CN113710499A - 使用在用于在竖直和水平平坦表面上移动悬挂的移动平台的系统中的麦克纳姆轮 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于机器人操作涂漆系统的麦克纳姆轮的构造。考虑到将使用这些轮子的地方的困难和障碍物，这些轮子具有特殊的特性。它们设计成有利于涂漆系统在竖直和水平壁上的移动，并避免涂层损失。麦克纳姆轮包括用于固定滚子的成组的轮盖。以45°布置且成柱凸形形状的滚子包含穿过其中心轴线的轴承，并且在轴承的端部处具有滚子。磁性底座放置在两个轮子之间，处于最佳高度，以对表面施加磁力，并且能够越过障碍物。麦克纳姆轮的几何形状和材料设计成对涂层呈惰性。

Description

使用在用于在竖直和水平平坦表面上移动悬挂的移动平台的 系统中的麦克纳姆轮
技术领域
本发明涉及用于船舶和石油平台设备还有建筑物维护的技术。更具体地，本发明涉及机器人自动涂漆技术。
背景技术
大的平坦竖直表面目前诸如使用攀爬吊带或脚手架借助于建筑物接近来维护或检查。为了涂漆，雇员必须能够接近待涂漆的位置。
在造船中，通过脚手架接近，因为工作是在干船坞中完成的。这种接近是在经济上昂贵且耗时的。此外，它还涉及工作安全风险。
为了对大的区域进行检查或涂漆，可采用各种用于移动的技术，诸如带磁轮的手推车、带吸盘的桨系统以及在部件中的轨道安装以及其它解决方案。在使用涂漆系统时，这些解决方案是耗时且无效的。
需要再现由雇员完成的类型的涂漆。这意味着存在一些在执行工作时要考虑的变量。其中之一是涂漆系统施加涂料的线性方式。被认为最有效的雇员的移动通常是直线的(水平或竖直)，在端部处停止施加。由于在这些端点处移动反转的速度为零，涂漆系统可能过度喷涂。为了防止过度喷涂，涂料施加枪的机构被停止，直到其恢复到它的正常的施加速度。
可使用用于金属表面的移动检测的若干技术，诸如使用带磁轮的手推车、带吸盘的桨系统、在部件上安装轨道以及其它解决方案。
文献US3876255A公开了一种带有轴承的轮子设计，该轴承相对于轮子轴线具有大约45°的角度。它具有敞开的侧面结构，其中滚子暴露于涂层，涂层可能会因其进入而损坏，从而导致轮子锁定。因此，该模式不符合对于将其使用在轮子与涂层进入接触的涂漆系统中的规定要求。此外，关于所采用的滚子模式，其具有带中心轴承的结构，使得其更不适合于使用在涂漆系统中。
Tavakoli等人的“Magnetic Omnidirectional Wheels for Climbing Robots”揭示适用于在诸如竖直壁和天花板的3D铁磁结构中移动的全向磁轮。磁体布置在轮子的周边，并且跟随轮子的移动。
由于磁体不是固定的，并且始终保持与接触表面平行，考虑到几何和结构因素，我们可以确定在车辆移动期间磁力的变化，这意味着难以使用涂漆系统，因为这影响待施加涂层的均匀性。
如下文将进一步详述的，本发明旨在以实用和高效的方式解决上述现有技术的问题。
发明内容
本申请中的方法旨在对大的竖直壁进行涂漆，并且由在受控线缆上使用悬挂的移动平台、允许使用轻质模块化基础设施覆盖大的表面区域组成。
悬挂的移动平台由线缆定位，其悬挂系统放置在行为类似于球体的自由的麦克纳姆轮上。另外，轮子设置有接近磁体系统，该系统允许该装置不移动远离金属壁；磁体继而不接触金属壁的表面，从而确保它们不损坏表面。该相同的原理适用于包括轮子的滚子，轮子由一种材料制成，并且具有防止表面损坏的几何设计。
