CN113983955A - 一种轮廓扫描磁性爬壁机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及爬壁机器人技术领域，具体是一种轮廓扫描磁性爬壁机器人，包括磁性履带底盘、激光扫描器、滚珠式磁吸附机构和位移测量机构；所述磁性履带底盘包括底盘本体、履带和第一永磁体；所述滚珠式磁吸附机构包括滚珠支架、滚珠和第二永磁体，所述滚珠和第二永磁体安装于滚珠支架的底部，所述滚珠支架安装在底盘本体的前端或后端；所述位移测量机构包括编码器支架、拉簧、随动轮和编码器，所述编码器支架枢接于底盘本体的后端，所述随动轮安装在编码器支架的后端，所述编码器与随动轮连接，所述拉簧连接于编码器支架与底盘本体之间。本发明能够保证爬壁机器人对壁面的吸附力的同时，降低履带和壁面的磨损；还能够保证位移测量的精度。
Description
技术领域
本发明涉及爬壁机器人技术领域，具体是一种轮廓扫描磁性爬壁机器人。
背景技术
随着时代不断发展，机器人越来越多的出现在当前的工业现场，磁性爬壁机器人是机器人在当前工业物联网中解决高空作业的一种新型途径。目前我国各类大型储罐数量十分巨大，储罐是否可以安全运行关系着整个社会的正常运转，储罐发生的安全隐患大部分集中在焊缝缺陷原因造成的，焊缝缺陷主要通过焊缝表面的微形貌进行展现，通过磁性爬壁机器人携带线性激光传感器对表面微型貌进行扫描。传统的表面轮廓扫描方式多采用搭建高空平台，携带摄像头或者激光传感器进行扫描，人工成本大，使用起来很复杂，不利于普及。传统的储罐表面检测方式已经远远满足不了当前的复要求，使用爬壁机器人携带线性激光传感器进行扫描作业，替代传统的方案，在当下的机器人时代具有强大的便利性，实用性。轮廓扫描机器人平台上搭载轮廓扫描传感器和可视化摄像头，可以对储罐表面进行快速视频可视化检测，中速扫描拼接，低速重点风险扫描，通过自主开发的上位机软件，实现了多种工作模式并存、使用方便快捷的操作方式，将检测人员中高空作业危险环境中解放出来，让储罐检测过程智能化。
目前对爬壁机器人移动方式的选择主要由以下三种：履带式，足式，轮式。履带式爬壁机器人是最为常见，这种移动方式也是应用较为广泛的，它的优点在于：履带与地面接触面积大，提供的吸附力大，可靠性强。图1示出了履带式爬壁机器人的工作原理示意图，履带式爬壁机器人采用双履带永磁吸附结构装置，由若干安装在履带上的永磁体18组成，采用接触式吸附方式。在任一时刻，永磁体18吸附在导磁壁面17上，形成一定的吸附力，使机器人本体吸附于壁面17上，同时，在履带式的移动机构下运动。为保证安全性，不论静止或运动状态，机器人都不能脱离壁面17。履带式爬壁机器虽然吸附力较大，但这带来了一些缺陷：(1)履带式爬壁机器人依靠两侧履带的转速差转向，有时为了实现小半径转向，甚至需要锁死一侧履带，这必然造成履带和壁面的磨损，而这种磨损与履带式底盘的磁吸附力正相关；(2)履带式爬壁机器的底盘作为一个整体吸附力大，不便于将履带式爬壁机器人从壁面上取下。
另外，爬壁机器人在行走时，需要实时测量其位移，目前，一般通过编码器来实现位移的测量，如CN111562309A公开的超声相控阵焊缝检测磁吸附爬壁机器人，在扫查架装置壳体的底端中部安装编码器(参见其说明书第0040段及附图6)，用于记录移动位移。然而，在实际工况中，经常出现壁面不平的情况，比如储罐表面，由于编码器无法与壁面紧贴，导致位移的测量精度低，影响爬壁机器人的路径规划或自动寻迹。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术的不足，提供一种轮廓扫描磁性爬壁机器人，通过设置滚珠式磁吸附机构，保证爬壁机器人对壁面的吸附力的同时，减小磁性履带底盘对壁面的吸附力，从而降低履带和壁面的磨损；在拉簧的作用下，随动轮与壁面保持紧贴，能够保证位移测量的精度。
