CN113928436A - 一种爬壁机器人 - Google Patents

Abstract

一种爬壁机器人，该爬壁机器人具有在水冷壁管排锅炉设备金属内、外壁面的吸附、移动功能，所述爬壁机器人至少包括铰接的驱动模块和作业模块，所述驱动模块为所述爬壁机器人提供动力驱动，所述作业模块根据要求完成对所述设备内、外壁面的测量和/或修复工作。所述爬壁机器人至少包括依次铰接的前驱动模块、作业模块和后驱动模块。

Description

一种爬壁机器人

技术领域

本发明属于机器人技术领域，特别涉及一种可以用于锅炉检测、清洗、修理的爬壁机器人。

背景技术

现代大型火力发电站锅炉广泛采用膜式水冷壁结构。电站锅炉正常运行时，水冷壁排管向火侧管壁表面会产生积灰、结渣、磨损和腐蚀。这对锅炉的安全运行造成很大的损害，一旦出现爆管事故将严重影响电站的生产效益。因此必须对锅炉水冷壁进行定期检测。

国内火力发电企业通常根据检修规程对锅炉进行周期性的检修工作。一般来说，机组1～2年进行一次小修(C修)，2～3年进行一次中修(B修)，4～6年进行一次大修(A修)。电厂锅炉由于燃用煤种复杂，设备庞大等原因，针对水冷壁受热面的检修不仅需要搭建炉膛脚手架，还需要进行上千个关键点的壁厚进行测量以保证锅炉的安全性。目前，水冷壁的壁厚检测工作基本由人工操作。人工操作存在作业周期长、工作效率低、费用高、环境恶劣、易出事故等缺点。我国现有大型火力发电站600多座，水冷壁的清扫、检测工作量非常大。本发明实施例提供一种电厂锅炉内部检测爬壁机器人，用于解决现有人工检测中存在的劳动强度大，检测周期长，安全性差的问题。

发明内容

本发明实施例之一，一种爬壁机器人，该爬壁机器人具有在设备金属内、外壁面的吸附、移动功能。

爬壁机器人至少包括依次铰接的前驱动模块、作业模块和后驱动模块。驱动模块为所述爬壁机器人提供驱动，作业模块根据要求完成对所述设备内、外壁面的测量和/或修复工作。

本发明可以作为电厂锅炉内部检测爬壁机器人，在电厂锅炉检修时，不需要人工搭脚手架，使用爬壁机器人通过锅炉检修孔进入锅炉内部，通过磁吸附于电厂锅炉水冷壁上执行各种检测和其他任务。由于，爬壁机器人具有铰接结构，能够在锅炉内部弯曲的壁面上顺利爬行通过，满足了锅炉检测的要求。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，其中：

