CN117302449A - 一种磁力可调式打磨爬壁机器人及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种磁力可调式打磨爬壁机器人及使用方法，包括爬壁小车、升降式打磨装置和可调式吸附装置，升降是打磨装置可以通过高度调节在工作状态和非工作状态中切换，同时，可调式吸附装置的磁吸力，通过升降进行调节，打磨工作与磁吸力调节集成设计，同时实现，本发明优化了机器人结构，减轻了重量；提高爬壁机器人的运动灵活性和吸附稳定性。

Description

一种磁力可调式打磨爬壁机器人及使用方法

技术领域

本申请涉及爬壁机器人的技术领域，具体而言，涉及一种磁力可调式打磨爬壁机器人及使用方法。

背景技术

由于海水长时间的侵蚀、船上厨房的使用及水幕系统的不定期使用，会使得舰船船体外板、上层建筑及舱壁等位置产生锈迹、污渍等，严重影响舰船的整洁性，长时间不处理甚至会导致船板锈蚀，影响船舶性能；由于这些位置的环境特殊性，人工清除面临低效率、高危险的问题，因此研究一款能够适应该特殊环境并完成指定功能的爬壁机器人尤为重要。

爬壁机器人作为特种机器人之一，应用前景广阔，其本身能够实现在垂直壁面上爬行，搭载不同的设备能够实现高空作业；与人工相比，爬壁机器人能够在高空壁面稳定吸附，工作时效率高、速度快，不仅避免高空作业对人的危害，而且能节省成本，提高效率。

但是，爬壁机器人所工作的环境极其特殊，壁面高、壁面倾斜角度大、壁面上具有较大的障碍等等，特殊的工作环境与工作内容决定了爬壁机器人的多样性与设计复杂性，也限制了其大规模应用速度；不仅要针对应用环境考虑合适的吸附方式来提供稳定吸附力，并且需要设计合理的行走方式来满足其能够在壁面上灵活运动；在满足基本性能后，就需要考虑功能实现的可能性；这又涉及到爬壁机器人的轻量化设计、功能模式的设计以及是否携带电源等难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述存在的问题，提供一种磁力可调式打磨爬壁机器人及使用方法，能够根据工作需求进行磁力的调节，中间搭载打磨模块实现工作需要。

本申请的实施例是这样实现的：

本申请实施例提供一种磁力可调式打磨爬壁机器人，其特征在于，包括爬壁小车、升降式打磨装置和可调式吸附装置，所述爬壁小车包括车体和行走机构，所述行走机构为三轮全向行走机构，驱动爬壁小车行走；

所述升降式打磨装置包括打磨机构、升降机构和打磨导向机构，所述打磨机构与所述升降机构相联，升降机构固定于车体上，带动打磨机构上下移动，所述打磨导向机构固定于车体上，并与升降机构相联；

所述可调式吸附装置包括磁吸机构、高度调节机构和吸附导向机构，所述磁吸机构与所述高度调节机构相联，高度调节机构与打磨机构相联，带动磁吸机构沿打磨机构上下移动，所述吸附导向机构固定于车体上，并于磁吸机构相联。

在一些可选的实施方案中，所述打磨机构包括打磨电机、打磨刷和联轴器，所述联轴器的上下两端分别与所述打磨电机的输出轴及所述打磨刷相连接。

在一些可选的实施方案中，所述升降机构包括升降丝杠和升降板，所述升降丝杠固定于所述车体上，升降丝杠上的丝杠螺母与所述升降板的一侧相连接，带动升降板上下移动，升降板的中心连接固定所述打磨电机，升降板的另一侧安设于所述打磨导向机构。

在一些可选的实施方案中，所述打磨导向机构打磨导向轴、打磨直线轴承和打磨固定环，所述打磨直线轴承固定于所述升降板的另一侧，所述打磨导向轴的顶端穿过打磨直线轴承、升降板及所述车体后，与所述打磨固定环相连接，打磨固定环固定于车体上。

在一些可选的实施方案中，所述高度调节机构包括固定轴承、固定环和连接链，所述固定轴承套设于所述联轴器上，所述固定环外套于所述固定轴承，所述连接链为多条，沿固定环的外壁均匀间隔设置，两端头分别与固定环及所述磁吸机构相连接。

在一些可选的实施方案中，所述吸附导向机构包括吸附导向轴、吸附直线轴承和吸附固定环，所述吸附直线轴承固定于所述车体上，所述吸附导向轴的顶端穿过吸附直线轴承及车体后，与所述吸附固定环相连接，吸附导向轴的底端与所述磁吸机构螺纹连接。

