CN113734313A - 磁吸力可调水冷壁管机器人 - Google Patents

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CN113734313A CN202111123466.7A CN202111123466A CN113734313A CN 113734313 A CN113734313 A CN 113734313A CN 202111123466 A CN202111123466 A CN 202111123466A CN 113734313 A CN113734313 A CN 113734313A
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Abstract

本发明提供了一种磁吸力可调水冷壁管机器人，包括：驱动轮系统、磁力吸附系统、拉力传感器、抬升电机以及磁吸盘；所述磁力吸附系统安装在所述驱动轮系统上并允许相对所述驱动轮系统上下移动；所述驱动轮系统安装所述抬升电机，所述磁力吸附系统安装所述拉力传感器；所述抬升电机传动连接所述拉力传感器并通过所述拉力传感器带动所述磁力吸附系统相对所述驱动轮系统上下移动；所述磁力吸附系统安装所述磁吸盘，所述磁吸盘设置有多组且错落安置。本发明能够降低水冷壁管机器人在水冷壁管不同位置时的磁吸力波动，提高了机器人的吸附安全系数。

Description

磁吸力可调水冷壁管机器人
技术领域
本发明涉及检查及维修技术领域，具体地，涉及磁吸力可调水冷壁管机器人。
背景技术
水冷壁管机器人是用于水冷壁在役检查和维修工作的特种机器人，实施工作时水冷壁管机器人需要可靠的吸附在水冷壁壁面上，根据任务要求进行爬行运动。目前主要采用永磁吸附的方式实现机器人在水冷壁管上的可靠吸附。
水冷壁管通常采用钢管并排安装而成，管中心距一般为管外径的1.25～2倍，水冷壁壁面是由钢管外径构成的不规则表面。利用磁吸附装置进行吸附时，由于磁吸附装置与水冷壁壁面之间的气隙间距不同，磁吸附装置在不同位置的磁吸附力也不同，呈现周期性变化。为了保证水冷壁管机器人在移动过程中的安全，必须以磁吸附力的最小值进行载荷设计，磁吸附组件的自重降低了水冷壁机器人的有效负载。水冷壁管机器人在工作可能需要搭载不同的负载，当负载增大时需要通过增加磁吸附力的大小来保证水冷壁管机器人的安全可靠运行。
所以需要提供一种能够解决磁吸力周期性变化，实现机器人在水冷壁管上的可靠吸附的机器人。
专利文献CN111232079A提供了一种永磁吸附爬壁机器人，包括具有吸附力的底盘架，底盘架上设有密封箱、驱动轮组及扫查模块，密封箱内设有控制单元、驱动电机及钢丝电机，控制单元控制驱动电机及钢丝电机，驱动电机驱动具有吸附力的驱动轮组，驱动轮组吸附在水冷壁上并带动底盘架及其上的密封箱、扫查模块沿水冷壁移动，钢丝电机驱动扫查模块摆动。
专利文献CN113086044A公开了一种用于锅炉水冷壁检测的磁轮式爬壁机器人，第一传动轮与第二传动轮之间通过第一同步带连接，第二传动轮与第三传动轮之间通过第二同步带连接，第二传动轴的左端依次与减速机和步进电机相连，其右侧机架上安装有检测模块，检测模块的右侧设有电池组，第一传动轴的左端连接有侧磁轮一，其右端依次连接有中间磁轮一和侧磁轮二，侧磁轮一、第一传动轮、中间磁轮一、侧磁轮二之间的连接轴上套设有弹簧，第三传动轴的右端连接有中间磁轮二。
上述现有专利均未能解决磁吸力周期性变化的问题。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种磁吸力可调水冷壁管机器人。
根据本发明提供的一种磁吸力可调水冷壁管机器人，包括：驱动轮系统、磁力吸附系统、拉力传感器、抬升电机以及磁吸盘；
所述磁力吸附系统安装在所述驱动轮系统上并允许相对所述驱动轮系统上下移动；
