CN210756878U - 一种大型储罐爬壁打磨机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及机械自动化工程领域。目的是提供一种大型储罐爬壁打磨机器人，该爬壁打磨机器人应具有打磨效果好、运行可靠、工作效率高的特点。技术方案是：一种大型储罐爬壁打磨机器人，其特征在于：该机器人包括爬壁行走机构、设置在爬壁行走机构前部的打磨机构与校准视频检测机构、用于驱动打磨机构与校准视频检测机构竖直移动的升降机构、设置在爬壁行走机构后部的后视频检测机构、设置在爬壁行走机构上的控制箱以及通过电缆连接控制箱的外部操作台；所述爬壁行走机构包括行走支架、连接架设置在行走支架底部的一对主动轮与一对从动轮、分别通过锥齿轮组驱动主动轮转动的两个驱动电机。

Description

一种大型储罐爬壁打磨机器人

技术领域

本实用新型涉及机械自动化工程领域，具体是涉及一种大型储罐爬壁打磨机器人。

背景技术

大型储罐通常在高压、腐蚀等恶劣环境下工作，其安全可靠性至关重要。由于罐体内部压力的作用以及雨水和油品的侵蚀，罐壁可能产生凹坑、裂纹、孔洞等缺陷，这些缺陷不仅会造成储物泄漏，甚至可能引起爆炸、火灾，因此必须定期进行检测。

对大型储罐的检测主要由人工操作，由于需要在罐内外搭建脚手架，因此存在成本高、操作者劳动强度大、操作危险和效率低等缺点。爬壁机器人把地面移动机器人技术与吸附技术有机结合起来，可在垂直壁面上附着爬行，并能携带工具完成一定的作业任务，大大扩展了机器人的应用范围。

打磨是大型容器检测的前端工序，由于大部分大型容器用于存放易燃易爆气体和液体，打磨工序中的待检测大型容器仍可能存在少量危险气体或液体，不仅会直接危害人身健康，而且可能因打磨火星而产生小范围燃烧或爆炸。目前人工打磨一台大型容器大致需要1周甚至几周的时间，人工工作量大、效率低，而且由于打磨因人而异，还存在打磨不均匀的问题，影响了检测的准确性。

因此，为解决人工打磨的安全、效率和精度均匀性问题，爬壁打磨机器人作为一种代替人在高危险环境下作业的特种机器人，它的使用将大大降低危险行业的人力成本，改善工人的劳动环境，提高劳动生产率。专用于金属材料打磨的爬壁机器人，包括打磨机械臂系统、视频检测系统及底盘系统，其中底盘系统包括车底平板、从动轮部分、驱动电机及驱动轮部分。但现有的爬壁打磨机器人具有以下缺点：未根据焊缝的实际打磨要求进行设计，打磨工艺未针对无损检测相关标准对打磨的要求，也未考虑焊缝形状特征、不同服役状况等因素；打磨产生的铁屑容易被轮子的磁铁吸住，影响到了从动轮与容器内壁之间的吸附效果。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服上述背景技术中的不足，提供一种大型储罐爬壁打磨机器人，该爬壁打磨机器人应具有打磨效果好、运行可靠、工作效率高的特点。

本实用新型的技术方案是：

一种大型储罐爬壁打磨机器人，其特征在于：该机器人包括爬壁行走机构、设置在爬壁行走机构前部的打磨机构与校准视频检测机构、用于驱动打磨机构与校准视频检测机构竖直移动的升降机构、设置在爬壁行走机构后部的后视频检测机构、设置在爬壁行走机构上的控制箱以及通过电缆连接控制箱的外部操作台；

