CN117184270B - 一种爬壁机器人的行走机构及焊缝检修机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种爬壁机器人的行走机构及焊缝检修机器人，包括驱动轮和车体，其中，驱动轮安装在车体的侧部，用于车体在工作面上的移动；还包括辅助磁力轮、滑动组件和电磁铁组件，其中，驱动轮的侧方设置有若干个辅助磁力轮；若干个辅助磁力轮通过滑动组件滑动设置在车体的侧部，若干个辅助磁力轮的滑动方向为工作面的法线方向；电磁铁组件安装在滑动组件上，用于固定辅助磁力轮相对于工作面的位置，本发明通过设置辅助磁力轮来增加磁力吸附的面积，磁力吸附效果较好，通过刮渣结构来清理驱动轮和辅助磁力轮上吸附的杂物，提高磁力吸附效果，通过可变形的车体来适应弧形工作面，提高磁力吸附效果，作业时车体不易脱落、侧滑，稳定性较好。

Description

一种爬壁机器人的行走机构及焊缝检修机器人

技术领域

本发明涉及爬壁机器人技术领域，尤其涉及一种爬壁机器人的行走机构及焊缝检修机器人。

背景技术

爬壁机器人的主要针对大型金属罐体设备、大型机械装置的特种作业，可运用于石化、造船、货柜码头等企业，对其金属罐或球形罐的内外壁面进行探伤、焊接等特种检验，金属罐壁喷砂、除锈、喷漆、防腐等。同时其可以携带不同的检测设备进行探伤检测，厚度、腐蚀检测。爬壁机器人的行走机构主要用于机器人吸附在工作面上并用于在工作面上行走。

公开号为CN116022260A的发明申请公开了一种爬壁机器人，包括机器人本体，所述机器人本体底部四角处安装有驱动轮，驱动轮为磁悬浮传动机械设计的磁力轮。

如上述的技术方案，其用于弧形工作面上作业时，驱动轮与工作面会出现相切的状态，即驱动轮大部分的轮面大不与工作面接触，致使驱动轮与工作面的磁力吸附面积变小，磁力吸附的效果变差，从而使得车体在作业时容易出现脱落的现象，为解决上述技术问题，有必要提供一种不易脱落的爬壁机器人的行走机构。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种爬壁机器人的行走机构及焊缝检修机器人，其通过设置辅助磁力轮来增加磁力吸附的面积，使车体在作业时不易脱落，同时通过设置刮渣结构来清理驱动轮和辅助磁力轮上吸附的杂物，提高磁力吸附效果，并通过设置可变形的车体来适应弧形工作面，提高磁力吸附效果，使车体不易侧滑，作业时稳定性较好。

本发明的技术方案是这样实现的：

一方面，本发明提供了一种爬壁机器人的行走机构及焊缝检修机器人，包括驱动轮和车体，其中，

驱动轮安装在车体的侧部，用于车体在工作面上的移动；

还包括辅助磁力轮、滑动组件和电磁铁组件，其中，

驱动轮的侧方设置有若干个辅助磁力轮；

若干个辅助磁力轮通过滑动组件滑动设置在车体的侧部，若干个辅助磁力轮的滑动方向为工作面的法线方向；

电磁铁组件安装在滑动组件上，用于固定辅助磁力轮相对于工作面的位置。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述辅助磁力轮包括磁轮、侧轮和轮罩，其中，

磁轮的两端对称的固定有侧轮，侧轮和磁轮同心，且侧轮的外径大于磁轮的外径；

侧轮和磁轮均转动设置在轮罩的内侧，且侧轮靠近工作面的一侧凸出轮罩；

轮罩远离工作面的一侧和滑动组件的一端固定连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述滑动组件包括滑动杆和连接箱，其中，