所述驱动轮系统安装所述抬升电机，所述磁力吸附系统安装所述拉力传感器；
所述抬升电机传动连接所述拉力传感器并通过所述拉力传感器带动所述磁力吸附系统相对所述驱动轮系统上下移动；
所述磁力吸附系统安装所述磁吸盘，所述磁吸盘设置有多组且错落安置。
优选地，所述驱动轮系统还包括：驱动电机安装板、导向杆座、滑轨以及涡轮蜗杆减速箱；
所述驱动电机安装板一侧安装所述滑轨和所述涡轮蜗杆减速箱，所述涡轮蜗杆减速箱输入端连接所述抬升电机；
所述驱动电机安装板四角设置多个通孔，所述通孔上固定安装所述导向杆座，所述导向杆座连通所述通孔。
优选地，所述磁力吸附系统还包括：磁铁安装板、导向杆以及滑块；
所述磁铁安装板一侧固定连接所述拉力传感器一端，所述拉力传感器另一端固定安装所述滑块；
所述磁铁安装板安装所述拉力传感器一侧四角固定安装多个所述导向杆。
优选地，所述磁铁安装板安装在所述驱动电机安装板背离所述滑轨一侧；
所述导向杆通过所述通孔对应导入所述导向杆座中并允许相对所述导向杆座上下滑动；
所述驱动电机安装板中部设置避位孔，所述拉力传感器导入所述避位孔中并延伸至所述驱动电机安装板朝向所述滑轨一侧，所述拉力传感器允许相对所述驱动电机安装板上下移动；
所述滑块设置在所述驱动电机安装板朝向所述滑轨一侧且所述滑块大于所述避位孔。
优选地，所述滑块一侧沿所述拉力传感器移动方向滑配连接所述滑轨。
优选地，所述滑块另一侧竖直固定安装齿条；
所述涡轮蜗杆减速箱输出端安装齿轮；
所述齿条和所述齿轮啮合。
优选地，所述驱动电机安装板安装多个驱动轮；
所述驱动轮同轴连接驱动电机输出端并通过所述驱动电机驱动转动；
所述驱动轮通过转动推动机器人移动，所述机器人前进方向设为前端，所述机器人后退方向设为后端。
优选地，所述磁铁安装板背离所述拉力传感器一侧固定安装所述磁吸盘；
所述磁吸盘包括：轭铁、端部磁铁以及中间磁铁；
所述轭铁设置为条状，所述轭铁一侧两端固定安装所述端部磁铁，两个所述端部磁铁之间固定安装多个所述中间磁铁；
所述端部磁铁和所述中间磁铁等间距布置，相邻所述端部磁铁和所述中间磁铁之间或相邻所述中间磁铁之间N极和S极相反。
优选地，所述磁吸盘垂直于所述机器人移动方向安置；
所述磁铁安装板背离所述拉力传感器一侧前端和后端分别固定安装两个所述磁吸盘。
优选地，水冷壁管由多个壁管依次并排排列组成，所述机器人沿所述壁管延伸方向移动；
所述磁吸盘与所述壁管间磁吸力沿垂直所述壁管延伸方向按照正弦规律进行波动；
前端两个所述磁吸盘错落放置且错落间距设置为所述壁管间距一半，前端两个所述磁吸盘与所述壁管间磁吸力之和为恒定值；
后端两个所述磁吸盘错落放置且错落间距设置为所述壁管间距一半，后端两个所述磁吸盘与所述壁管间磁吸力之和为恒定值。
优选地，当所述抬升电机工作时，所述抬升电机带动所述涡轮蜗杆减速箱转动，所述涡轮蜗杆减速箱通过所述齿条和所述齿轮啮合带动所述滑块上下移动，所述滑块通过所述拉力传感器带动所述磁铁安装板上下移动并调整所述磁吸盘与所述壁管间的间距。
优选地，所述涡轮蜗杆减速箱设置自锁装置，当所述抬升电机停止时，所述涡轮蜗杆减速箱自锁。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明能够降低水冷壁管机器人在水冷壁管不同位置时的磁吸力波动，提高了机器人的吸附安全系数；
2、本发明能够实现磁吸力大小的调节；
3、本发明能够实时测量磁吸力的大小；
4、本发明在在磁吸力不需要调节时能够实现磁力吸附系统与驱动轮系统之间的可靠限位，保证水冷壁机器人运动过程中磁力的稳定。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为水冷壁管机器人立体结构示意图；
图2为驱动轮系统立体结构示意图；
图3为磁力吸附系统立体结构示意图；
图4为水冷壁管机器人主视图；
图5为水冷壁管机器人主视剖视图；
图6为单个磁吸盘对水冷壁管磁吸力变化示意图；