所述爬壁行走机构包括行走支架、连接架设置在行走支架底部的一对主动轮与一对从动轮、分别通过锥齿轮组驱动主动轮转动的两个驱动电机；每个主动轮包括与行走支架固定的连接架、固定在连接架底部的套筒、可转动地定位在套筒中的主动轮轮轴、分别固定在主动轮轮轴两端的两个主动轮轮圈、固定在套筒底部的主动轮磁桥以及同轴定位在两个主动轮轮圈之间且包覆着所述主动轮磁桥的防尘圈；所述从动轮包括可转动地定位在行走支架底部的一对转向架、与转向架固定的从动轮轮轴、通过滚动轴承可转动地定位在从动轮轮轴上的从动轮轮圈、设置在从动轮轮圈的内腔下部并与从动轮轮轴固定的从动轮磁桥；

所述主动轮磁桥与从动轮磁桥均包括衔铁以及固定在衔铁底面并沿着衔铁长度方向依次布置的三个磁体，其中两个第一磁体固定在两侧并且第一磁体的磁极上下布置，第二磁体固定在两个第一磁体之间并且第二磁体的磁极水平布置，两两磁体的磁极异性对应布置；所述衔铁通过安装架固定在套筒底端或从动轮轮轴底端；

所述升降机构包括通过滑台安装板固定在行走支架前端的滑台、可竖直滑动地定位在滑台上的滑块、固定在滑台上的升降电机、向滑块传递升降电机动力的丝杠组件、与滑块固定的打磨升降架；

所述打磨机构包括与打磨升降架连接的打磨安装板、可转动地定位在打磨安装板上的打磨头、与打磨安装板固定的打磨电机、向打磨头传递打磨电机动力的带轮组。

所述防尘圈的端面与主动轮轮圈的端面保持小于1.0mm的间隙，保护圈的外径与主动轮轮圈的外径一致。

所述打磨头的外圆周面为鼓形并且打磨头的外圆周面的中部设有V形凹槽；所述打磨头的外圆周面上还设有打磨钢丝。

所述主动轮轮圈包括主动轮轮箍与包覆在主动轮轮箍外圆周面的橡胶外胎，所述从动轮包括从动轮轮箍与包覆在从动轮轮箍外圆周面的橡胶外胎。

所述升降机构与打磨机构之间还设有弹簧机构；所述弹簧机构包括可竖直滑动地定位在打磨升降架上的支撑轴以及装套在支撑轴上的弹簧；所述打磨安装板固定在支撑轴的底部，弹簧设置在打磨升降架与打磨安装板之间。

所述校准视频检测机构设置在打磨升降架上；所述校准视频检测机构包括前摄像机、前照明灯、激光对准器。

所述后视频检测机构包括后照明灯、后摄像机。

所述外部操作台包括用于显示检测结果的显示设备和通过单片机对机器人进行操控的外部输入设备。

所述控制箱包括电源与单片机；所述单片机分别连接驱动电机、升降电机、打磨电机、前摄像机、前照明灯、激光对准器、后照明灯、后摄像机、显示设备、外部输入设备。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供的大型储罐爬壁打磨机器人，采用永磁吸附技术，可吸附在壁面、球面及管道等曲面上进行爬行打磨作业，能根据焊缝的实际打磨要求 (如焊缝形状特征、不同服役状况等因)进行滚筒式打磨，打磨工艺满足无损检测相关标准对打磨的要求，磁桥始终位于轮圈下部并且与容器内壁的爬行面保持一定的距离，提供了稳定的吸力，与现有的整个轮箍具有磁吸力(带有整圈磁桥)的磁轮相比，不仅减轻了整体重量，而且能避免在从动轮的其他部位 (不与爬行面接触的部位)产生吸力而造成铁锈堆积，大大提升了可靠性；因此，本实用新型能够自动对工件进行打磨，具有结构简单、体积小、使用方便、打磨效果好、可减少人工操作劳动量的特点，非常适合推广应用。