滑动杆的一端和轮罩远离工作面的一侧固定连接，另一端沿工作面的法向延伸至连接箱的内部，并与连接箱滑动连接；

连接箱的侧部和车体的侧部固定连接；

电磁铁组件固定设置在连接箱的内部，电磁铁组件和滑动杆延伸至连接箱内部的一端磁力连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述滑动组件还包括支架，其中，

支架设置在车体和连接箱之间；

支架的一端和车体的侧部固定连接，另一端和连接箱的侧部固定连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述电磁铁组件包括电磁铁和铁块，其中，

电磁铁固定设置在连接箱的内部；

铁块固定设置在滑动杆延伸至连接箱内部的一端上；

电磁铁和铁块磁力连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述连接箱的侧部设置有散热孔。

在以上技术方案的基础上，优选的，还包括第一刮渣板和第二刮渣板，其中，

第一刮渣板设置在驱动轮的一侧，第一刮渣板的一端抵贴驱动轮的轮面，另一端固定设置在车体的侧部；

第二刮渣板设置在辅助磁力轮的一侧，第二刮渣板的一端抵贴侧轮的轮面，另一端固定设置在轮罩的一侧。

另一方面，本发明还提供了一种焊缝检修机器人，包括一种爬壁机器人的行走机构，还包括左车身、右车身和铰链，其中，

左车身和右车身镜像对称，左车身和右车身通过铰链铰接形成车体；

铰链设置在左车身和右车身之间，铰链的一端和左车身的侧部固定连接，另一端和右车身的侧部固定连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，还包括激光测量仪，其中，

激光测量仪安装在车体上。

在以上技术方案的基础上，优选的，还包括机械手臂和焊接头，其中，

机械手臂的底座安装在车体上；

焊接头安装在机械手臂的执行末端。

本发明的一种爬壁机器人的行走机构及焊缝检修机器人相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)驱动轮的侧方的若干个辅助磁力轮可以通过滑动的方式在弧形工作面上移位，实现自适应弧形工作面，适应后由电磁铁组件来固定辅助磁力轮相对于工作面的位置，此状态下，辅助磁力轮配合驱动轮来磁力吸附弧形工作面，增加了磁力吸附面积，提高了磁力吸附效果，作业时车体不易出现脱落的现象，稳定性较好。

(2)第一刮渣板用于清理附着在驱动轮的轮面上的杂物，使驱动轮较好的与弧形工作面接触，第二刮渣板用于清理附着在辅助磁力轮的轮面上的杂物，使辅助磁力轮较好的与弧形工作面接触，提高磁力吸附的效果，作业时车体不易出现脱落的现象，稳定性较好。

(3)左车身和右车身通过铰链铰接，使得车体可以根据弧形工作面的形状调整角度，令驱动轮和辅助磁力轮较好的与弧形工作面接触，提高磁力吸附的效果，作业时车体不易出现脱落、侧滑的现象，稳定性较好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一种爬壁机器人的行走机构及焊缝检修机器人的立体图；

图2为本发明的一种爬壁机器人的行走机构及焊缝检修机器人的另一视角的立体图；

图3为本发明的图2的A点放大图；

图4为本发明的辅助磁力轮的截面图；

图5为本发明的铰链的爆炸图；

图6为本发明的右车身处的立体图；

图7为本发明的左车身处的立体图；

图8为本发明的支架的立体图；

图9为本发明的辅助磁力轮和滑动组件的立体图；

图10为本发明的图9的局部的剖切结构示意图；

图11为本发明的辅助磁力轮处的立体图；

图12为本发明的第二刮渣板和轮罩的爆炸图；

图13为本发明的滑动杆和铁块的连接结构示意图；

图14为本发明的第一刮渣板的立体图；

图15为本发明的一种爬壁机器人的行走机构及焊缝检修机器人的局部爆炸图；

图16为本发明的一种爬壁机器人的行走机构与弧形工作面的配合状态的示意图；

图17为本发明的一种爬壁机器人的行走机构与弧形工作面的另一种配合状态的示意图；

图中：驱动轮1、车体2、辅助磁力轮3、滑动组件4、电磁铁组件5、第一刮渣板6、第二刮渣板7、左车身21、右车身22、铰链23、动力轴24、驱动电机25、电池26、激光测量仪8、机械手臂9、焊接头10、磁轮31、侧轮32、轮罩33、滑动杆41、连接箱42、支架43、电磁铁51、铁块52、第一铰座231、第二铰座232、回转轴承233、散热孔401。

