壁面,搭载相应的设备,完成壁面的清扫、探伤、喷漆、敷设管道等多种作业。导磁面爬 壁机器人的出现是为了代替人类在石化企业、建筑行业、消防部门、造船等领域中的危险作 业。它的研究和开发有着广阔的前景和良好的经济效益和社会效益,受到人们的重视。
目前国内已有的履带式导磁壁面爬壁机器人基本都局限于实验室阶段,没有达到广泛的 工程应用。其主要原因有:一、机器人的稳定吸附与装卸便捷没有达到较好平衡;二、恶劣 环境适应能力差;三、难以达到轻量化和低成本。同时,国外的履带式导磁壁面爬壁机器人 由于技术封锁以及高额成本,也不具备广泛的市场应用潜能。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种导磁壁面爬壁机器人,并提供至少后面将说明的优点。
本发明的另一个目的是提供一种成熟可靠,易于推广的导磁壁面多地形无翘头爬壁机器 人,以代替人工完成在船舶、建筑、电力、石化等领域的危险作业。
本发明的另一个目的是提供一种导磁壁面爬壁机器人,能够在任意复杂恶劣的地形进行 无障碍运动,具有很高的稳定性、机动性以及环境适应性。本发明选用涡磁铁作为永磁铁, 整体结构安装方便,制造成本低,适合进行大规模市场推广使用。
本发明的技术方案如下:
导磁壁面爬壁机器人,其包括:
框架;
两个驱动装置,其安装在所述框架上;
两个链条,其分别设置在所述框架的左右两侧,且所述链条连接在所述驱动装置的输出 端;
磁力吸附装置,其包括设置在所述链条上的若干磁铁组件;
水平导向底板,其设置在框架的底端面且呈门字形罩设在所述链条上;
其中,
所述磁铁组件包括:
磁铁安装座,其固定在所述链条上,其上具有一安装孔;
磁铁块,其上具有一沉头螺纹孔;
沉头螺钉,其通过所述沉头螺纹孔和所述安装孔伸入至所述磁铁安装座背部,且头端设 置有螺母,所述螺母和所述磁铁安装座之间设置有第一弹簧;
所述沉头螺钉的外径小于所述安装孔的内径,使得所述沉头螺钉与所述磁铁安装座之间 的连接为微铰接。
优选的是,所述的导磁壁面爬壁机器人中,还包括浮动电磁块,其设置在所述框架的底 端面前侧;
所述浮动电磁块为常开式电磁头;
所述浮动电磁块通过滑动轴承和第二弹簧安装在所述框架上。
优选的是,所述的导磁壁面爬壁机器人中,所述磁铁块为涡磁铁,
由圆柱形钕磁铁周围包裹导磁材料制成。
优选的是,所述的导磁壁面爬壁机器人中,所述驱动装置包括:
电机,其设置在所述框架上且输出端水平设置;
减速器,其连接在所述电机的输出端;
主动链轮,其设置在所述框架前侧,且与减速器的驱动轴通过键径向连接,通过阶梯轴 周向固定;
连接轴,其通过轴承设置在所述框架后侧;
被动链轮,与所述连接轴通过键径向连接,通过阶梯轴周向固定。
优选的是,所述的导磁壁面爬壁机器人中,所述框架前后两端分别开设有一防摔绳安装 孔,其上安装有防摔绳支架。
优选的是,所述的导磁壁面爬壁机器人中,
所述框架和所述链条为铝合金材料制成;
所述磁铁安装座为尼龙材料制成。
本发明具有以下有益效果:
水平导向底板能够为链条提供稳定平直的引导,使得整个结构具有一水平的磁力面,提 供足够的吸附力;同时能够降低重心,减小倾覆可能性;
磁力吸附装置中采用涡磁铁,在钕磁铁外围包裹导磁材料,形成闭合磁力线,使得磁铁 磁力大幅提升;单个涡磁铁的吸附力能达到30公斤,且强度高,耐磨性好,价格低廉;
沉头螺栓直径小于安装孔内径,使得涡磁铁与磁铁安装座之间为微铰接,可使得涡磁铁 在第一弹簧压紧力的作用下,在运动过程中与导磁面结合时形成面接触而非线接触或者点接 触,在接触面提供足够的磁力,从而克服重力提供足够的向上动力;微铰接还可以提供足够 的刚度,并且在一定功率驱动下通过链传动离开导磁面;
磁铁安装座是由尼龙材质制成,尼龙为柔性材料能提供更好的贴合与变形。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现,部分还将通过对本发明的 研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明提供的导磁壁面爬壁机器人的一个实施例的结构示意图;