图7为机器人对水冷壁管磁吸力合力示意图；
图中所示：
Figure BDA0003277887160000041
Figure BDA0003277887160000051
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
如图1至图5所示，一种磁吸力可调水冷壁管机器人，包括：驱动轮系统21、磁力吸附系统22、拉力传感器209、抬升电机213以及磁吸盘；磁力吸附系统22安装在驱动轮系统21上并允许相对驱动轮系统21上下移动，驱动轮系统21安装抬升电机213，磁力吸附系统22安装拉力传感器209，抬升电机213传动连接拉力传感器209并通过拉力传感器209带动磁力吸附系统22相对驱动轮系统21上下移动，磁力吸附系统22安装磁吸盘，磁吸盘设置有多组且错落安置。磁力吸附系统22还包括：磁铁安装板204、导向杆205以及滑块208；磁铁安装板204一侧固定连接拉力传感器209一端，拉力传感器209另一端固定安装滑块208，磁铁安装板204安装拉力传感器209一侧四角固定安装多个导向杆205。驱动轮系统21还包括：驱动轮201、驱动电机202、驱动电机安装板203、导向杆座206、滑轨207以及涡轮蜗杆减速箱212；驱动电机安装板203一侧安装滑轨207和涡轮蜗杆减速箱212，涡轮蜗杆减速箱212输入端连接抬升电机213，涡轮蜗杆减速箱212安装自锁装置，驱动电机安装板203四角设置多个通孔，通孔上固定安装导向杆座206，导向杆座206连通通孔。驱动电机安装板203安装多个驱动轮201，驱动轮201同轴连接驱动电机202输出端并通过驱动电机202驱动转动，驱动轮201通过转动推动机器人2移动，机器人2前进方向设为前端，机器人2后退方向设为后端。
磁铁安装板204安装在驱动电机安装板203背离滑轨207一侧；导向杆205通过通孔对应导入导向杆座206中并允许相对导向杆座206上下滑动，驱动电机安装板203中部设置避位孔，拉力传感器209导入避位孔中并延伸至驱动电机安装板203朝向滑轨207一侧，拉力传感器209允许相对驱动电机安装板203上下移动，滑块208设置在驱动电机安装板203朝向滑轨207一侧且滑块208大于避位孔。滑块208一侧沿拉力传感器209移动方向滑配连接滑轨207，滑块208另一侧竖直固定安装齿条210，涡轮蜗杆减速箱212输出端安装齿轮211，齿条210和齿轮211啮合。当抬升电机213工作时，抬升电机213带动涡轮蜗杆减速箱212转动，涡轮蜗杆减速箱212通过齿条210和齿轮211啮合带动滑块208上下移动，滑块208通过拉力传感器209带动磁铁安装板204上下移动并调整磁吸盘与水冷壁管间1的间距。
如图6和图7所示，磁铁安装板204背离拉力传感器209一侧固定安装磁吸盘，磁吸盘包括：轭铁214、端部磁铁215以及中间磁铁216，轭铁214设置为条状，轭铁214一侧两端固定安装端部磁铁215，两个端部磁铁215之间固定安装多个中间磁铁216，端部磁铁215和中间磁铁216等间距布置，相邻端部磁铁215和中间磁铁216之间或相邻中间磁铁216之间N极和S极相反。磁吸盘垂直于机器人2移动方向安置，磁铁安装板204背离拉力传感器209一侧前端和后端分别固定安装两个磁吸盘。水冷壁管1由多个壁管依次并排排列组成，机器人2沿壁管延伸方向移动；磁吸盘与壁管间磁吸力沿垂直壁管延伸方向按照正弦规律进行波动；前端两个磁吸盘错落放置且错落间距设置为壁管间距一半，前端两个磁吸盘与壁管间磁吸力之和为恒定值，后端两个磁吸盘错落放置且错落间距设置为壁管间距一半，后端两个磁吸盘与水冷壁管间1磁吸力之和为恒定值。
实施例2
实施例2作为实施例1的优选例。
如图1至图5所示，机器人2包括：驱动轮系统21和磁力吸附系统22。
