CN115013641B - 一种适应多种直径管道的除锈机器人及除锈方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适应多种直径管道的除锈机器人及除锈方法，属于管道机器人领域。解决了现有的管道机器人无法适应复杂的管道环境，不能在垂直水平弯管上行进，且无法挂载除锈装置的问题。它包括前侧行走装置、换向装置、后侧行走装置和除锈装置，换向装置前端与前侧行走装置连接，后端与后侧行走装置连接，除锈装置设置在前侧行走装置的前端；前侧行走装置和后侧行走装置的结构相同，均包括安装在安装板上的前轮臂机构、吸附模块和后轮臂机构，通过前轮臂机构和后轮臂机构使机器人在待除锈管道上行走，通过吸附模块对机器人在待除锈管道上定位，换向装置用于调整机器人在垂直管道的状态，除锈装置用于除锈。本发明适用于管道的除锈机器人。

Description

一种适应多种直径管道的除锈机器人及除锈方法

技术领域

本发明创造属于管道机器人技术领域，尤其是涉及一种适应多种直径管道的除锈机器人及除锈方法。

背景技术

管道机器人是一种可沿管道外部自动行走、携带一种或多种传感器及操作机械。管外爬行机器人可以代替人工实现低成本、低风险和高可靠性的空中作业，如管道检测、管外防腐处理、大桥缆绳的检查和维护等。

上海交通大学的吕恬生、张家梁和罗均教授对斜拉桥缆索涂装维护机器人做出系统的研究，所设计的缆索爬行机器人已投入市场使用。缆索Ⅰ号机器人，采用圆形内外框架结构，由摩擦轮和抱紧轮组成两组夹紧小车在缆索两侧形成夹紧，驱动电机通过带传动使机器人连续爬升运动。每个夹紧下车上安装有主压弹簧调节摩擦轮和缆索之间的夹紧轮，同时也可以适应缆索直径小范围的变化。缆索Ⅱ号采用气动蠕动的爬行形式，它能在任意斜度的缆索上爬行，机器人爬行机构采用上体、下体两部分组成，两者之间通过导向轴和气缸联结，上下体安装板上有均匀分布的三个夹紧爪，分别通过三个小气缸控制，完成对缆索的夹紧和放松。这种结构由于采用钢性的导向轴连接上下体，所以对缆索的挠性有较高要求，当缆索挠度过大时机器人无法完成稳定的爬升。

华南理工大学的余朝阳采用对称式框架结构，驱动轮和抱紧轮在管道的两侧实现夹紧，对称框架通过四根支撑杆将驱动轮和抱紧轮联结在一起抱紧管壁，安装板和抱紧轮之间采用压缩弹簧柔性连接，以适应管径的变化，电机通过齿轮传动带动前后两个驱动轮运动，该机器人结构相对简单，控制方便，具有较大负载的能力，能够实现在管壁上连续或间歇运动并完成检测任务，但整体结构庞大，重量较大，驱动力也相应较大。

湖南大学张申林设计两侧轮式对称抱紧的爬管机器人，在于驱动轮和抱紧轮均采用圆弧型轮，因此可以适应较大范围的管径变化，直流伺服电机和驱动轮之间则采用涡轮蜗杆传动，抱紧轮轮轴安装在可调压紧机构上，使抱紧轮在滑动槽里面滑动，另外在框架两端各有四个防偏轮臂，轮臂可以任意角度旋转，可以适应不同直径的拉索检测。

高志勇等人针对杭州湾跨海大桥斜拉索检测设计的爬管机器人同样采用双边轮式夹紧的方式，整个机器人结构更加简单紧凑，适应性也较强。机器人主要通过左右立柱使上座板的抱紧轮和下座板的驱动轮对缆索进行抱紧，在上座上有抱紧力粗调螺旋装置和微调螺旋装置，对抱紧力进行调节，驱动轮采用V型结构，抱紧轮采用两个薄轮组成U型结构，能够适应较大范围的管径变化。

江南大学的李楠等人提出的一种可适应不同导杆直径的爬杆机器人，该机器人可以在管外壁实现直线爬行和旋转爬行两种状态，其爬行机构由三组轮臂组成，每组轮臂的上轮为直行驱动轮，下轮为旋转驱动轮，轮臂之间有拉伸弹簧，可以提供足够的抱紧力，使机器人能在管壁停止。该方案结构设计简单易行，控制相对简单稳定，但只适合表面粗糙度较小的直管道，对T型管道的适应性不足。