附图说明

图1是本实用新型的主视结构示意图。

图2是本实用新型的俯视结构示意图。

图3是本实用新型的仰视结构示意图。

图4是本实用新型中打磨头的俯视结构示意图。

图5是图4的A-A剖视图。

图6是本实用新型中主动轮的主视结构示意图。

图7是图6中的B-B向结构示意图。

图8是本实用新型中从动轮的主视结构示意图。

图9是本实用新型中从动轮的左视结构示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图，对本实用新型作进一步说明，但本实用新型并不局限于以下实施例。

如图1所示，一种大型储罐爬壁打磨机器人，包括爬壁行走机构、打磨机构、升降机构、弹簧机构、校准视频检测机构7、后视频检测机构39、控制箱 20、外部操作台91。

所述爬壁行走机构包括行走支架19、竖直布置在行走支架两侧的一对主动轮21、一对从动轮38、两个驱动电机2。所述主动轮、从动轮、驱动电机设置行走支架底部。每个主动轮包括竖直布置在行走支架一侧的连接架41，连接架的顶端与行走支架固定，连接架底部固结有水平布置的套筒42，主动轮轮轴43 可绕水平轴线转动地定位在套筒中，主动轮轮轴的两端还伸出套筒后再分别与两个主动轮轮圈44固定；套筒的底部、两个主动轮轮圈之间固定有主动轮磁桥，防尘圈46(为圆周形的壳体，优选塑料制作)同轴固定(图中显示可通过紧固件与安装28固定)在两个主动轮轮圈之间且包覆着所述主动轮磁桥；防尘圈的端面与主动轮轮圈的端面保持小于1.0mm的间隙，以有效防止外部铁锈尘土粘附到磁桥上。防尘圈的外径与主动轮轮圈的外径一致；所述主动轮轮圈包括主动轮轮箍与包覆在主动轮轮箍外圆周的设有橡胶外胎45。

两个主动轮轮轴同轴布置并且主动轮轮轴的长度方向垂直于行走支架的长度方向(图2中的水平方向为行走支架的长度方向)，

所述驱动电机通过锥齿轮组驱动主动轮转动。所述锥齿轮组包括与驱动电机同轴固定的主动齿轮61以及固定在主动轮轮轴上并与主动齿轮啮合的被动齿轮62。

所述从动轮包括可转动地定位在行走支架底部的转向架54(转向架的转动轴线为图1中的竖直方向轴线)，从动轮轮轴51水平布置并且两端与转向架固定，从动轮轮圈53通过滚动轴承52可转动地定位在从动轮轮轴上，从动轮轮圈的内腔53.1设有从动轮磁桥，从动轮磁桥固定在从动轮轮轴的底部。所述从动轮轮圈的外圆周面设有橡胶制成的从动轮外胎54。

所述主动轮磁桥与从动轮磁桥的结构相同，包括从上往下依次设置的安装架28、衔铁29以及三个磁体。所述衔铁通过安装架固定在套筒或从动轮轮轴底面并且衔铁的长度方向平行于套筒或从动轮轮轴。所述三个磁体沿着衔铁长度方向依次布置并且固定在衔铁底面，这三个磁体包括固定两侧的两个第一磁体 30以及固定在两个第一磁体之间的第二磁体31。所述第一磁体的磁极上下布置，第二磁体的磁极水平布置，这三个磁体的磁极异性相对布置，并且第一磁体的底部还设有磁铁保护圈32，磁铁保护圈的底面弧形。

所述三个磁体采用N52永磁铁，第二磁体用于在两个第一磁体之间传递磁力，这样就能使磁体、衔铁、磁铁保护圈和容器内壁形成闭合的磁路，磁力线从右侧第一磁体(图6和图8所示)的N极往上穿出，然后通过衔铁或第二磁体到达另一侧第一磁体的S极，再从该第一磁体内部到达N极并穿出磁极，并通过磁铁保护圈、防尘圈、容器内壁、防尘圈、磁铁保护圈到达右侧第一磁体的S极。