具体实施方式

下面将结合本发明的具体实施方式，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。

如图1-17所示，本发明的一种爬壁机器人的行走机构，包括驱动轮1和车体2，其中，驱动轮1安装在车体2的侧部，用于车体2在工作面上的移动；驱动轮1为磁力轮，车体2侧部的四个拐角处各安装一个，车体2通过驱动轮1磁力吸附在工作面上。

还包括辅助磁力轮3、滑动组件4和电磁铁组件5，其中，驱动轮1的侧方设置有若干个辅助磁力轮3；若干个辅助磁力轮3通过滑动组件4滑动设置在车体2的侧部，若干个辅助磁力轮3的滑动方向为工作面的法线方向；电磁铁组件5安装在滑动组件4上，用于固定辅助磁力轮3相对于工作面的位置，即辅助磁力轮3适应工作面后的移动后的位置。

具体的，车体2在弧形工作面上作业时，如图16-17所示，电磁铁组件5断电，若干个辅助磁力轮3沿其所处位置的工作面的法线方向滑动，目的是使若干个辅助磁力轮3均与弧形工作面良好的磁力吸附，若干个辅助磁力轮3移位后，电磁铁组件5通电，通过磁力来固定辅助磁力轮3移位后的位置，此状态下，辅助磁力轮3配合驱动轮1来磁力吸附弧形工作面，增加了磁力吸附面积，提高了磁力吸附效果，作业时车体2不易出现脱落的现象，稳定性较好。

作为一种爬壁机器人的行走机构优选实施方式，辅助磁力轮3包括磁轮31、侧轮32和轮罩33，其中，磁轮31的两端对称的固定有侧轮32，侧轮32和磁轮31同心，且侧轮32的外径大于磁轮31的外径；侧轮32和磁轮31均转动设置在轮罩33的内侧，且侧轮32靠近工作面的一侧凸出轮罩33。

具体的，如图4所示，侧轮32和轮罩33均为非导磁材料制作，如塑料、铝合金等，侧轮32的外径比磁轮31的外径大10-20mm，侧轮32的轮面上均布有防滑纹路，通过侧轮32使磁轮31不直接和工作面接触，磁轮31和工作面磁力吸附将侧轮32吸附在工作面上且可以在工作面上滚动，轮罩33制作为半圆形壳状，侧轮32和磁轮31通过螺栓固定后，通过转轴转动安装到轮罩33的内侧，安装后，侧轮32的局部可以漏出轮罩33，进而使侧轮32可以在工作面上滚动，同时轮罩33也起到间隔相邻的两个磁轮31的作用，防止相邻的两个侧轮32碰撞干涉。

作为一种爬壁机器人的行走机构实施方式，滑动组件4包括滑动杆41和连接箱42，其中，滑动杆41的一端和轮罩33远离工作面的一侧固定连接，另一端沿工作面的法向延伸至连接箱42的内部，并与连接箱42滑动连接；连接箱42的侧部和车体2的侧部固定连接；电磁铁组件5固定设置在连接箱42的内部，电磁铁组件5和滑动杆41延伸至连接箱42内部的一端磁力连接。

具体的，如图9-10所示，滑动杆41和连接箱42均采用非导磁材料制作，如塑料、铝合金等，连接箱42为中空的矩形状，滑动杆41为矩形杆，滑动杆41的一端和轮罩33焊接或采用粘着剂粘接；滑动杆41延伸至连接箱42的内部的一端焊接或采用粘着剂粘接有一个限位块，限位块为铁质方块，限位块和滑动杆41组合成T形状，一方面，限位块用于滑动杆41的限位，防止滑动杆41从连接箱42中滑脱，另一方面，限位块用来和电磁铁组件5磁力吸附，电磁铁组件5断电时，方块可以在连接箱42内沿工作面的法向活动，滑动杆41远离辅助磁力轮3的一端可以滑入连接箱42内，用来配合辅助磁力轮3适应弧形工作面。