现有的管道机器人无法适应复杂的管道环境，不能在垂直水平弯管上行进，且无法挂载除锈装置，因此有必要设计一种适应多种直径管道的除锈机器人来解决上述问题。

发明内容

有鉴于此，本发明创造旨在提出一种适应多种直径管道的除锈机器人，现有的管道机器人无法适应复杂的管道环境，不能在垂直水平弯管上行进，且无法挂载除锈装置问题。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种适应多种直径管道的除锈机器人，包括前侧行走装置、换向装置、后侧行走装置和除锈装置，所述换向装置前端与前侧行走装置连接，后端与后侧行走装置连接，所述除锈装置设置在前侧行走装置的前端，前侧行走装置和后侧行走装置均用于附着于待除锈管道；

所述前侧行走装置和后侧行走装置的结构相同，均包括安装在安装板上的前轮臂机构、吸附模块和后轮臂机构，所述吸附模块安装在安装板的中间位置，所述前轮臂机构和后轮臂机构对称设置在吸附模块的两侧，通过前轮臂机构和后轮臂机构使机器人在待除锈管道上行走，通过吸附模块对机器人在待除锈管道上定位，所述换向装置用于调整机器人在水平管道弯折处及垂直上升管道弯折处的姿态，除锈装置用于对待除锈管道进行除锈。

更进一步的，所述换向装置包括横向谐波减速电机、横向换向臂、纵向谐波减速电机和纵向换向臂，所述横向谐波减速电机安装在横向U型座上，纵向谐波减速电机安装在纵向U型座上，所述横向U型座和纵向U型座的底部固定连接，在横向U型座的前后两侧各设置一个横向换向臂，在纵向U型座的上下两侧各设置一个纵向换向臂，横向谐波减速电机带动横向换向臂绕横向谐波减速电机的输出轴转动，纵向谐波减速电机带动纵向换向臂绕纵向谐波减速电机的输出轴转动，通过横向换向臂与前侧行走装置连接，通过纵向换向臂与后侧行走装置连接。

更进一步的，所述前轮臂机构和后轮臂机构的结构均相同，均包括支撑板、轮臂步进电机、轮臂丝杠、移动座、轮臂、行走电机和轮子，轮臂步进电机安装在支撑板上，支撑板的两端各铰接一个轮臂，在每个轮臂上安装一个行走电机，在每个行走电机上安装一个轮子，轮臂步进电机的输出端与轮臂丝杠连接，轮臂丝杠与移动座螺纹连接，移动座的两端各铰接两个连杆，同一侧的两个连杆与相应侧的轮臂的中部铰接。

更进一步的，所述吸附模块包括第一吸附电机、吸附丝杠、外安装座和永磁吸附机构，第一吸附电机安装在外安装座上，永磁吸附机构设置在外安装座内，第一吸附电机的输出端与吸附丝杠连接，吸附丝杠与永磁吸附机构连接，第一吸附电机带动吸附丝杠旋转，从而带动永磁吸附机构在外安装座内升降，所述永磁吸附机构用于吸附待除锈管道。

更进一步的，所述除锈装置包括连接座、蜗杆电机、除锈减速电机、蜗杆、涡轮、砂轮、弧形导轨和滑块，蜗杆电机安装在连接座的下部，在连接座上安装蜗杆，蜗杆电机通过链传动机构带动蜗杆转动，所述蜗杆与涡轮啮合，弧形导轨固定在连接座上，涡轮通过底部的滑块与弧形导轨滑动连接，涡轮为弧形涡轮，在弧形涡轮的两端各安装一个砂轮，每个砂轮由一个除锈减速电机驱动，连接座与前侧行走装置的安装板连接，弧形涡轮的形状与待除锈管道相适应，且机器人工作时，两个砂轮均朝向待除锈管道的外壁设置。

更进一步的，其中一个横向换向臂安装在横向谐波减速电机的输出轴上，另一个横向换向臂转动安装在横向U型座上，其中一个纵向换向臂安装在纵向谐波减速电机的输出轴上，另一个纵向换向臂转动安装在纵向U型座上。

更进一步的，所述永磁吸附机构包括内安装座、第二吸附电机、圆柱磁铁、槽型衔铁和带传动机构，所述吸附丝杠与内安装座螺纹连接，在内安装座内部对称放置两个槽型衔铁，在两个槽型衔铁之间设置圆柱磁铁，所述第二吸附电机安装在内安装座上，第二吸附电机通过带传动机构带动位于两个槽型衔铁之间的圆柱磁铁的转动。

更进一步的，所述外安装座和内安装座之间安装有导向机构，外安装座和内安装座均为倒U型结构，所述导向机构包括固定在外安装座的两侧内壁上的滑轨和固定在内安装座的两侧外壁上的滑块。