驱动轮系统21包括：驱动轮201、驱动电机202、驱动电机安装板203、导向杆座206、滑轨207、齿轮211、涡轮蜗杆减速箱212以及抬升电机213；驱动电机安装板203上安装有四个驱动电机202，每一个驱动电机202输出轴上均安装有一个驱动轮201，驱动电机安装板203安装有四个导向杆座206，用于和磁力吸附系统22的导向杆205配合，驱动电机安装板203安装有滑轨207，用于和磁力吸附系统22的滑块208配合，涡轮蜗杆减速箱212安装在驱动电机安装板203上，涡轮蜗杆减速箱212输出端上安装有齿轮211，齿轮211和齿条210啮合，涡轮蜗杆减速箱212输入端安装有抬升电机213。
当抬升电机213转动，带动蜗轮蜗杆减速箱212输入端转动，蜗轮蜗杆减速箱212输出端带动齿轮211转动，齿轮211与齿条210啮合，从而带动滑块208上或下移动，滑块208通过拉力传感器209带动磁铁安装板204向上或向下移动，从而使得磁吸盘与水冷壁管1的间距发生变化，使得磁吸力变小或变大。蜗轮蜗杆减速箱212具有自锁功能，当抬升电机213停止工作时，蜗轮蜗杆减速箱212自锁，通过齿轮211和齿条210的啮合实现磁力吸附系统22与驱动轮系统21的相对固定。拉力传感器209一端安装在磁力吸附系统22上，另一端连接在驱动轮系统21上，在实现磁吸力可调的情况下，均可测量磁吸力的大小。
如图6和图7所示，磁力吸附系统22包括：磁铁安装板204、导向杆205、滑块208、拉力传感器209、齿条210、轭铁214、端部磁铁215以及中间磁铁216；磁铁安装板204安装有四个导向杆205，拉力传感器209一端安装在磁铁安装板204上，拉力传感器209另一端安装在滑块208上，滑块208上安装有齿条210，齿条210和齿轮211啮合。磁铁安装板204底部安装有四块轭铁214，两块轭铁214安装在前部，横向间距为壁管间距的一半，两块轭铁214安装在后部，横向间距为壁管间距的一半，轭铁214两端安装有两块端部磁铁215，两块端部磁铁215中间安装有若干中间磁铁216，端部磁铁215和中间磁铁216等间距布置，相邻两块端部磁铁215和中间磁铁216或相邻两块中间磁铁216的N极和S极相反安装。在水冷壁管1附近时，端部磁铁215和中间磁铁216与水冷壁管1产生磁吸力，沿横向水冷壁管1位置变化时磁吸力按照正弦规律进行波动，正弦波动的横轴为水冷壁管位置方向，纵轴为磁吸力，波动周期等于壁管间距。布置四个磁吸盘，前部两个磁吸盘的磁吸力合力为恒定值，不随着横向位置而变化，后部两个磁吸盘的磁吸力合力为恒定值，不随着横向位置而变化。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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申请和简化描述，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申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种磁吸力可调水冷壁管机器人，其特征在于，包括：驱动轮系统(21)、磁力吸附系统(22)、拉力传感器(209)、抬升电机(213)以及磁吸盘；
所述磁力吸附系统(22)安装在所述驱动轮系统(21)上并允许相对所述驱动轮系统(21)上下移动；
所述驱动轮系统(21)安装所述抬升电机(213)，所述磁力吸附系统(22)安装所述拉力传感器(209)；
所述抬升电机(213)传动连接所述拉力传感器(209)并通过所述拉力传感器(209)带动所述磁力吸附系统(22)相对所述驱动轮系统(21)上下移动；
所述磁力吸附系统(22)安装所述磁吸盘，所述磁吸盘设置有多组且错落安置。
2.根据权利要求1所述磁吸力可调水冷壁管机器人，其特征在于，所述驱动轮系统(21)还包括：驱动电机安装板(203)、导向杆座(206)、滑轨(207)以及涡轮蜗杆减速箱(212)；