作为一种爬壁机器人的行走机构优选实施方式，滑动组件4还包括支架43，其中，支架43设置在车体2和连接箱42之间；支架43的一端和车体2的侧部固定连接，另一端和连接箱42的侧部固定连接。

具体的，如图8-9所示，支架43采用非导磁材料制作，如塑料、铝合金等，支架43空心设置，车体2的侧部对应支架43一端的位置处及连接箱42的侧部对应支架43另一端的位置处均设置有通孔，车体2和连接箱42通过通孔和支架43的空心连通，通孔和支架43的空心用于电缆走线。

作为一种爬壁机器人的行走机构优选实施方式，电磁铁组件5包括电磁铁51和铁块52，其中，电磁铁51固定设置在连接箱42的内部；铁块52固定设置在滑动杆41延伸至连接箱42内部的一端上；电磁铁51和铁块52磁力连接。

具体的，如图10所示，电磁铁51通过螺栓固定在连接箱42的内侧壁上，铁块52通过螺栓安装在滑动杆41延伸至连接箱42内部的一端上，使用铁块52来代替限位块，电磁铁51通电时磁力吸附铁块52，用来固定滑动杆41的位置，连接箱42的侧部设置有散热孔401，用于连接箱42内部的散热。

作为一种爬壁机器人的行走机构优选实施方式，还包括第一刮渣板6和第二刮渣板7，其中，第一刮渣板6设置在驱动轮1的一侧，第一刮渣板6的一端抵贴驱动轮1的轮面，另一端固定设置在车体2的侧部；第二刮渣板7设置在辅助磁力轮3的一侧，第二刮渣板7的一端抵贴侧轮32的轮面，另一端固定设置在轮罩33的一侧。

具体的，如图13所示，轮罩33的后侧焊接有螺栓，第二刮渣板7贯穿在所述的螺栓上，并通过螺母固定在轮罩33的侧部，如图3所示，第一刮渣板6和第二刮渣板7采用非导磁材料制作，如塑料等，车体2通过驱动轮1和辅助磁力轮3在工作面上行走时，第一刮渣板6用于刮除附着在驱动轮1的轮面上的杂物，使驱动轮1较好的与弧形工作面接触，第二刮渣板7用于刮除附着在侧轮32的轮面上的杂物，使辅助磁力轮3较好的与弧形工作面接触，提高磁力吸附的效果，作业时车体2不易出现脱落的现象，稳定性较好。

如图1所示，本发明提供一种焊缝检修机器人，该焊缝检修机器人包括上述一种爬壁机器人的行走机构，还包括左车身21、右车身22和铰链23，其中，左车身21和右车身22镜像对称，左车身21和右车身22相背一端的侧部均安装有驱动轮1；铰链23设置在左车身21和右车身22之间，左车身21和右车身22通过铰链23铰接形成车体2，铰链23的一端和左车身21的侧部固定连接，另一端和右车身22的侧部固定连接。

具体的，对应驱动轮1的位置处均设置有辅助磁力轮3，如图1-7所示，铰链23包括第一铰座231、第二铰座232和回转轴承233，其中，第一铰座231的一端和左车身21固定连接；第二铰座232的一端和右车身22固定连接；回转轴承233设置在第一铰座231和第二铰座232之间，回转轴承233的中轴线和工作面平行，回转轴承233的内圈和第一铰座231固定连接，回转轴承233的外圈和第二铰座232固定连接，该结构中，左车身21和右车身22通过铰链23铰接，使得车体2可以根据弧形工作面的形状调整角度，令驱动轮1和辅助磁力轮3较好的与弧形工作面接触，提高磁力吸附的效果，作业时车体2不易出现脱落、侧滑的现象，稳定性较好，弯曲变形时，第一铰座231和第二铰座232通过回转轴承233旋转。