本发明创造的另一目的在于提出一种适应多种直径管道的除锈机器人的除锈方法，具体包括以下步骤：

步骤一、通过第一吸附电机(19)运转使永磁吸附机构(22)沿着导向机构(35)移动到距离第一吸附电机(19)最近的位置，保证永磁吸附机构(22)不会与待除锈管道(E)相接触；

步骤二、将机器人安装在待除锈管道(E)上，通过调节轮臂步进电机(12)改变轮臂(15)夹角，使轮子(17)的边缘与待除锈管道(E)相切，同时启动第一吸附电机(19)使永磁吸附机构(22)与待除锈管道(E)的距离处于一个合适位置，但永磁吸附机构不与待除锈管道(E)接触，同时调节第二吸附电机(31)旋转圆柱磁铁(32)，改变磁吸力度，使机器人能稳定安装在待除锈管道(E)上；

步骤三、除锈减速电机(36)带动砂轮(27)旋转，对待除锈管道(E)进行摩擦除锈，同时蜗杆电机(24)带动蜗杆(25)转动，从而带动涡轮(26)沿着弧形导轨(28)先逆时针运动到极限位置，然后蜗杆电机(24)反向旋转，使涡轮(26)沿着弧形导轨(28)再顺时针运行到极限位置，实现对待除锈管道(E)进行360度无死角除锈；机器人在行走电机(16)的驱动下在待除锈管道(E)上以一定速度前行；并在遇到待除锈管道转弯处时通过横向谐波减速电机(5)及纵向谐波减速电机(7)运转调节机器人在水平管道弯折处及垂直上升管道弯折处的姿态，使机器人能在弯折管道上前行和除锈直至完成整个管道的除锈；

步骤四、待除锈管道(E)完全除锈后，调节第二吸附电机(31)旋转圆柱磁铁(32)，使吸附力度达到最小并将机器从待除锈管道(E)上取下，工作过程结束。

更进一步的，步骤三中在遇到待除锈管道转弯处时通过横向谐波减速电机(5)及纵向谐波减速电机(7)运转调节机器人在水平管道弯折处及垂直上升管道弯折处的姿态的具体过程为：

机器人在行走电机(16)的驱动下在待除锈管道(E)上以一定速度前行，当遇到水平管道弯折处时，通过将前侧行走装置(A)的磁吸力度调至最小同时增大后侧行走装置(C)的磁吸力度，此时，横向谐波减速电机(5)运作，使前侧行走装置(A)抬升一个角度，保证其脱离管道，然后后侧行走装置(C)通过行走电机缓慢前行，使前侧行走装置(A)到达水平弯折位置；然后纵向谐波减速电机(7)继续运作将前侧行走装置(A)围绕电机处旋转90度，使其与弯折后的管道在同一纵向平面内；之后横向谐波减速电机(5)运作，使前侧行走装置(A)的轮子与管道相接触并启动前侧行走装置(A)的第二吸附电机(31)增大磁吸力度，使机器人与管道稳定贴合；后侧行走装置(C)将采用同样的方式使其也与弯折后的管道相平行，最终完成整个转向过程；

当遇到垂直上升的管道时，通过将前侧行走装置(A)的磁吸力度调至最小同时增大后侧行走装置(C)的磁吸力度，此时横向谐波减速电机(5)运作，使前侧行走装置(A)围绕电机旋转至与弯折后的管道平行，然后后侧行走装置(C)通过行走电机缓慢前行，使前侧行走装置(A)的轮子与管道相接触；此时增大前侧行走装置(A)的磁吸力度并将后侧行走装置(C)的磁吸力度调至最小，同时驱动前侧行走装置(A)行走电机，使机器人沿着弯折后的垂直轨道运动，同时后侧行走装置(C)脱离管道，到达一定位置时，横向谐波减速电机(5)运转，使后侧行走装置(C)的轮子与管道接触，并将磁吸调至机器人能稳定在垂直管道运动的状态，完成垂直管道部分方向的改变。

与现有技术相比，本发明创造所述的一种适应多种直径管道的除锈机器人的有益效果是：

(1)本发明创造所述的一种适应多种直径管道的除锈机器人，轮臂机构的设置，使的轮臂的夹角可以调节，使得除锈机器人的适应能力增强，可以适应多种尺寸的管道；无电可调节磁吸力度大小的磁吸装置，节省能源，适应场景更多；机器人采用磁吸附着式，方便安装和拆卸。