图1根据本发明实施例之一的爬壁机器人组装状态示意图。

图2根据本发明实施例之一的爬壁机器人分解状态示意图。

图3根据本发明实施例之一的爬壁机器人翻越锅炉折弯角示意图。

图4根据本发明实施例之一的爬壁机器人驱动模块示意图。

图5根据本发明实施例之一的爬壁机器人作业模块示意图。

图6根据本发明实施例之一的爬壁机器人驱动模块各部件分解示意图。

图7根据本发明实施例之一的爬壁机器人驱动模块中横移机构各部件分解示意图。

图8根据本发明实施例之一的爬壁机器人作业模块各部件分解示意图。

100——前动力驱动模块，200——作业模块，300——后动力驱动模块，400——铰接结构，

103——驱动模块支撑横梁，104——动力导向轮组，105——横移机构，106——动力磁吸组件，

206——作业模块磁吸组件，207——作业模块支撑横梁，208——作业模块导向轮组，209——作业机构，

110——固定连接件，111——传动齿轮箱，112——第一连接固定板，113——第二连接固定板，

115——顶升驱动电机，116——平移驱动电机，

118——灰尘防护罩，119——平移传动齿轮箱，120——磁性六边形弧面轮，121——动力驱动电机，122——激光位移传感器，

130——动力转轴，

220——作业转轴，221——铝合金限位件，222——超声波测厚探头，223——第三固定板，

224——视觉模块，225——气缸，226——耦合剂点胶阀，227——作业模块骨架，228——电缸，229——打磨驱动电机，

230——弹性连接部件，231——钢丝刷打磨轮。

具体实施方式

根据一个或者多个实施例，一种用于电厂锅炉内部水冷壁管排壁厚检测的爬壁机器人，用于替代人工对电厂锅炉内部水冷壁管排壁厚进行检测。如附图所示。

图1是锅炉水冷壁管排壁厚检测爬壁机器人的顶部视图。展示了爬壁机器人三段式铰接结构及各功能模块。

图2是锅炉水冷壁管排壁厚检测爬壁机器人框架结构的顶部视图。展示了爬壁机器人的框架结构及各部分模块。包括两端的动力驱动模块及中部的作业模块。图3是锅炉水冷壁管排壁厚检测爬壁机器人翻越锅炉折弯角示意图。展示了爬壁机器人翻越折弯角时动力驱动模块与作业模块的铰接形式。

图4是锅炉水冷壁管排壁厚检测爬壁机器人磁吸机构及动力驱动模块结构图。

图5是锅炉水冷壁管排壁厚检测爬壁机器人测厚作业模块结构图。

图6是锅炉水冷壁管排壁厚检测爬壁机器人磁吸及动力驱动模块爆炸图。

图7是锅炉水冷壁管排壁厚检测爬壁机器人横移模块爆炸图。

图8是锅炉水冷壁管排壁厚检测爬壁机器人水冷壁管排测厚作业模块爆炸图。

参照图1和图2，该爬壁机器人整体由三段模块铰接而成，包括前段动力驱动模块，中段作业模块、后段动力驱动模块。前段动力驱动模块和后段动力驱动模块，可以采用相同的结构设计。采用三段铰接式结构将动力驱动模块分置于作业模块两端，一方面减小机器人本体的宽度，使其能通过锅炉的现有的检修孔放入锅炉内部而不需要破坏锅炉的结构；另一方面，可活动的铰接机构使得该机器人能够轻易的翻越锅炉内部145°折弯角，并在翻越折弯角时保证磁吸附机构牢固吸附于锅炉水冷壁上，如参照图3。

整体爬壁机器人采用模块化设计，各模块均可单独拆分组合。便于安装和更换各模块及零部件，同时可根据需求更换不同的作业模块进行不同范畴的作业。该爬壁机器人的工作方式为：

将爬壁机器人通过锅炉检修孔放入锅炉内部，前后动力驱动模块的四个导向轮组104卡住水冷壁管排并列的四根管子，通过动力磁吸驱动组件106、作业磁吸组件206及磁性六边形弧面轮120磁隙式吸附在水冷壁管排上，爬壁机器人在动力导向轮的驱动下沿管排上下爬行。通过视频摄像模块和激光位移传感器确定机器人爬行的距离和位置。当机器人到达检测点时启动作业模块，按照打磨、涂耦合剂和超声波测厚的工序对检测点的水冷壁壁厚进行测量。

该爬壁机器人使用远程有线通信控制方式。供电电缆和通信电缆一端连接于机器人，一端连接控制器。控制器为机器人及各传感器和检测是设备提供电能，控制机器人前进、后退、横移及作业模块的顺序动作。通信电缆和机器人后台上位机系统连接，用以接收传感器的反馈数据(包括视频信号，距离信号、位置信号、作业模块到位信号)、测量数据，发送控制指令等。由于此控制手段为成熟技术，此处不再详细赘述。

以下将对照各参照图对本发明的爬壁机器人做详细描述。图4展示了锅炉水冷壁管排壁厚检测爬壁机器人单一动力驱动模块的结构示图。动力驱动模块由前后两端的支撑横梁、导向轮组、横移机构、磁吸附及驱动组件组成。