作为一种焊缝检修机器人优选实施方式，车体2还包括动力轴24、驱动电机25和电池26，其中，左车身21和右车身22的侧部对应驱动轮1的位置处均转动设置有动力轴24，动力轴24的一端和对应的驱动轮1固定连接；左车身21和右车身22的内部对应驱动轮1的位置处均固定设置有驱动电机25，驱动电机25的输出轴和对应的动力轴24远离驱动轮1的一端固定连接；左车身21和右车身22的内部对应驱动电机25的位置处均固定设置有电池26，电池26和对应的驱动电机25电连接。

具体的，如图7所示，动力轴24的一端和对应的驱动轮1通过螺栓固定连接，驱动电机25的输出轴和对应的动力轴24远离驱动轮1的一端通过联轴器固定连接，电池26和驱动电机25通过电线连接，电池26用来向驱动电机25供电，驱动电机25通电后驱动动力轴24转动，动力轴24带动驱动轮1转动，用于车体2在工作面上行走，电池26和电磁铁51通过电线连接，电线从车体2侧部的通孔、连接箱42侧部的通孔、支架43的空心中走线。

作为一种焊缝检修机器人优选实施方式，一种焊缝检修机器人还包括激光测量仪8，其中，激光测量仪8安装在车体2上。

具体的，焊缝检修机器人上安装激光测量仪8，用于测量工作面的平整度，焊缝检修机器人上还搭载有焊缝超声波探伤仪，用于焊缝检测。

作为一种焊缝检修机器人优选实施方式，一种焊缝检修机器人还包括机械手臂9和焊接头10，其中，机械手臂9的底座安装在车体2上；焊接头10安装在机械手臂9的执行末端。

具体的，机械手臂9安装在左车身21或右车身22的前端，或在左车身21或右车身22的前端各安装一台，每台机械手臂9的执行末端上安装一个焊接头10，焊缝检修机器人通过机械手臂9来调整焊接头10的焊接姿态，焊缝检修机器人通过焊接头10对目标进行焊接，用于工作面的焊接休整，机械手臂9为关节机械臂，可多角度调整焊接头10的焊接姿态。

作为一种焊缝检修机器人优选实施方式，一种焊缝检修机器人还包括避障传感器11，其中，避障传感器11安装在车体2的前端，用来感应前方障碍物。

具体的，左车身21和右车身22前端均安装避障传感器11，且避障传感器11处于机械手臂9的侧方，避障传感器11采用TF-Luna激光传感器，TF-Luna是一款基于ToF原理的单点测距雷达，配合独特的光学，电学设计，可以实现稳定、精准、高灵敏的距离测量。

本发明的一种爬壁机器人的行走机构及焊缝检修机器人的使用方法如下：

首先，该焊缝检修机器人主要用于弧形工作面的焊缝检测及焊接维修作业，弧形工作面包括管道外表面、罐体外表面等，作业时，先将车体2放置在工作面上，将电磁铁51断电，当工作面为弧形面时，如图16所示，车体2自适应弯曲变形，驱动轮1和辅助磁力轮3均处在弧形工作面上，此时将电磁铁51通电，通过电磁铁51磁力固定滑动杆41延伸至连接箱42的一端，来保持辅助磁力轮3的位置，驱动电机25通电时驱动动力轴24转动并带动驱动轮1转动，使车体2在工作面上行走，行走时，驱动轮1和辅助磁力轮3均与弧形工作面磁力吸附，增加了磁力吸附的面积，提高了磁力吸附效果，作业时车体2不易出现脱落、侧滑的现象，稳定性较好。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种爬壁机器人的行走机构，包括驱动轮(1)和车体(2)，其中，