图2为本发明提供的导磁壁面爬壁机器人的一个实施例的仰视图;
图3为本发明提供的导磁壁面爬壁机器人的一个实施例的俯视图;
图4为本发明提供的导磁壁面爬壁机器人的一个实施例中的水平导向底板的结构示意 图;
图5为本发明提供的导磁壁面爬壁机器人的一个实施例中的水平导向底板的安装示意 图;
图6为本发明提供的导磁壁面爬壁机器人的一个实施例中的磁铁组件的结构示意图;
图7为本发明提供的导磁壁面爬壁机器人的一个实施例中的浮动电磁块的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明,以令本领域技术人员参照说明书文字能够 据以实施。
应当理解,本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它 元件或其组合的存在或添加。
本发明提供一种用于导磁壁面多地形无翘头爬壁机器人,以解决现在船舶、建筑、电 力、石化等领域的危险作业的问题。导磁壁面多地形无翘头爬壁机器人可以代替人工完成高 难度和高危险的任务,同时节约了人工作业带来的高额成本,并且提高了工作效率,具有较 强的稳定性和安全性。本发明提出的导磁壁面多地形无翘头爬壁机器人成本低廉,易于普及 推广。
如图1、图2和图3所示,本发明提供一种导磁壁面爬壁机器人,其包括:
框架1;
两个驱动装置2,其安装在所述框架1上;
两个链条3,其分别设置在所述框架1的左右两侧,且所述链条3连接在所述驱动装置 2的输出端,链条传动,中心距方便调节,能够在潮湿,多尘等各种复杂环境下工作;
磁力吸附装置4,其包括设置在所述链条上的若干磁铁组件,可以使得整个装置在多地 形稳定运动,比如70度斜坡面、90度垂直面、120度斜坡面;
如图4和图5所示,水平导向底板5,其设置在框架1的底端面且呈门字形罩设在所述 链条3上;链条的长销轴在运动过程中通过端面导向角进入水平导向底板5中,从而形成一 段稳定平直的磁力面。无论链条是否张紧,该面在运动过程中都可以为机器人提供足够的吸 附力,防止机器人发生翘头倾覆现象。同时,还可以降低机器人重心,减小机器人倾覆的可 能性。
其中,
如图6所示,所述磁铁组件包括:
磁铁安装座401,其固定在所述链条3上,其上具有一安装孔;磁铁安装座401横跨链 条3,与链条3连接用销轴固定,销轴两端向外延伸并安装轴用挡圈,防止销轴发生轴向移 动;
磁铁块402,其上具有一沉头螺纹孔;
沉头螺钉403,其通过所述沉头螺纹孔和所述安装孔伸入至所述磁铁安装座401背部, 且头端设置有螺母404,所述螺母404和所述磁铁安装座401之间设置有第一弹簧405;
所述沉头螺钉403的外径小于所述安装孔的内径,使得所述沉头螺钉403与所述磁铁安 装座401之间的连接为微铰接。
使用沉头螺钉安装,可以保证磁铁吸附在货舱船壁时,螺钉对导磁壁不会产生影响。
磁铁安装时,通过螺栓与直径稍大一些的安装孔配合,从而使得安装孔和螺栓形成微铰 接现象。微铰接可以使涡磁铁在第一弹簧压紧力的作用下,在运动过程中与导磁面结合时形 成面接触而非线接触或者点接触,在接触面提供足够的磁力,从而克服重力提供足够的向上 动力。微铰接还可以提供足够的刚度,并且在一定功率驱动下通过链传动离开导磁面。完全 铰接爬壁机器人在运动过程中需要很大的扭矩,容易使得电机发生堵转。
如图7所示,在本发明提供的所述的导磁壁面爬壁机器人的一个实施例中,还包括浮动 电磁块6,其设置在所述框架的底端面前侧;
所述浮动电磁块6为常开式电磁头;
所述浮动电磁块6通过滑动轴承7和第二弹簧8安装在所述框架1上。
正常使用时不产生吸附力,不增加额外功率损耗。当在发生意外或者在高出断电的情况 下,电磁头可以提供大额吸附力维持机器人稳定,提高机器人安全性。
在本发明提供的所述的导磁壁面爬壁机器人的一个实施例中,所述磁铁块402为涡磁 铁,由圆柱形钕磁铁周围包裹导磁材料制成。选用涡磁铁作为爬壁机器人的永磁体,不仅提 高了机器人的吸附力,同时大大降低了制造成本。