参照图6，每一个动力驱动模块两端的支撑横梁下方设一组导向轮组，每组轮组由四个与水冷壁管排管壁外圆匹配的凹型轮子组成，两两凹型轮子一组。凹型轮子设置导向轮组使得爬壁机器人在锅炉水冷壁管排爬行时，导向轮组始终能卡住管排上的四根管子，一方面保证爬壁机器人在水冷壁管排上沿直线爬行，另一方面使爬壁机器人的磁吸附模块始终与管排的管子间的吸附面面积保持恒定，确保吸附力恒定。导向轮组通过转轴和固定连接件固定于支撑横梁上。

动力驱动模块左右两侧的磁吸附及驱动组件通过4个连接固定板固定于支撑横梁上。支撑横梁上设有间距调节孔，实际使用时，可根据水冷壁管排管子间距调节两侧的磁吸附及驱动组件的间距，保证机器人能适配不同管排间距的水冷壁。

动力驱动模块中间设顶升及横移模块，顶升及横移模块通过4个连接固定板固定在支撑横梁上。参照图7，顶升及横移模块由连接支撑骨架、两个顶升驱动电机、运动电机、齿轮传动箱、两个磁性六边形弧面轮及灰尘防护罩组成。顶升驱动电机固定于支撑骨架上，通过丝杆与传动模块底部横梁连接，横梁两侧安装磁性六边形弧面轮，磁性六边形弧面轮的每一个弧面上均内嵌弧面永磁体。

在爬壁机器人在进行顶升和平移时，六边形弧面轮牢固的吸附于水冷壁管排上，避免因两侧的磁吸附及驱动组件和水冷壁脱离接触时机器人坠落。运动电机通过齿轮传动箱驱动磁性六边形弧面轮转动。由于动力驱动模块两侧的磁吸附与驱动组件、中间顶升装置的磁性六边形弧面轮，该三部分提供的磁吸附方式为“磁隙式”吸附，是非接触式的。而在机器人平移时，由磁性六边形弧面轮提供接触式吸附，吸附力要远大于“磁隙式”吸附。虽然机器人本体被顶升了起来，但通过控制顶升的高度，动力驱动模块两侧的磁吸附与驱动组件依然还存在吸力，故不会存在机器人坠落的情况。

顶升及横移模块的底部两侧设有两个激光位移传感器，用以检测爬壁机器人在进行顶升和横移动作时横移的距离。当横移距离达到设定距离时，顶升机构恢复，动力驱动模块下降，磁吸附及驱动组件与水冷壁管排牢靠吸附，机器人横移动作完成。

参照图5，锅炉水冷壁管排壁厚检测爬壁机器人的测厚作业模由由前后两端的铰接支撑横梁7，横梁下方的一对单导向轮组，作业机构以及作业机构两侧的磁吸附及驱动组件组成。

作业机构由3部分功能模块组成，分别为打磨清扫机构、耦合剂涂膜机构和超声波测厚机构组成。作业机构的作业工序为：先由打磨清扫机构对被测的水冷壁管排测厚点进行打磨，去除表面的炉灰结渣，同时擦除被测点表面的浮灰，使被测点漏出金属光泽；然后使用耦合剂涂抹机构在检测点涂抹耦合剂；最后使用超声波测厚机构对探测点的壁厚进行测量。

参照图8，测厚作业模块两端的支撑横梁下方设一对导向轮组，每对轮组由两个与水冷壁管排管壁外圆匹配的凹型轮子组成。此处导向轮组的作用与动力驱动模块上导向轮组作用相同。导向轮组通过转轴和固定连接件固定于支撑横梁上。作业机构两侧的磁吸附及驱动组件通过4个连接固定板固定于铰接支撑横梁上。支撑横梁上设有间距调节孔，实际使用时，可根据水冷壁管排管子间距调节两侧的磁吸附及驱动组件的间距，保证机器人能适配不同管排间距的水冷壁。

作业模块骨架的两端嵌入铰接支撑横梁的中部。作业模块骨架的右侧为打磨清扫机构。由电缸，驱动电机、弹性连接部件和钢丝刷打磨轮组成。电缸固定于作业模块骨架上方，弹性连接部件安装于电缸下方，在电缸的推动下可上下运动。通过弹性连接部件可使钢丝刷打磨轮与水冷壁管排柔性接触，使其更适用于非平面的打磨。打磨驱动电机安装在钢丝刷打磨轮的一侧。耦合剂涂抹机构布置在作业模块骨架的中部，由气缸耦合剂点胶阀组成。耦合剂点胶阀在气缸的推动下将耦合剂涂抹于水冷壁测厚点。超声波测厚探头安装于气缸下方，使用两个铝合金限位件固定于作业模块骨架上。