所述升降机构包括滑台3、滑块4、升降电机2、丝杠组件、打磨升降架6。所述滑台通过滑台安装板1固定在行走支架前端(图1中行走支架的左端)。所述升降电机固定在滑台上。所述滑块4可竖直滑动地定位在滑台上，滑台上设有供滑块滑动的导轨(图中省略)。所述丝杠组件设置在滑台与滑块之间并且用于向滑块传递升降电机动力，包括可转动地定位在滑台上的丝杆71以及与丝杆啮合的螺母72，丝杆与升降电机同轴固定，滑块与螺母固定，打磨升降架与滑块固定。

所述打磨机构包括打磨安装板24、打磨头13、打磨电机17、带轮组。所述打磨头13固定在连接轴14上，连接轴再通过滚筒安装架11可转动地定位在打磨安装板下方。所述打磨头(常规结构)为外圆周面设有打磨钢丝的滚筒(图中省略打磨钢丝)，打磨头的外圆周面呈鼓形并且打磨头的外圆周面上设有沿圆周方向布置的V形凹槽13.1(V形凹槽适用于对焊缝的铁锈进行打磨；打磨焊缝时，V形凹槽对准凸出的焊缝，并且打磨头沿着焊缝的长度方向行进)打磨头同轴固定在连接轴上，打磨头转动轴线平行于行走支架的宽度方向轴线(图2 中的竖直方向轴线)。所述打磨电机通过打磨电机安装架18固定在打磨安装板下方。所述带轮组用于向打磨头传递打磨电机动力，包括由打磨电机驱动的主动带轮16、与连接轴固定的被动带轮12以及连接主动带轮与被动带轮的传动带 15。

所述弹簧机构设置在升降机构与打磨机构之间，包括支撑轴10与弹簧9。所述支撑轴竖直布置，支撑轴的顶部可竖直滑动地定位在打磨升降架上，支撑轴的底部与打磨安装板固定。所述弹簧设置在打磨升降架与打磨安装板之间并且装套在支撑轴上。

所述校准视频检测机构设置在打磨升降架上。所述校准视频检测机构包括前摄像机、前照明灯、激光对准器。所述后视频检测机构包括后照明灯、后摄像机。

所述外部操作台用于控制机器人的动作并且通过电缆90连接控制箱。所述外部操作台包括用于显示检测结果的显示设备(本实用新型采用显示器，图中未显示)以及通过单片机对机器人进行操控的外部输入设备(本实用新型采用操作手柄，图中未显示)。所述单片机分别连接驱动电机、升降电机、打磨电机、前摄像机、前照明灯、激光对准器、后照明灯、后摄像机、显示设备、外部输入设备。

上述所有元件均可通过外购获得。

本实用新型的工作原理如下：

垂直爬壁时，打磨头离容器壁面的距离为4mm，可方便行走并顺利跨过障碍物；进行打磨时，升降机构驱动打磨头靠近容器壁面并通过弹簧机构向打磨头传递下压力，使打磨头接触容器壁面并保持一定的压力，驱动电机启动带动打磨头转动进行打磨；通常情况下，打磨作业时爬壁的行走方向向下，这样可使打磨掉落的铁锈不影响已经打磨好的焊缝，且大幅减少堆积在主动轮和从动轮上的铁锈；不垂直爬壁时打磨头的打磨力会有所变化，俯爬时滚筒打磨力加强，由于打磨机构的重力与打磨头打磨力比值较小，因此打磨头的打磨力变化幅度不大。

最后，需要注意的是，以上列举的仅是本实用新型的具体实施例。显然，本实用新型不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本实用新型公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种大型储罐爬壁打磨机器人，其特征在于：该机器人包括爬壁行走机构、设置在爬壁行走机构前部的打磨机构与校准视频检测机构(7)、用于驱动打磨机构与校准视频检测机构竖直移动的升降机构、设置在爬壁行走机构后部的后视频检测机构(39)、设置在爬壁行走机构上的控制箱(20)以及通过电缆(90)连接控制箱的外部操作台(91)；