可采用各种用于移动的技术，诸如带磁轮的手推车、带吸盘的桨系统和在部件中的轨道安装以及其它解决方案。
提出的麦克纳姆轮系统必须考虑以下问题：无障碍的不规则表面，能够沿着x和y坐标(笛卡尔平面)移动，通过在滚子中使用聚合物部件而不影响涂漆表面。
此外，在不平坦的表面上，轮子必须在任何方向上穿越宽度多达3mm的侧焊缝。因为磁体远离接触表面，所以有可能移动跨过高度多达10mm的障碍物，确保该装置能够越过侧表面上包括诸如螺钉和焊珠的障碍物在内的任何不平坦部分，从而确保磁力继续作用在表面上。
滚子轴承允许在与涂层进入接触之后进行清洗。
由于使用屏蔽的外部耐候轴承，轮子不需要润滑。
移动速度必须使得它满足最低过程速度。该最低速度可能是每小时105平方米左右。
轮子和系统一起设计成使在涂漆过程期间的涂层损失最小化。轮子设计成使得新鲜涂料不会进入轮子的内部。并且在固化之后，轮子不会损坏已经施加的涂层。
使用在涂漆过程中的策略是在下降时不涂漆和在上升时涂漆，使得主要障碍将在该过程中面对，就好像下楼梯一样。当绳索拉得很紧时，在船体的顶部处将发生向侧部段的偏移，并且因此动量将被严格控制。在涂漆期间不存在来自障碍物的干扰。移动平台的移动不取决于障碍物。移动主要与不越过新涂漆区域有关。开发机器人以在不干扰涂漆的情况下越过障碍物。
轮子的特征是成组的磁体，其在中心底座下布置成一行，并且平行于将发生移动的表面。
除了石油和天然气行业，该技术也可使用在土木工程中。
附图说明
下面展示的详细描述参考了附图和它们相应的附图标记。
图1详细示出了磁体和滚子的布置。
图2示出了滚子、轴承的布置和轮子的柱形形状。
图3示出了装配到平台的轮子，其中组件适于不同的表面曲率。
图4示出了具有不规则部分的表面的示例，该表面具有所提出的适合的轮子系统。
图5示出了其中使用轮子系统(移动平台)的自动化涂漆组件。
具体实施方式
本发明的目的是采用将应用于自动化涂漆系统的特有类型的轮子，具有如下主要特征：高可靠性、非常快速低移动的能力、对所施加的涂层类型的抵抗力、对轴承润滑的低需求、越过表面上的不规则部分和障碍物的良好能力以及不受涂漆过程(包括来自施加过程的涂料)影响(具有抵抗力)，使得轮对新鲜涂料具有抵抗力。
为了实现上述目的，本发明提供成组的磁体，其在中心底座下布置成一行，并且平行于将发生移动的表面。轮子行为类似于球体。
另外，轮子设置有接近磁体系统，该系统允许装置不移动远离金属壁；磁体继而不接触金属壁的表面，从而确保它们不损坏表面。该相同的原理适用于包括轮子的滚子，轮子由一种材料制成，并且具有防止表面被损坏的几何设计。
关于越过障碍物的能力，因为磁体远离接触表面，所以有可能移动跨过高度多达20mm的障碍物，确保该装置能够越过侧表面上包括诸如螺钉和焊珠的障碍物在内的任何不平坦部分，从而确保磁力继续作用在表面上。
下面将展示本发明的优选实施例。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明不限于该特定实施例。
磁性底座(1)位于两个轮盖(2)之间。磁性底座的磁极直接指向轮子将接触的表面，直接在滚子(3)上。因此，磁力是均匀的，不取决于滚子(3)，并且与表面没有接触。滚子(3)继而沿着轮盖(2)布置成几个单元，优选地以45°放置，但是它们不限于这种布局。滚子(3)是内部中空的，允许使用轴承(4)，并且防止轴承受到涂层进入的影响。图1a详细示出了与轮盖(2)之一联接的磁性底座。图1b详细示出了滚子，该滚子沿其主体呈柱形，但是具有可变的直径，其中在中心的直径较大，而在侧面上的直径较小。因此，滚子(3)沿其主体的形状在与表面接触的方向上是凸形的。