(2)本申请的除锈机器人实现了管道全自动除锈同时增添了适应多种尺寸的管道的功能；并且以吸附的方式与管道配合可以避免由于管道的不平整造成的运行问题。

(3)本申请的除锈机器人，除锈质量好，除锈效率高，还减轻了操作人员的工作量，使操作步骤简便，生产效率得到提高。

附图说明

构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：

图1为本发明创造实施例所述的一种适应多种直径管道的除锈机器人的结构示意图；

图2为本发明创造实施例所述的一种适应多种直径管道的除锈机器人的前侧行走装置、换向装置和后侧行走装置连接的结构示意图；

图3为本发明创造实施例所述的一种适应多种直径管道的除锈机器人的换向装置的结构示意图；

图4为本发明创造实施例所述的一种适应多种直径管道的除锈机器人的前轮臂机构的结构示意图；

图5为本发明创造实施例所述的一种适应多种直径管道的除锈机器人的吸附模块的结构示意图；

图6为本发明创造实施例所述的一种适应多种直径管道的除锈机器人的吸附模块的另一角度结构示意图；

图7为本发明创造实施例所述的一种适应多种直径管道的除锈机器人的除锈装置的结构示意图；

图8为永磁吸附机构的永磁吸附力最小时的原理图；

图9为永磁吸附机构的永磁吸附力最大时的原理图；

图10为本发明创造实施例所述的一种适应多种直径管道的除锈机器人在待除锈管道上工作状态的立体结构示意图；

图11为本发明创造实施例所述的一种适应多种直径管道的除锈机器人在待除锈管道上工作状态下的某一角度示意图；

图12为本发明创造实施例所述的一种适应多种直径管道的除锈机器人在待除锈管道上工作状态下的另一角度示意图；

图13为两种不同的管道弯折形式。

附图标记说明：

A、前侧行走装置；B、换向装置；C、后侧行走装置；D、除锈装置；E、待除锈管道；1、安装板；2、前轮臂机构；3、吸附模块；4、后轮臂机构；5、横向谐波减速电机；6、横向换向臂；7、纵向谐波减速电机；8、纵向换向臂；9、横向U型座、10、纵向U型座；11、支撑板；12、轮臂步进电机；13、轮臂丝杠；14、移动座；15、轮臂；16、行走电机；17、轮子；18、连杆；19、第一吸附电机；20、吸附丝杠；21、外安装座；22、永磁吸附机构；23、连接座；24、蜗杆电机；25、蜗杆；26、涡轮；27、砂轮；28、弧形导轨；29、滑块；30、内安装座；31、第二吸附电机；32、圆柱磁铁；33、槽型衔铁；34、带传动机构；35、导向机构；36、除锈减速电机；Ⅰ、垂直上升管道弯折处；Ⅱ、水平管道弯折处。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明创造的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明创造一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明创造中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明创造保护的范围。

在本发明创造的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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发明创造和简化描述，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发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明创造不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1-图13所示，一种适应多种直径管道的除锈机器人，包括前侧行走装置A、换向装置B、后侧行走装置C和除锈装置D，所述换向装置B前端与前侧行走装置A连接，后端与后侧行走装置C连接，所述除锈装置D设置在前侧行走装置A的前端，前侧行走装置A和后侧行走装置C均用于附着于待除锈管道E；

所述前侧行走装置A和后侧行走装置C的结构相同，均包括安装在安装板1上的前轮臂机构2、吸附模块3和后轮臂机构4，所述吸附模块3安装在安装板1的中间位置，所述前轮臂机构2和后轮臂机构4对称设置在吸附模块3的两侧，通过前轮臂机构2和后轮臂机构4使机器人在待除锈管道E上行走，通过吸附模块3对机器人在待除锈管道E上定位，所述换向装置B用于调整机器人在水平管道弯折处Ⅱ及垂直上升管道弯折处Ⅰ的姿态，除锈装置D用于对待除锈管道E进行除锈。

所述换向装置B包括横向谐波减速电机5、横向换向臂6、纵向谐波减速电机7和纵向换向臂8，所述横向谐波减速电机5安装在横向U型座9上，纵向谐波减速电机7安装在纵向U型座10上，所述横向U型座9和纵向U型座10的底部固定连接，在横向U型座9的前后两侧各设置一个横向换向臂6，在纵向U型座10的上下两侧各设置一个纵向换向臂8，横向谐波减速电机5带动横向换向臂6绕横向谐波减速电机5的输出轴转动，纵向谐波减速电机7带动纵向换向臂8绕纵向谐波减速电机7的输出轴转动，通过横向换向臂6与前侧行走装置A连接，通过纵向换向臂8与后侧行走装置C连接。