在本发明提供的所述的导磁壁面爬壁机器人的一个实施例中,所述驱动装置2包括:
电机,其设置在所述框架上且输出端水平设置;
减速器,其连接在所述电机的输出端;
主动链轮,其设置在所述框架前侧,且与减速器的驱动轴通过键径向连接,通过阶梯轴 周向固定;
连接轴,其通过轴承设置在所述框架后侧;
被动链轮,与所述连接轴通过键径向连接,通过阶梯轴周向固定。
链轮的整体宽度和磁铁安装座的整体宽度相同。
在本发明提供的所述的导磁壁面爬壁机器人的一个实施例中,所述框架前后两端分别开 设有一防摔绳安装孔,其上安装有防摔绳支架9,以更好的保护导磁壁面爬壁机器人的安 全。
在本发明提供的所述的导磁壁面爬壁机器人的一个实施例中,
所述框架1和所述链条3为铝合金材料制成,铝合金属于不导磁材料,不会与磁铁组件 发生吸附现象,且密度较低,可以降低机器人的整体重量;
所述磁铁安装座401为尼龙材料制成,尼龙为柔性材料能提供更好的贴合与变形。
为了保证链条传动的可靠运行,本发明中还设置有张紧装置,该张紧装置采用螺杆式, 并安装有螺栓,当装配好链轮链条以后,该螺栓支紧轴承安装座,拧紧螺母,使其完成张 紧。
本发明中还设置有控制箱,其安装在框架1上,且控制箱为防尘防水等级IP66及以上的 材质做成,控制器与电机电连接并安放在控制箱内,如有电线需要引出,则通过在控制箱上 打孔,并安装水密接头,以此保证控制箱的防尘防水能力。可以保障导磁壁面多地形无翘头 爬壁机器人在恶劣环境下工作。
尽管本发明的实施方案已公开如上,但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用, 它完全可以被适用于各种适合本发明的领域,对于熟悉本领域的人员而言,可容易地实现另 外的修改,因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下,本发明并不限于特定的 细节和这里示出与描述的图例。

Claims (6)

1.导磁壁面爬壁机器人,其特征在于,包括:
框架;
两个驱动装置,其安装在所述框架上;
两个链条,其分别设置在所述框架的左右两侧,且所述链条连接在所述驱动装置的输出端;
磁力吸附装置,其包括设置在所述链条上的若干磁铁组件;
水平导向底板,其设置在框架的底端面且呈门字形罩设在所述链条上;
其中,
所述磁铁组件包括:
磁铁安装座,其固定在所述链条上,其上具有一安装孔;
磁铁块,其上具有一沉头螺纹孔;
沉头螺钉,其通过所述沉头螺纹孔和所述安装孔伸入至所述磁铁安装座背部,且头端设置有螺母,所述螺母和所述磁铁安装座之间设置有第一弹簧;
所述沉头螺钉的外径小于所述安装孔的内径,使得所述沉头螺钉与所述磁铁安装座之间的连接为微铰接。
2.如权利要求1所述的导磁壁面爬壁机器人,其特征在于,还包括浮动电磁块,其设置在所述框架的底端面前侧;
所述浮动电磁块为常开式电磁头;
所述浮动电磁块通过滑动轴承和第二弹簧安装在所述框架上。
3.如权利要求2所述的导磁壁面爬壁机器人,其特征在于,所述磁铁块为涡磁铁,由圆柱形钕磁铁周围包裹导磁材料制成。
4.如权利要求3所述的导磁壁面爬壁机器人,其特征在于,所述驱动装置包括:
电机,其设置在所述框架上且输出端水平设置;
减速器,其连接在所述电机的输出端;
主动链轮,其设置在所述框架前侧,且与减速器的驱动轴通过键径向连接,通过阶梯轴周向固定;
连接轴,其通过轴承设置在所述框架后侧;
被动链轮,与所述连接轴通过键径向连接,通过阶梯轴周向固定。
5.如权利要求4所述的导磁壁面爬壁机器人,其特征在于,所述框架前后两端分别开设有一防摔绳安装孔,其上安装有防摔绳支架。
6.如权利要求5所述的导磁壁面爬壁机器人,其特征在于,
所述框架和所述链条为铝合金材料制成;
所述磁铁安装座为尼龙材料制成。
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