在一些可选的实施方案中，所述磁吸机构包括多个弧形外壳体和内置于所述弧形外壳体的磁体，所述多个弧形外壳体沿周向均匀间隔设置，形成环形磁吸结构，所述环形磁吸结构与所述打磨刷中心对正设置。

在一些可选的实施方案中，所述弧形外壳体上设有螺纹孔，与所述吸附导向轴的底端相螺接，对应于所述螺纹孔的位置设有连接环，所述连接环与吸附导向轴过盈配合卡接。

在一些可选的实施方案中，所述车体上还设有升降板接近开关和控制器，所述升降板接近开关通过支架悬置于车体下方，接近开关与所述控制器输入端连接，控制器输出端分别与所述行走机构、打磨电机和升降丝杠连接。

一种磁力可调式打磨爬壁机器人的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤a，爬壁机器人非工作状态：

将爬壁机器人安放到壁面上，依靠磁吸附力稳定吸附，当爬壁机器人需要爬行至某处进行工作时，升降式打磨装置处于升起状态，所需磁吸附力小，此时可调式吸附装置通过链条张力拉升至高点；在该情况下爬壁机器人实现快速行走，并能越过较高的焊缝；

步骤b，爬壁机器人工作状态：。

当爬壁机器人快速运行至工作点后，升降式打磨装置下降，打磨刷贴近壁面开始工作，该过程带动升降式打磨装置下降，以增大磁吸附力。

本申请的有益效果是：本发明提供一种磁力可调式打磨爬壁机器人及使用方法，爬壁小车、升降式打磨装置和可调式吸附装置集成设计，使得丝杆电机能够同时控制两种机构的运动，优化了机器人结构，减轻了重量；配合接近开关的使用，可以对吸附装置和打磨装置的升降距离进行精确控制，提高爬壁机器人的运动灵活性和吸附稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本申请实施例的结构示意图；

图2为本申请实施例的升降式打磨装置的结构示意图；

图3为本申请实施例的升降式打磨装置和可调式吸附装置的装配示意图；

图4为本申请实施例的高度调节机构的结构示意图；

图5为本申请实施例的吸附导向机构的结构示意图；

图6为本申请实施例的可调式吸附装置的仰视图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，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，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

以下结合实施例对本申请的特征和性能作进一步的详细描述。

如图1所示，本发明提出了一种磁力可调式打磨爬壁机器人，包括爬壁小车、升降式打磨装置和可调式吸附装置，爬壁小车包括车体1和行走机构2，行走机构为三轮全向行走机构，驱动爬壁小车行走。爬壁机器人采用三全向轮式行走机构，使得其能够在壁面上运动灵活。

如图2所示，升降式打磨装置包括打磨机构、升降机构和打磨导向机构，打磨机构与升降机构相联，升降机构固定于车体上，带动打磨机构上下移动，打磨导向机构固定于车体上，并与升降机构相联。

打磨机构包括打磨电机3、打磨刷4和联轴器5，联轴器的上下两端分别与打磨电机的输出轴及打磨刷相连接。

升降机构包括升降丝杠6和升降板7，升降丝杠固定于车体上，升降丝杠上的丝杠螺母8与升降板的一侧相连接，带动升降板上下移动，升降板的中心连接固定打磨电机，升降板的另一侧安设于打磨导向机构。

打磨导向机构打磨导向轴9、打磨直线轴承10和打磨固定环11，打磨直线轴承固定于升降板的另一侧，打磨导向轴的顶端穿过打磨直线轴承、升降板及车体后，与打磨固定环相连接，打磨固定环固定于车体上。

整个打磨机构固定于升降板上，随着升降板的升降，进行打磨工作状态和非工作状态的切换，升降丝杆驱动升降板升降，由于打磨工作中存在的振动，通过打磨导线机构消除振动影响，保证升降行程的稳定性。

如图3所示，可调式吸附装置包括磁吸机构、高度调节机构和吸附导向机构，磁吸机构与高度调节机构相联，高度调节机构与打磨机构相联，带动磁吸机构沿打磨机构上下移动，吸附导向机构固定于车体上，并于磁吸机构相联。

如图4所示，高度调节机构包括固定轴承12、固定环13和连接链14，固定轴承套设于联轴器上，固定环外套于固定轴承，连接链为多条，沿固定环的外壁均匀间隔设置，两端头分别与固定环及磁吸机构相连接。通过固定轴承固定在打磨电机的联轴器上，固定环安装在固定轴承上，通过连接链连接固定环和磁吸机构；利用连接链不受力时的柔性及受到张力时的刚性实现对磁吸机构的升降距离的控制；利用固定轴承的光滑性及轴向承力的能力，使得其固定在联轴器上，且不限制打磨机构的使用。