所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种轮廓扫描磁性爬壁机器人，包括磁性履带底盘、激光扫描器、滚珠式磁吸附机构和位移测量机构；所述磁性履带底盘包括底盘本体、履带和第一永磁体，所述履带安装于底盘本体的两侧，所述第一永磁体安装在履带上，所述激光扫描器安装在底盘本体上；所述滚珠式磁吸附机构包括滚珠支架、滚珠和第二永磁体，所述滚珠和第二永磁体安装于滚珠支架的底部，所述滚珠支架安装在底盘本体的前端或后端；所述位移测量机构包括编码器支架、拉簧、随动轮和编码器，所述编码器支架枢接于底盘本体的后端，所述随动轮安装在编码器支架的后端，所述编码器与随动轮连接，所述拉簧连接于编码器支架与底盘本体之间。
相对于现有技术，本发明轮廓扫描磁性爬壁机器人的有益效果为：(1)设置滚珠式磁吸附机构，而滚珠式磁吸附机构通过滚珠在壁面上滚动，能够在保证爬壁机器人对壁面的吸附力的同时，减小磁性履带底盘对壁面的吸附力，从而降低履带和壁面的磨损；(2)在拉簧的作用下，随动轮与壁面保持紧贴，能够保证位移测量的精度。
本发明的技术方案还有，所述滚珠式磁吸附机构还包括连接架，所述连接架安装在底盘本体上，所述滚珠支架通过第一轴枢接于连接架，所述第一轴呈左右方向。采用本技术方案，一是使滚珠式磁吸附机构有一定的越障能力，二是使滚珠支架能够相对于底盘本体的向上翻转，从而能够单独的将磁性履带底盘和滚珠式磁吸附机构从壁面分离，较为省力。
本发明的技术方案还有，所述连接架通过第二轴枢接于底盘本体，所述第二轴呈前后方向。当壁面呈弧形并且其轴线与爬壁机器人的前进方向平行时，履带无法与壁面贴合，影响磁性履带底盘的吸附力。采用本技术方案，使滚珠式磁吸附机构能够相对于底盘本体左右摆动，从而尽可能与壁面贴合，保证爬壁机器人的吸附力。
本发明的技术方案还有，所述滚珠式磁吸附机构设有至少两组。
本发明的技术方案还有，所述底盘本体的底部设有第三永磁体。
本发明的技术方案还有，还包括摄像头，所述摄像头安装在底盘本体上。
本发明的技术方案还有，所述位移测量机构设置于底盘本体的后端中心。由于磁性履带底盘在转弯时一侧位移较小甚至不动，因此，将位移测量机构设置于底盘本体的后端中心，能够保证其位移测量精度。
附图说明
图1为履带式爬壁机器人的工作原理图。
图2为实施例一中轮廓扫描磁性爬壁机器人的立体图一。
图3为图2中A部的局部放大图。
图4为实施例一中轮廓扫描磁性爬壁机器人的立体图二。
图5为实施例一中轮廓扫描磁性爬壁机器人的主视图。
图6为实施例一中轮廓扫描磁性爬壁机器人的左视图。
图7为实施例一中轮廓扫描磁性爬壁机器人的仰视图。
图8为实施例二中轮廓扫描磁性爬壁机器人的使用状态参考图。
图中：1、激光扫描器，2、底盘本体，3、履带，4、第一永磁体，5、滚珠支架，6、滚珠，7、第二永磁体，8、编码器支架，9、拉簧，10、随动轮，11、编码器，12、连接架，13、第一轴，14、第二轴，15、第三永磁体，16、摄像头，17、壁面，18、永磁体。
具体实施方式
以下实施例是对本发明的进一步说明，但本发明并不局限于此。因本发明比较复杂，因此实施方式仅对本发明的发明点部分进行详述，本发明未详述部分均可采用现有技术。
实施例一：
图2-图8示出了本发明的实施例一。
一种轮廓扫描磁性爬壁机器人，包括磁性履带底盘、激光扫描器1、摄像头16、滚珠式磁吸附机构和位移测量机构。
所述磁性履带底盘包括底盘本体2、履带3、第一永磁体4和第三永磁体15，所述履带3安装于底盘本体2的两侧，所述第一永磁体4安装在履带3上，所述第三永磁体15安装于底盘本体2的底部(参见图7)。。
所述激光扫描器1和摄像头安装在底盘本体2上。