横向谐波减速电机5和纵向谐波减速电机7可以调整机器人在水平管道弯折处Ⅱ的姿态，横向谐波减速电机5可以调整机器人在垂直上升管道弯折处Ⅰ运动的姿态。

所述前轮臂机构2和后轮臂机构4的结构均相同，均包括支撑板11、轮臂步进电机12、轮臂丝杠13、移动座14、轮臂15、行走电机16和轮子17，轮臂步进电机12安装在支撑板11上，支撑板11的两端各铰接一个轮臂15，在每个轮臂15上安装一个行走电机16，在每个行走电机16上安装一个轮子17，轮臂步进电机12的输出端与轮臂丝杠13连接，轮臂丝杠13与移动座14螺纹连接，移动座14的两端各铰接两个连杆18，同一侧的两个连杆18与相应侧的轮臂15的中部铰接。轮臂步进电机12带动轮臂丝杠13旋转，是得移动座14可以上下运动，从而改变两轮臂间15的夹角，夹角越大，机器人可以行走的管道直径也就越大，因此可以调整轮臂步进电机12的旋转是机器人适应不同大小的油气管道。

所述吸附模块3包括第一吸附电机19、吸附丝杠20、外安装座21和永磁吸附机构22，第一吸附电机19安装在外安装座21上，永磁吸附机构22设置在外安装座21内，第一吸附电机19的输出端与吸附丝杠20连接，吸附丝杠20与永磁吸附机构22连接，第一吸附电机19带动吸附丝杠20旋转，从而带动永磁吸附机构22在外安装座21内升降，所述永磁吸附机构22用于吸附待除锈管道E。

第一吸附电机19带动吸附丝杠20旋转使磁吸部分可以在竖直方向移动，从而调节磁铁与管道的距离。

所述除锈装置D包括连接座23、蜗杆电机24、除锈减速电机36、蜗杆25、涡轮26、砂轮27、弧形导轨28和滑块29，蜗杆电机24安装在连接座23的下部，在连接座23上安装蜗杆25，蜗杆电机24通过链传动机构带动蜗杆25转动，所述蜗杆25与涡轮26啮合，弧形导轨28固定在连接座23上，涡轮26通过底部的滑块29与弧形导轨28滑动连接，涡轮26为弧形涡轮，在弧形涡轮的两端各安装一个砂轮27，每个砂轮27由一个除锈减速电机36驱动，连接座23与前侧行走装置A的安装板1连接，弧形涡轮的形状与待除锈管道相适应，且机器人工作时，两个砂轮均朝向待除锈管道的外壁设置。

通过蜗杆电机24驱动涡杆25转动使半圆形的涡轮26沿弧形导轨28运动，涡轮26两端安装打磨除锈减速电机36与砂轮27，通过此方式可实现管道全面除锈打磨。

其中一个横向换向臂6安装在横向谐波减速电机5的输出轴上，另一个横向换向臂6转动安装在横向U型座9上，其中一个纵向换向臂8安装在纵向谐波减速电机7的输出轴上，另一个纵向换向臂8转动安装在纵向U型座10上。

所述永磁吸附机构22包括内安装座30、第二吸附电机31、圆柱磁铁32、槽型衔铁33和带传动机构34，所述吸附丝杠20与内安装座30螺纹连接，在内安装座30内部对称放置两个槽型衔铁33，在两个槽型衔铁33之间设置圆柱磁铁32，所述第二吸附电机31安装在内安装座30上，第二吸附电机31通过带传动机构34带动位于两个槽型衔铁33之间的圆柱磁铁32的转动。

第二吸附电机31旋转带动带传动机构34，可以旋转圆柱磁铁32的磁极，从而调节磁力大小，具体原理为：如图8-图9所示，中间圆形为径向励磁的磁柱，两侧为槽型衔铁块，下方为铁磁性物体，当磁极为竖直方向时，磁感线从衔铁块内部通过形成闭合回路，铁磁性物体未被磁化，此时对铁磁性物体的永磁吸附力最小；当磁极为水平方向时，磁感线先经过两侧的槽型衔铁，再经过铁磁性物件形成闭合回路，此时对铁磁性物件产生最大的吸附力，机构通过内侧的伺服电机以及皮带传动装置改变磁柱的旋转角度以改变吸附力大小。

所述外安装座21和内安装座30之间安装有导向机构，外安装座21和内安装座30均为倒U型结构，所述导向机构包括固定在外安装座21的两侧内壁上的滑轨和固定在内安装座30的两侧外壁上的滑块29。

两个横向换向臂6与前侧行走装置A的安装板1的后部连接，两个纵向换向臂8与后侧行走装置C的安装板1的前部通过支撑架连接。

一种适应多种直径管道的除锈机器人的除锈方法，具体包括以下步骤：

步骤一、通过第一吸附电机19运转使永磁吸附机构22沿着导向机构35移动到距离第一吸附电机19最近的位置，保证永磁吸附机构22不会与待除锈管道E相接触；

步骤二、将机器人安装在待除锈管道E上，通过调节轮臂步进电机12改变轮臂15夹角，使轮子17的边缘与待除锈管道E相切，同时启动第一吸附电机19使永磁吸附机构22与待除锈管道E的距离处于一个合适位置，但永磁吸附机构不与待除锈管道E接触，同时调节第二吸附电机31旋转圆柱磁铁32，改变磁吸力度，使机器人能稳定安装在待除锈管道E上；