所述爬壁行走机构包括行走支架(19)、设置在行走支架底部的一对主动轮(21)与一对从动轮(38)、分别通过锥齿轮组驱动主动轮转动的两个驱动电机(22)；每个主动轮包括与行走支架固定的连接架(41)、固定在连接架底部的套筒(42)、可转动地定位在套筒中的主动轮轮轴(43)分别固定在主动轮轮轴两端的两个主动轮轮圈(44)、固定在套筒底部的主动轮磁桥以及同轴定位在两个主动轮轮圈之间且包覆着所述主动轮磁桥的防尘圈(46)；所述从动轮包括可转动地定位在行走支架底部的一对转向架(54)、与转向架固定的从动轮轮轴(51)、通过滚动轴承(52)可转动地定位在从动轮轮轴上的从动轮轮圈(53)、设置在从动轮轮圈的内腔下部并与从动轮轮轴固定的从动轮磁桥；

所述主动轮磁桥与从动轮磁桥均包括衔铁(29)以及固定在衔铁底面并沿着衔铁长度方向依次布置的三个磁体，其中两个第一磁体(30)位于两侧并且第一磁体的磁极上下布置，第二磁体(31)固定在两个第一磁体之间并且第二磁体的磁极水平布置，两两磁体的磁极异性对应布置；所述衔铁通过安装架(28)固定在套筒底端或从动轮轮轴底端；

所述升降机构包括通过滑台安装板(1)固定在行走支架前端的滑台(3)、可竖直滑动地定位在滑台上的滑块(4)、固定在滑台上的升降电机(2)、向滑块传递升降电机动力的丝杠组件、与滑块固定的打磨升降架(6)；

所述打磨机构包括与打磨升降架连接的打磨安装板(24)、可转动地定位在打磨安装板上的打磨头(13)、与打磨安装板固定的打磨电机(17)、向打磨头传递打磨电机动力的带轮组。

2.根据权利要求1所述的大型储罐爬壁打磨机器人，其特征在于：所述防尘圈的端面与主动轮轮圈的端面保持小于1.0mm的间隙，防尘圈的外径与主动轮轮圈的外径一致。

3.根据权利要求2所述的大型储罐爬壁打磨机器人，其特征在于：所述打磨头的外圆周面为鼓形并且打磨头的外圆周面的中部设有V形凹槽(13.1)；所述打磨头的外圆周面上还设有打磨钢丝。

4.根据权利要求3所述的大型储罐爬壁打磨机器人，其特征在于：所述主动轮轮圈包括主动轮轮箍与包覆在主动轮轮箍外圆周面的橡胶外胎，所述从动轮包括从动轮轮箍与包覆在从动轮轮箍外圆周面的橡胶外胎。

5.根据权利要求4所述的大型储罐爬壁打磨机器人，其特征在于：所述升降机构与打磨机构之间还设有弹簧机构；所述弹簧机构包括可竖直滑动地定位在打磨升降架上的支撑轴(10)以及装套在支撑轴上的弹簧(9)；所述打磨安装板固定在支撑轴的底部，弹簧设置在打磨升降架与打磨安装板之间。

6.根据权利要求5所述的大型储罐爬壁打磨机器人，其特征在于：所述校准视频检测机构设置在打磨升降架上；所述校准视频检测机构包括前摄像机、前照明灯、激光对准器。

7.根据权利要求6所述的大型储罐爬壁打磨机器人，其特征在于：所述后视频检测机构包括后照明灯、后摄像机。

8.根据权利要求7所述的大型储罐爬壁打磨机器人，其特征在于：所述外部操作台包括用于显示检测结果的显示设备和通过单片机对机器人进行操控的外部输入设备。

9.根据权利要求8所述的大型储罐爬壁打磨机器人，其特征在于：所述控制箱包括电源与单片机；所述单片机分别连接驱动电机、升降电机、打磨电机、前摄像机、前照明灯、激光对准器、后照明灯、后摄像机、显示设备、外部输入设备。

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