所述驱动电机安装板(203)一侧安装所述滑轨(207)和所述涡轮蜗杆减速箱(212)，所述涡轮蜗杆减速箱(212)输入端连接所述抬升电机(213)，所述涡轮蜗杆减速箱(212)安装自锁装置；
所述驱动电机安装板(203)四角设置多个通孔，所述通孔上固定安装所述导向杆座(206)，所述导向杆座(206)连通所述通孔。
3.根据权利要求2所述磁吸力可调水冷壁管机器人，其特征在于，所述磁力吸附系统(22)还包括：磁铁安装板(204)、导向杆(205)以及滑块(208)；
所述磁铁安装板(204)一侧固定连接所述拉力传感器(209)一端，所述拉力传感器(209)另一端固定安装所述滑块(208)；
所述磁铁安装板(204)安装所述拉力传感器(209)一侧四角固定安装多个所述导向杆(205)。
4.根据权利要求3所述磁吸力可调水冷壁管机器人，其特征在于：所述磁铁安装板(204)安装在所述驱动电机安装板(203)背离所述滑轨(207)一侧；
所述导向杆(205)通过所述通孔对应导入所述导向杆座(206)中并允许相对所述导向杆座(206)上下滑动；
所述驱动电机安装板(203)中部设置避位孔，所述拉力传感器(209)导入所述避位孔中并延伸至所述驱动电机安装板(203)朝向所述滑轨(207)一侧，所述拉力传感器(209)允许相对所述驱动电机安装板(203)上下移动；
所述滑块(208)设置在所述驱动电机安装板(203)朝向所述滑轨(207)一侧且所述滑块(208)大于所述避位孔。
5.根据权利要求4所述磁吸力可调水冷壁管机器人，其特征在于：所述滑块(208)一侧沿所述拉力传感器(209)移动方向滑配连接所述滑轨(207)。
6.根据权利要求5所述磁吸力可调水冷壁管机器人，其特征在于：所述滑块(208)另一侧竖直固定安装齿条(210)；
所述涡轮蜗杆减速箱(212)输出端安装齿轮(211)；
所述齿条(210)和所述齿轮(211)啮合。
7.根据权利要求2所述磁吸力可调水冷壁管机器人，其特征在于：所述驱动电机安装板(203)安装多个驱动轮(201)；
所述驱动轮(201)同轴连接驱动电机(202)输出端并通过所述驱动电机(202)驱动转动；
所述驱动轮(201)通过转动推动机器人(2)移动，所述机器人(2)前进方向设为前端，所述机器人(2)后退方向设为后端。
8.根据权利要求7所述磁吸力可调水冷壁管机器人，其特征在于：所述磁铁安装板(204)背离所述拉力传感器(209)一侧固定安装所述磁吸盘；
所述磁吸盘包括：轭铁(214)、端部磁铁(215)以及中间磁铁(216)；
所述轭铁(214)设置为条状，所述轭铁(214)一侧两端固定安装所述端部磁铁(215)，两个所述端部磁铁(215)之间固定安装多个所述中间磁铁(216)；
所述端部磁铁(215)和所述中间磁铁(216)等间距布置，相邻所述端部磁铁(215)和所述中间磁铁(216)之间或相邻所述中间磁铁(216)之间N极和S极相反。
9.根据权利要求8所述磁吸力可调水冷壁管机器人，其特征在于：所述磁吸盘垂直于所述机器人(2)移动方向安置；
所述磁铁安装板(204)背离所述拉力传感器(209)一侧前端和后端分别固定安装两个所述磁吸盘。
10.根据权利要求9所述磁吸力可调水冷壁管机器人，其特征在于：水冷壁管(1)由多个壁管依次并排排列组成，所述机器人(2)沿所述壁管延伸方向移动；
所述磁吸盘与所述壁管间磁吸力沿垂直所述壁管延伸方向按照正弦规律进行波动；
前端两个所述磁吸盘错落放置且错落间距设置为所述壁管间距一半，前端两个所述磁吸盘与所述壁管间磁吸力之和为恒定值；
后端两个所述磁吸盘错落放置且错落间距设置为所述壁管间距一半，后端两个所述磁吸盘与所述壁管间磁吸力之和为恒定值。
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