如图5、图6所示，吸附导向机构包括吸附导向轴15、吸附直线轴承16和吸附固定环17，吸附直线轴承固定于车体上，吸附导向轴的顶端穿过吸附直线轴承及车体后，与吸附固定环相连接，吸附导向轴的底端与磁吸机构螺纹连接。

磁吸机构包括多个弧形外壳体18和内置于弧形外壳体的磁体，多个弧形外壳体沿周向均匀间隔设置，形成环形磁吸结构，环形磁吸结构与打磨刷中心对正设置。

弧形外壳体上设有螺纹孔，与吸附导向轴的底端相螺接，对应于螺纹孔的位置设有连接环19，连接环与吸附导向轴过盈配合卡接。利用连接环提高吸附导向轴的安装稳定度。

当爬壁机器人在壁面上爬行时，磁吸机构、打磨机构、高度调节机构相互配合的表现为：当爬壁机器人无需工作时，打磨机构依靠升降丝杆升起悬空，此时爬壁机器人所需磁吸附力较小，因此高度调节机构随着打磨装置一起上升，连接链受到张紧力，当张紧力沿磁吸附力相反方向的分力大于磁吸附力与磁吸机构重力之和时，连接链带动磁吸机构升起，实现磁吸附力的调节。当爬壁机器人工作时，打磨机构需要下降，打磨刷与壁面接触，爬壁机器人受到支持力，此时所需磁吸附力增大，当打磨机构依靠升降丝杆下降时，连接链松弛，磁吸机构下降，当打磨机构下降距离较大时，为防止磁吸机构与壁面接触，此时吸附固定环端面与车体端面接触，限制磁吸机构的下移，连接链由于具有柔性，此时处于不受力卷起状态。

选择圆刷打磨的方式，在该模式下无需机器人搭载高压水，选取打磨电机(外转子电机)配合特质圆刷直接进行打磨清除，极大减轻机器人负载；磁吸机构的布置使得内部磁体最大面正对壁面，增大磁吸附有效面积，提升了磁体的利用率，进而在提供同等吸附力的情况下减小了磁吸机构的质量，实现轻量化设计。

车体上还设有升降板接近开关20和控制器21，升降板接近开关通过支架悬置于车体下方，接近开关与控制器输入端连接，控制器输出端分别与行走机构、打磨电机和升降丝杠连接。设定接近开关的控制距离，当升降丝杆控制升降板升降时，升降板与接近开关达到指定距离会停止升降丝杆的运行。升降板下行停止位是根据打磨力来确定的，根据打磨力确定接近开关和升降板的距离，从而当升降板下降到与接近开关指定距离时停止下降；升降板上升停止位是根据非工作状态下所需磁吸附力决定的，上升时会带动磁吸机构上升，从而磁吸附力减小，通过非工作状态所需磁吸附力来确定接近开关与升降板的距离，当升降板上升时，与接近开关达到指定距离时停止上升。

采用上述爬壁机器人的使用方法，包括如下内容：

当爬壁机器人非工作状态：

将爬壁机器人安放到壁面上，依靠磁吸附力稳定吸附，当爬壁机器人需要爬行至某处进行工作时，升降式打磨装置处于升起状态，所需磁吸附力小，此时可调式吸附装置通过链条张力拉升至高点；在该情况下爬壁机器人实现快速行走，并能越过较高的焊缝。

当爬壁机器人工作状态：。

当爬壁机器人快速运行至工作点后，升降式打磨装置下降，打磨刷贴近壁面开始工作，该过程带动升降式打磨装置下降，以增大磁吸附力。

为提高可操作性，优化控制算法实现除直线运动、转向运动外其他功能一体化控制；即：当机器人处于非工作状态，此时打磨机构处于悬空状态，连接链拉动磁吸机构上升；减小运动阻力；当要进行工作时，拨动控制开关，打磨电机开始旋转，转速达到一定程度时升降丝杆自动进行旋转，控制打磨机构下降，此时磁吸机构跟随连接链下降，增大工作时的磁吸附力，当磁吸机构达到下降位置极限后，吸附固定环对其进行限制，此时连接链卷起，而打磨机构继续下降直到打磨刷接触壁面并产生一定工作力，此时升降丝杆停止工作，打磨刷继续旋转进行作业。