步骤三、除锈减速电机36带动砂轮27旋转，对待除锈管道E进行摩擦除锈，同时蜗杆电机24带动蜗杆25转动，从而带动涡轮26沿着弧形导轨28先逆时针运动到极限位置，然后蜗杆电机24反向旋转，使涡轮26沿着弧形导轨28再顺时针运行到极限位置，实现对待除锈管道E进行360度无死角除锈；机器人在行走电机16的驱动下在待除锈管道E上以一定速度前行；并在遇到待除锈管道转弯处时通过横向谐波减速电机5及纵向谐波减速电机7运转调节机器人在水平管道弯折处及垂直上升管道弯折处的姿态，使机器人能在弯折管道上前行和除锈直至完成整个管道的除锈；

步骤四、待除锈管道E完全除锈后，调节第二吸附电机31旋转圆柱磁铁32，使吸附力度达到最小并将机器从待除锈管道E上取下，工作过程结束。

步骤三中在遇到待除锈管道转弯处时通过横向谐波减速电机5及纵向谐波减速电机7运转调节机器人在水平管道弯折处垂直上升管道弯折处的姿态的具体过程为：

机器人在行走电机16的驱动下在待除锈管道E上以一定速度前行，当遇到水平管道弯折处时，通过将前侧行走装置A的磁吸力度调至最小同时增大后侧行走装置C的磁吸力度，此时，横向谐波减速电机5运作，使前侧行走装置A抬升一个角度，保证其脱离管道，然后后侧行走装置C通过行走电机缓慢前行，使前侧行走装置A到达水平弯折位置；然后纵向谐波减速电机7继续运作将前侧行走装置A围绕电机处旋转90度，使其与弯折后的管道在同一纵向平面内；之后横向谐波减速电机5运作，使前侧行走装置A的轮子与管道相接触并启动前侧行走装置A的第二吸附电机31增大磁吸力度，使机器人与管道稳定贴合；后侧行走装置C将采用同样的方式使其也与弯折后的管道相平行，即：通过将后侧行走装置C的磁吸力度调至最小同时增大前侧行走装置A的磁吸力度，此时，横向谐波减速电机5运作，使后侧行走装置C抬升一个角度，保证其脱离管道，然后前侧行走装置A通过行走电机缓慢前行，使后侧行走装置C到达水平弯折位置；然后纵向谐波减速电机7继续运作将后侧行走装置C围绕电机处旋转90度，使其与弯折后的管道在同一纵向平面内；之后横向谐波减速电机5运作，使后侧行走装置C的轮子与管道相接触并启动后侧行走装置C的第二吸附电机31增大磁吸力度，使机器人与管道稳定贴合；最终完成整个转向过程；

当遇到垂直上升的管道时，通过将前侧行走装置A的磁吸力度调至最小同时增大后侧行走装置C的磁吸力度，此时横向谐波减速电机5运作，使前侧行走装置A围绕电机旋转至与弯折后的管道平行，然后后侧行走装置C通过行走电机缓慢前行，使前侧行走装置A的轮子与管道相接触；此时增大前侧行走装置A的磁吸力度并将后侧行走装置C的磁吸力度调至最小，同时驱动前侧行走装置A行走电机，使机器人沿着弯折后的垂直轨道运动，同时后侧行走装置C脱离管道，到达一定位置时，横向谐波减速电机5运转，使后侧行走装置C的轮子与管道接触，并将磁吸调至机器人能稳定在垂直管道运动的状态，完成垂直管道部分方向的改变。

以上公开的本发明创造实施例只是用于帮助阐述本发明创造。实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明创造仅为所述的具体实施方式。根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明创造的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明创造。

Claims (9)

1.一种适应多种直径管道的除锈机器人，其特征在于：包括前侧行走装置(A)、换向装置(B)、后侧行走装置(C)和除锈装置(D)，所述换向装置(B)前端与前侧行走装置(A)连接，后端与后侧行走装置(C)连接，所述除锈装置(D)设置在前侧行走装置(A)的前端，前侧行走装置(A)和后侧行走装置(C)均用于附着于待除锈管道(E)；