爬壁机器人在进行测厚作业时，通过气缸推动超声波探头向下移动，与水冷壁管壁接触，进行测厚作业。在超声波测厚探头的后面设置视觉模块，用于观测测厚点位置及超声波测厚探头的到位情况。

本发明的用于锅炉水冷壁管排壁厚检测的爬壁机器人，使用永磁体提供磁吸力，采用永磁体按磁感线排布的弧面磁吸结构、磁隙式吸附形式，从而使爬壁机器人牢固的吸附于锅炉水冷壁管排特殊吸附面上并沿着水冷壁管排向上爬行。同时，机器人携带的超声波测厚仪可对对管排的壁厚进行测量。所述爬壁机器人采用三段式铰接结构，包括至少一对具有磁吸附力的动力驱动模块及动力驱动模块中间的作业模块。各模块均可单独拆分组合，可根据需要更换不同的作业模块进行不同范畴的作业。

值得说明的是，虽然前述内容已经参考若干具体实施方式描述了本发明创造的精神和原理，但是应该理解，本发明并不限于所公开的具体实施方式，对各方面的划分也不意味着这些方面中的特征不能组合，这种划分仅是为了表述的方便。本发明旨在涵盖所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改和等同布置。

Claims (10)

1.一种爬壁机器人，其特征在于，该爬壁机器人具有在设备金属内、外壁面的吸附、移动功能，

所述爬壁机器人至少包括铰接的驱动模块和作业模块，

所述驱动模块为所述爬壁机器人提供动力驱动，

所述作业模块根据要求完成对所述设备内、外壁面的测量和/或修复工作。

2.根据权利要求1所述的爬壁机器人，其特征在于，所述爬壁机器人至少包括依次铰接的前驱动模块、作业模块和后驱动模块。

3.根据权利要求1所述的爬壁机器人，其特征在于，所述设备为锅炉。

4.根据权利要求3所述的爬壁机器人，其特征在于，所述锅炉为具有水冷壁管排锅炉。

5.根据权利要求4所述的爬壁机器人，其特征在于，所述驱动模块具有由多个导向轮组成的导向轮组，其中，导向轮的凹面与水冷壁排管的外缘面相配合，使得所述爬壁机器人可以始终沿着水冷壁管排移动。

6.根据权利要求5所述的爬壁机器人，其特征在于，所述驱动模块具有横移机构，该横移机构包括，顶升电机、平移电机和磁性多边弧面轮，

当所述爬壁机器人需要在所述水冷壁管排间平移时，顶升电机将所述磁性多边弧面轮推抵住水冷壁排管外缘面，同时所述爬壁机器人本体被抬升脱离水冷壁壁面，所述磁性多边弧面轮的弧面与水冷壁排管外缘面的弧面配合，在所述磁性多边弧面轮与水冷壁排管磁吸力作用下，所述爬壁机器人仍然吸附在水冷壁排管上，这时，平移电机驱动所述磁性多边弧面轮转动，使得所述磁性多边弧面轮的当前吸合面的临边面与临边管排外缘面吸合，实现所述爬壁机器人的平移。

7.根据权利要求6所述的爬壁机器人，其特征在于，所述驱动模块设有唯一传感器，用于检测检测所述爬壁机器人在进行顶升或横移动作时移动的距离。

8.根据权利要求4所述的爬壁机器人，其特征在于，所述作业模块设有测厚仪，用于对水冷壁管排壁厚的测量。

9.根据权利要求8所述的爬壁机器人，其特征在于，所述作业模块设有打磨组件，该打磨组件用于对水冷壁管排表面的打磨清扫。

10.根据权利要求9所述的爬壁机器人，其特征在于，所述作业模块设有耦合剂涂抹组件，用于对打磨清扫完毕的水冷壁管排壁厚测量点的耦合剂涂抹。

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