当停止工作时，为防止打磨电机突然停转卡死，在拨动停止开关后，打磨电机继续工作，升降丝杆反向旋转升起打磨机构，上升过程中连接链逐渐绷直，带动磁吸机构上升，减小非工作状态时的磁吸附力；当打磨机构复位后，升降丝杆停止转动，此时打磨电机也停止工作，工作模式结束。实现了一键控制工作模式的实现，提升了非专业人员的可操作性。

Claims (10)

1.一种磁力可调式打磨爬壁机器人，其特征在于，包括爬壁小车、升降式打磨装置和可调式吸附装置，所述爬壁小车包括车体和行走机构，所述行走机构为三轮全向行走机构，驱动爬壁小车行走；

所述升降式打磨装置包括打磨机构、升降机构和打磨导向机构，所述打磨机构与所述升降机构相联，升降机构固定于车体上，带动打磨机构上下移动，所述打磨导向机构固定于车体上，并与升降机构相联；

所述可调式吸附装置包括磁吸机构、高度调节机构和吸附导向机构，所述磁吸机构与所述高度调节机构相联，高度调节机构与打磨机构相联，带动磁吸机构沿打磨机构上下移动，所述吸附导向机构固定于车体上，并于磁吸机构相联。

2.根据权利要求1所述的一种磁力可调式打磨爬壁机器人，其特征在于，所述打磨机构包括打磨电机、打磨刷和联轴器，所述联轴器的上下两端分别与所述打磨电机的输出轴及所述打磨刷相连接。

3.根据权利要求2所述的一种磁力可调式打磨爬壁机器人，其特征在于，所述升降机构包括升降丝杠和升降板，所述升降丝杠固定于所述车体上，升降丝杠上的丝杠螺母与所述升降板的一侧相连接，带动升降板上下移动，升降板的中心连接固定所述打磨电机，升降板的另一侧安设于所述打磨导向机构。

4.根据权利要求3所述的一种磁力可调式打磨爬壁机器人，其特征在于，所述打磨导向机构打磨导向轴、打磨直线轴承和打磨固定环，所述打磨直线轴承固定于所述升降板的另一侧，所述打磨导向轴的顶端穿过打磨直线轴承、升降板及所述车体后，与所述打磨固定环相连接，打磨固定环固定于车体上。

5.根据权利要求3或4所述的一种磁力可调式打磨爬壁机器人，其特征在于，所述高度调节机构包括固定轴承、固定环和连接链，所述固定轴承套设于所述联轴器上，所述固定环外套于所述固定轴承，所述连接链为多条，沿固定环的外壁均匀间隔设置，两端头分别与固定环及所述磁吸机构相连接。

6.根据权利要求5所述的一种磁力可调式打磨爬壁机器人，其特征在于，所述吸附导向机构包括吸附导向轴、吸附直线轴承和吸附固定环，所述吸附直线轴承固定于所述车体上，所述吸附导向轴的顶端穿过吸附直线轴承及车体后，与所述吸附固定环相连接，吸附导向轴的底端与所述磁吸机构螺纹连接。

7.根据权利要求6所述的一种磁力可调式打磨爬壁机器人，其特征在于，所述磁吸机构包括多个弧形外壳体和内置于所述弧形外壳体的磁体，所述多个弧形外壳体沿周向均匀间隔设置，形成环形磁吸结构，所述环形磁吸结构与所述打磨刷中心对正设置。

8.根据权利要求7所述的一种磁力可调式打磨爬壁机器人，其特征在于，所述弧形外壳体上设有螺纹孔，与所述吸附导向轴的底端相螺接，对应于所述螺纹孔的位置设有连接环，所述连接环与吸附导向轴过盈配合卡接。

9.根据权利要求8所述的一种磁力可调式打磨爬壁机器人，其特征在于，所述车体上还设有升降板接近开关和控制器，所述升降板接近开关通过支架悬置于车体下方，接近开关与所述控制器输入端连接，控制器输出端分别与所述行走机构、打磨电机和升降丝杠连接。

10.采用上述权利要求6所述的一种磁力可调式打磨爬壁机器人的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤a，爬壁机器人非工作状态：

将爬壁机器人安放到壁面上，依靠磁吸附力稳定吸附，当爬壁机器人需要爬行至某处进行工作时，升降式打磨装置处于升起状态，所需磁吸附力小，此时可调式吸附装置通过链条张力拉升至高点；在该情况下爬壁机器人实现快速行走，并能越过较高的焊缝；

步骤b，爬壁机器人工作状态：。

当爬壁机器人快速运行至工作点后，升降式打磨装置下降，打磨刷贴近壁面开始工作，该过程带动升降式打磨装置下降，以增大磁吸附力。