驱动轮(1)安装在车体(2)的侧部，用于车体(2)在工作面上的移动；

其特征在于：还包括辅助磁力轮(3)、滑动组件(4)和电磁铁组件(5)，其中，

驱动轮(1)的侧方设置有若干个辅助磁力轮(3)；

若干个辅助磁力轮(3)通过滑动组件(4)滑动设置在车体(2)的侧部，若干个辅助磁力轮(3)的滑动方向为工作面的法线方向；

电磁铁组件(5)安装在滑动组件(4)上，用于固定辅助磁力轮(3)相对于工作面的位置；

所述辅助磁力轮(3)包括磁轮(31)、侧轮(32)和轮罩(33)，其中，

磁轮(31)的两端对称的固定有侧轮(32)，侧轮(32)和磁轮(31)同心，且侧轮(32)的外径大于磁轮(31)的外径；

侧轮(32)和磁轮(31)均转动设置在轮罩(33)的内侧，且侧轮(32)靠近工作面的一侧凸出轮罩(33)；

轮罩(33)远离工作面的一侧和滑动组件(4)的一端固定连接；

所述滑动组件(4)包括滑动杆(41)和连接箱(42)，其中，

滑动杆(41)的一端和轮罩(33)远离工作面的一侧固定连接，另一端沿工作面的法向延伸至连接箱(42)的内部，并与连接箱(42)滑动连接；

连接箱(42)的侧部和车体(2)的侧部固定连接；

电磁铁组件(5)固定设置在连接箱(42)的内部，电磁铁组件(5)和滑动杆(41)延伸至连接箱(42)内部的一端磁力连接。

2.如权利要求1所述的一种爬壁机器人的行走机构，其特征在于：所述滑动组件(4)还包括支架(43)，其中，

支架(43)设置在车体(2)和连接箱(42)之间；

支架(43)的一端和车体(2)的侧部固定连接，另一端和连接箱(42)的侧部固定连接。

3.如权利要求2所述的一种爬壁机器人的行走机构，其特征在于：所述电磁铁组件(5)包括电磁铁(51)和铁块(52)，其中，

电磁铁(51)固定设置在连接箱(42)的内部；

铁块(52)固定设置在滑动杆(41)延伸至连接箱(42)内部的一端上；

电磁铁(51)和铁块(52)磁力连接。

4.如权利要求3所述的一种爬壁机器人的行走机构，其特征在于：所述连接箱(42)的侧部设置有散热孔(401)。

5.如权利要求4所述的一种爬壁机器人的行走机构，其特征在于：还包括第一刮渣板(6)和第二刮渣板(7)，其中，

第一刮渣板(6)设置在驱动轮(1)的一侧，第一刮渣板(6)的一端抵贴驱动轮(1)的轮面，另一端固定设置在车体(2)的侧部；

第二刮渣板(7)设置在辅助磁力轮(3)的一侧，第二刮渣板(7)的一端抵贴侧轮(32)的轮面，另一端固定设置在轮罩(33)的一侧。

6.一种焊缝检修机器人，其特征在于：包括如权利要求1-5任意一项所述的一种爬壁机器人的行走机构，还包括左车身(21)、右车身(22)和铰链(23)，其中，

左车身(21)和右车身(22)镜像对称，左车身(21)和右车身(22)通过铰链(23)铰接形成车体(2)；

铰链(23)设置在左车身(21)和右车身(22)之间，铰链(23)的一端和左车身(21)的侧部固定连接，另一端和右车身(22)的侧部固定连接。

7.如权利要求6所述的一种焊缝检修机器人，其特征在于：还包括激光测量仪(8)，其中，

激光测量仪(8)安装在车体(2)上。

8.如权利要求7所述的一种焊缝检修机器人，其特征在于：还包括机械手臂(9)和焊接头(10)，其中，

机械手臂(9)的底座安装在车体(2)上；

焊接头(10)安装在机械手臂(9)的执行末端。