所述滚珠式磁吸附机构包括滚珠支架5、滚珠6、第二永磁体7和连接架12。所述滚珠式磁吸附机构设有两组并且并排设置于磁性履带底盘的前端。如图8所示，所述滚珠6和第二永磁体7安装于滚珠支架5的底部。
如图4所示，所述连接架12通过第二轴14枢接于底盘本体2的前端，所述第二轴14呈前后方向。当壁面呈弧形并且其轴线与爬壁机器人的前进方向平行时，履带3无法与壁面贴合，影响磁性履带底盘的吸附力。采用本技术方案，使滚珠式磁吸附机构能够相对于底盘本体2左右摆动，从而尽可能与壁面贴合，保证爬壁机器人的吸附力。
如图4所示，所述滚珠支架5通过第一轴13枢接于连接架12，所述第一轴13呈左右方向。采用本技术方案，一是使滚珠式磁吸附机构有一定的越障能力，二是使滚珠支架5能够相对于底盘本体2的向上翻转(参见图8)，从而能够单独的将磁性履带底盘和滚珠式磁吸附机构从壁面分离，较为省力。
由于磁性履带底盘在转弯时一侧位移较小甚至不动，因此，本实施例中将位移测量机构设置底盘本体2的后端中心，能够保证其位移测量精度。
如图3所示，所述位移测量机构包括编码器支架8、拉簧9、随动轮10和编码器11，所述编码器支架8枢接于底盘本体1的后端，所述随动轮10安装在编码器支架8的后端，所述编码器11与随动轮10连接，所述拉簧9连接于编码器支架8与底盘本体2之间。在拉簧的作用下，随动轮与壁面保持紧贴，能够保证位移测量的精度。
工作时，滚珠式磁吸附机构通过滚珠在壁面上滚动，滚珠式磁吸附机构能够分担爬壁式机器人的磁力，在保证爬壁机器人对壁面的吸附力的同时，减小磁性履带底盘对壁面的吸附力，从而降低履带3和壁面的磨损。
上面结合附图对本发明的实施例做了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (7)
1.一种轮廓扫描磁性爬壁机器人，包括磁性履带底盘和激光扫描器(1)，所述磁性履带底盘包括底盘本体(2)、履带(3)和第一永磁体(4)，所述履带(3)安装于底盘本体(2)的两侧，所述第一永磁体(4)安装在履带(3)上，所述激光扫描器(1)安装在底盘本体(2)上，其特征在于，还包括滚珠式磁吸附机构和位移测量机构；所述滚珠式磁吸附机构包括滚珠支架(5)、滚珠(6)和第二永磁体(7)，所述滚珠(6)和第二永磁体(7)安装于滚珠支架(5)的底部，所述滚珠支架(5)安装在底盘本体(2)的前端或后端；所述位移测量机构包括编码器支架(8)、拉簧(9)、随动轮(10)和编码器(11)，所述编码器支架(8)枢接于底盘本体(1)的后端，所述随动轮(10)安装在编码器支架(8)的后端，所述编码器(11)与随动轮(10)连接，所述拉簧(9)连接于编码器支架(8)与底盘本体(2)之间。
2.根据权利要求1所述的轮廓扫描磁性爬壁机器人，其特征在于，所述滚珠式磁吸附机构还包括连接架(12)，所述连接架(12)安装在底盘本体(2)上，所述滚珠支架(5)通过第一轴(13)枢接于连接架(12)，所述第一轴(13)呈左右方向。
3.根据权利要求2所述的轮廓扫描磁性爬壁机器人，其特征在于，所述连接架(12)通过第二轴(14)枢接于底盘本体(2)，所述第二轴(14)呈前后方向。
4.根据权利要求1所述的轮廓扫描磁性爬壁机器人，其特征在于，所述滚珠式磁吸附机构设有至少两组。
5.根据权利要求1-4任一所述的轮廓扫描磁性爬壁机器人，其特征在于，所述底盘本体(2)的底部设有第三永磁体(15)。
6.根据权利要求1-4任一所述的轮廓扫描磁性爬壁机器人，其特征在于，还包括摄像头(16)，所述摄像头(16)安装在底盘本体(2)上。
7.根据权利要求1-4任一所述的轮廓扫描磁性爬壁机器人，其特征在于，所述位移测量机构枢接于底盘本体(2)的后端中心。
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