所述前侧行走装置(A)和后侧行走装置(C)的结构相同，均包括安装在安装板(1)上的前轮臂机构(2)、吸附模块(3)和后轮臂机构(4)，所述吸附模块(3)安装在安装板(1)的中间位置，所述前轮臂机构(2)和后轮臂机构(4)对称设置在吸附模块(3)的两侧，通过前轮臂机构(2)和后轮臂机构(4)使机器人在待除锈管道(E)上行走，通过吸附模块(3)对机器人在待除锈管道(E)上定位，所述换向装置(B)用于调整机器人在水平管道弯折处及垂直上升管道弯折处的姿态，除锈装置(D)用于对待除锈管道(E)进行除锈；

所述除锈装置(D)包括连接座(23)、蜗杆电机(24)、除锈减速电机(36)、蜗杆(25)、涡轮(26)、砂轮(27)、弧形导轨(28)和滑块(29)，蜗杆电机(24)安装在连接座(23)的下部，在连接座(23)上安装蜗杆(25)，蜗杆电机(24)通过链传动机构带动蜗杆(25)转动，所述蜗杆(25)与涡轮(26)啮合，弧形导轨(28)固定在连接座(23)上，涡轮(26)通过底部的滑块(29)与弧形导轨(28)滑动连接，涡轮(26)为弧形涡轮，在弧形涡轮的两端各安装一个砂轮(27)，每个砂轮(27)由一个除锈减速电机(36)驱动，连接座(23)与前侧行走装置(A)的安装板(1)连接，弧形涡轮的形状与待除锈管道相适应，且机器人工作时，两个砂轮均朝向待除锈管道的外壁设置。

2.根据权利要求1所述的一种适应多种直径管道的除锈机器人，其特征在于：所述换向装置(B)包括横向谐波减速电机(5)、横向换向臂(6)、纵向谐波减速电机(7)和纵向换向臂(8)，所述横向谐波减速电机(5)安装在横向U型座(9)上，纵向谐波减速电机(7)安装在纵向U型座(10)上，所述横向U型座(9)和纵向U型座(10)的底部固定连接，在横向U型座(9)的前后两侧各设置一个横向换向臂(6)，在纵向U型座(10)的上下两侧各设置一个纵向换向臂(8)，横向谐波减速电机(5)带动横向换向臂(6)绕横向谐波减速电机(5)的输出轴转动，纵向谐波减速电机(7)带动纵向换向臂(8)绕纵向谐波减速电机(7)的输出轴转动，通过横向换向臂(6)与前侧行走装置(A)连接，通过纵向换向臂(8)与后侧行走装置(C)连接。

3.根据权利要求1所述的一种适应多种直径管道的除锈机器人，其特征在于：所述前轮臂机构(2)和后轮臂机构(4)的结构均相同，均包括支撑板(11)、轮臂步进电机(12)、轮臂丝杠(13)、移动座(14)、轮臂(15)、行走电机(16)和轮子(17)，轮臂步进电机(12)安装在支撑板(11)上，支撑板(11)的两端各铰接一个轮臂(15)，在每个轮臂(15)上安装一个行走电机(16)，在每个行走电机(16)上安装一个轮子(17)，轮臂步进电机(12)的输出端与轮臂丝杠(13)连接，轮臂丝杠(13)与移动座(14)螺纹连接，移动座(14)的两端各铰接两个连杆(18)，同一侧的两个连杆(18)与相应侧的轮臂(15)的中部铰接。

4.根据权利要求1所述的一种适应多种直径管道的除锈机器人，其特征在于：所述吸附模块(3)包括第一吸附电机(19)、吸附丝杠(20)、外安装座(21)和永磁吸附机构(22)，第一吸附电机(19)安装在外安装座(21)上，永磁吸附机构(22)设置在外安装座(21)内，第一吸附电机(19)的输出端与吸附丝杠(20)连接，吸附丝杠(20)与永磁吸附机构(22)连接，第一吸附电机(19)带动吸附丝杠(20)旋转，从而带动永磁吸附机构(22)在外安装座(21)内升降，所述永磁吸附机构(22)用于吸附待除锈管道(E)。

5.根据权利要求2所述的一种适应多种直径管道的除锈机器人，其特征在于：其中一个横向换向臂(6)安装在横向谐波减速电机(5)的输出轴上，另一个横向换向臂(6)转动安装在横向U型座(9)上，其中一个纵向换向臂(8)安装在纵向谐波减速电机(7)的输出轴上，另一个纵向换向臂(8)转动安装在纵向U型座(10)上。

6.根据权利要求4所述的一种适应多种直径管道的除锈机器人，其特征在于：所述永磁吸附机构(22)包括内安装座(30)、第二吸附电机(31)、圆柱磁铁(32)、槽型衔铁(33)和带传动机构(34)，所述吸附丝杠(20)与内安装座(30)螺纹连接，在内安装座(30)内部对称放置两个槽型衔铁(33)，在两个槽型衔铁(33)之间设置圆柱磁铁(32)，所述第二吸附电机(31)安装在内安装座(30)上，第二吸附电机(31)通过带传动机构(34)带动位于两个槽型衔铁(33)之间的圆柱磁铁(32)的转动。