相同的图1a和图1b示出了越过平行于轮轴多达10mm和垂直于轮轴多达3.6mm的障碍物的能力。障碍物可能更大，但它受到磁性底座的限制，磁性底座具有20mm的预期高度，导致1mm的间隙。因此，高度限制不是在轮盖(2)或滚子(3)上，而是在磁性底座的高度上。
可根据对于更高附着力的需求进行调整的磁性底座的高度是由夹紧力和在必须越过或避免碰撞的情况下发生阻塞的风险之间的权衡决定的。如果磁极具有零气隙，力将会太大，这可能阻碍机器人的下降。因此，在这种情况下，组件将仅受到来自重量的牵引。因此，为了具有能够越过障碍物的这种特性，最初为100mm的轮子的直径增加到172mm，但是它们不限于这个特定的尺寸。
图2示出了在轮盖(2)之间以45°布置的滚子(3)。滚子(3)是中空的，以便使轴承(4)通过。滚子没有轴承(5)。轮盖(2)是中空的，以利用螺钉的紧固接纳滚子(3)。轴承(5)在轮子上是绝缘的(屏蔽的)，并且因此不受与涂料涂层接触的影响。轮盖(2)就像车辆上的轮毂盖，它不与表面接触，并且用于支撑滚子(3)。
图3示出了附接到移动平台(6)的轮子组件(麦克纳姆轮)，其设计用于缓冲和适于表面变形。使用移动平台的地方的曲率半径为大约2000m，完全根据麦克纳姆轮的特点设计。
图4示出了轮子必须能够越过的几行障碍物。最大的“台阶”是船体上的板的变化，其始终是水平行，在复制平台的设计中，这些行在船体的外表面上，准确地说在将要涂漆的表面上。厚度的减少总是在船体的底部到第一个未覆盖的甲板处。其它高度较低的台阶是沿各个方向延伸的焊珠。为了让障碍物尽可能少地干扰涂漆过程而使用的策略是在下降时不涂漆和在上升时涂漆。
图5示出了附接到涂漆平台的移动平台(6)，充当使用移动平台(6)的示例，但不限于仅在涂漆平台的情况下操作。示出了连接到移动平台的成组的麦克纳姆轮(7)，通常为大约4“4”个。移动平台在另一份专利申请中要求保护。
我们请您知会，麦克纳姆轮的使用不限于此处示出的实施例，因为它们可在任何应用中使用。

Claims (7)

1.使用在用于在竖直和水平平坦表面上移动悬挂的移动平台的系统中的麦克纳姆轮，其中，所述麦克纳姆轮包括磁性底座(1)、轮盖(2)、滚子(3)、输送机(4)、轴承(5)。
2.根据权利要求1所述的麦克纳姆轮，其特征在于，所述滚子(3)通过它们在所述轮盖(2)中偏移45º的轴承(4)连接。
3.根据权利要求1或2所述的麦克纳姆轮，其特征在于，所述滚子(3)具有柱形形状和凸形底座，并且具有对壁涂层呈惰性的材料。
4.根据权利要求1或3所述的麦克纳姆轮，其特征在于，所述滚子(3)是中空的，以便使轴承通过，所述滚子与轴承不接触。
5.根据权利要求1或4所述的麦克纳姆轮，其特征在于，所述轴承(4)装配到所述轮盖(2)中并具有轴承(5)，所有轴承都被屏蔽以防外部污染。
6.根据权利要求1或5所述的麦克纳姆轮，其特征在于，所述轮盖(2)具有用于无干涉地插入所述滚子(3)的经调整的形式、用于插入所述轴承(4)的孔和用于所述磁性底座(1)的支撑件。
7.根据权利要求1或任何其它权利要求所述的麦克纳姆轮，其特征在于，所述麦克纳姆轮包括两个轮盖(2)、包含3个磁性元件的磁性底座(1)、12个滚子(3)、用于每个滚子(3)的轴承(4)、每个轴承(4)的两个滚子(5)。
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