7.根据权利要求6所述的一种适应多种直径管道的除锈机器人，其特征在于：所述外安装座(21)和内安装座(30)之间安装有导向机构，外安装座(21)和内安装座(30)均为倒U型结构，所述导向机构包括固定在外安装座(21)的两侧内壁上的滑轨和固定在内安装座(30)的两侧外壁上的滑块(29)。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的一种适应多种直径管道的除锈机器人的除锈方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

步骤一、通过第一吸附电机(19)运转使永磁吸附机构(22)沿着导向机构(35)移动到距离第一吸附电机(19)最近的位置，保证永磁吸附机构(22)不会与待除锈管道(E)相接触；

步骤二、将机器人安装在待除锈管道(E)上，通过调节轮臂步进电机(12)改变轮臂(15)夹角，使轮子(17)的边缘与待除锈管道(E)相切，同时启动第一吸附电机(19)使永磁吸附机构(22)与待除锈管道(E)的距离处于一个合适位置，但永磁吸附机构不与待除锈管道(E)接触，同时调节第二吸附电机(31)旋转圆柱磁铁(32)，改变磁吸力度，使机器人能稳定安装在待除锈管道(E)上；

步骤三、除锈减速电机(36)带动砂轮(27)旋转，对待除锈管道(E)进行摩擦除锈，同时蜗杆电机(24)带动蜗杆(25)转动，从而带动涡轮(26)沿着弧形导轨(28)先逆时针运动到极限位置，然后蜗杆电机(24)反向旋转，使涡轮(26)沿着弧形导轨(28)再顺时针运行到极限位置，实现对待除锈管道(E)进行360度无死角除锈；机器人在行走电机(16)的驱动下在待除锈管道(E)上以一定速度前行；并在遇到待除锈管道转弯处时通过横向谐波减速电机(5)及纵向谐波减速电机(7)运转调节机器人在水平管道弯折处及垂直上升管道弯折处的姿态，使机器人能在弯折管道上前行和除锈直至完成整个管道的除锈；

步骤四、待除锈管道(E)完全除锈后，调节第二吸附电机(31)旋转圆柱磁铁(32)，使吸附力度达到最小并将机器人从待除锈管道(E)上取下，工作过程结束。

9.根据权利要求8所述的一种适应多种直径管道的除锈机器人的除锈方法，其特征在于：步骤三中在遇到待除锈管道转弯处时通过横向谐波减速电机(5)及纵向谐波减速电机(7)运转调节机器人在水平管道弯折处及垂直上升管道弯折处的姿态的具体过程为：

机器人在行走电机(16)的驱动下在待除锈管道(E)上以一定速度前行，当遇到水平管道弯折处时，通过将前侧行走装置(A)的磁吸力度调至最小同时增大后侧行走装置(C)的磁吸力度，此时，横向谐波减速电机(5)运作，使前侧行走装置(A)抬升一个角度，保证其脱离管道，然后后侧行走装置(C)通过行走电机缓慢前行，使前侧行走装置(A)到达水平弯折位置；然后纵向谐波减速电机(7)继续运作将前侧行走装置(A)围绕电机处旋转90度，使其与弯折后的管道在同一纵向平面内；之后横向谐波减速电机(5)运作，使前侧行走装置(A)的轮子与管道相接触并启动前侧行走装置(A)的第二吸附电机(31)增大磁吸力度，使机器人与管道稳定贴合；后侧行走装置(C)将采用同样的方式使其也与弯折后的管道相平行，最终完成整个转向过程；

当遇到垂直上升的管道时，通过将前侧行走装置(A)的磁吸力度调至最小同时增大后侧行走装置(C)的磁吸力度，此时横向谐波减速电机(5)运作，使前侧行走装置(A)围绕电机旋转至与弯折后的管道平行，然后后侧行走装置(C)通过行走电机缓慢前行，使前侧行走装置(A)的轮子与管道相接触；此时增大前侧行走装置(A)的磁吸力度并将后侧行走装置(C)的磁吸力度调至最小，同时驱动前侧行走装置(A)的行走电机，使机器人沿着弯折后的垂直轨道运动，同时后侧行走装置(C)脱离管道，到达一定位置时，横向谐波减速电机(5)运转，使后侧行走装置(C)的轮子与管道接触，并将磁吸力度调至机器人能稳定在垂直管道运动的状态，完成垂直管道部分方向的改变。

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