CN210793397U - 一种可多段组合的磁轮吸附式轻量化爬壁机器人 - Google Patents

Abstract

一种涉及爬壁巡检机器人设备领域的，可多段组合的磁轮吸附式轻量化爬壁机器人，包含控制装置、多个行走单元和用于连接相邻行走单元的连杆单元；行走单元包含壳体、驱动模块和两个磁轮；驱动模块包含主电路板、电池、连接适配器、电机控制器和分别对两个磁轮单独驱动的两套电机组件；连杆单元由两段连杆拼接形成，两段连杆的拼接端通过偏转检测锁扣转动连接，偏转检测锁扣设有第一转向角度传感器，两段连杆的另一端与连接盖板转动连接；控制装置用于控制行走单元动作；该爬壁机器人不仅结构简单、体积小、重量轻、运动灵活，在铁磁性表面越障能力佳，而且能够多台并行协调实施检测任务，搭载不同的检测工具，代替人工对钢构件表面进行检测。

Description

一种可多段组合的磁轮吸附式轻量化爬壁机器人

技术领域

本实用新型涉及爬壁巡检机器人设备领域，尤其是涉及一种可多段组合的磁轮吸附式轻量化爬壁机器人。

背景技术

为确保各种钢结构设施、设备，如集装箱、钢构厂房及中、大型油罐、船舶的船体和甲板等，功能完整并能够正常运行和使用，需要定期对其进行腐蚀、变形和裂缝的检查，这是日常维修、养护的必要组成部分；而这些检查通常需要大量的专业人员、设备、资金、场地与时间的投入，另外，这些钢结构设施、设备往往存在很多位置比较危险、或检测设备与人员难以直接到达的狭小空间，这势必会对检测过程和检测结果造成一定的影响；

另一方面，上述各种钢结构设施、设备的表面，并不是平整、光滑的，一般都会存在各种各样的弯曲、凹凸或附属连接物体等，这些障碍对于检测设备在钢构设施表面的连续移动会造成很大的阻碍，使得检测过程费时、费力，检测效率低下；

近年来，针对钢结构设施、设备等铁磁性表面的检测需求，出现了很多基于磁力吸附原理的爬壁机器人，爬壁机器人基本可分为履带式与轮式两大类；但现有的磁力吸附爬壁机器人，普遍存在体积、重量较大，行走机构设计复杂，转向不灵活，越障时易脱落，对攀爬表面平整度要求较高等特点，难以应对具有复杂形状和狭小空间的场合。

发明内容

为了克服背景技术中的不足，本实用型新公开了一种可多段组合的磁轮吸附式轻量化爬壁机器人，不仅结构简单、体积小、重量轻、运动灵活，在铁磁性表面越障能力佳，而且能够多台并行协调实施检测任务，搭载不同的检测工具，代替人工对钢构件表面进行检测。

为实现上述发明目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种可多段组合的磁轮吸附式轻量化爬壁机器人，包含控制装置、多个行走单元和用于连接相邻行走单元的连杆单元；所述行走单元包含壳体、驱动模块和两个用于吸附攀爬表面的磁轮，所述壳体由连接盖板和槽形底盘组成，所述驱动模块设于壳体内，两个磁轮对称设于壳体两端外侧；所述驱动模块包含主电路板、电池、连接适配器、电机控制器和分别对两个磁轮单独驱动的两套电机组件，所述主电路板与电机控制器信号连接；所述连杆单元由两段连杆拼接形成凸起于攀爬表面的拱形结构，两段连杆的拼接端通过偏转检测锁扣转动连接，所述偏转检测锁扣设有用于检测相对扭转角度的第一转向角度传感器；两段连杆的另一端分别通过设置在连接盖板外表面中部的孔型锁口，与对应行走单元的连接盖板转动连接，所述孔型锁口设有第二转向角度传感器；所述控制装置用于控制行走单元动作。

进一步，所述控制装置用于控制机器人前进方向前端的一个行走单元动作，前进方向后端每个行走单元的主电路板分别与其前一个行走单元的主电路板和对应的第一、第二转向角度传感器信号连接。

进一步，所述电机组件包含电机外壳、电动机、弹性联轴器、轴承和磁轮轴，同一行走单元的两个磁轮轴同轴线，并分别穿过对应的壳体两端与磁轮对应连接。

进一步，所述槽形底盘设为V形槽，所述连接盖板设为两个，两个连接盖板呈倒V形与V形槽口对应。

进一步，所述两个连接盖板夹角为90度，该夹角的角平分线与磁轮的轴线共面且垂直，连接盖板与攀爬面的夹角为45度。

进一步，所述磁轮包含弹性轮、隔磁板、刚性轮毂和多个永磁铁，所述弹性轮套设在刚性轮毂上，所述弹性轮端面靠近外胎面的位置，均匀环设有用于安装永磁铁的安装孔，所述隔磁板设于弹性轮两端面外侧。

进一步，所述安装孔为适配永磁铁的通孔。

进一步，所述连杆与连接盖板的转动轴线为连杆端面的轴心线，两段连杆拼接端的转动轴线与磁轮轴线垂直。

进一步，所述行走单元设为两个、三个或四个。

进一步，所述壳体或连杆设为非金属材料。

由于采用如上所述的技术方案，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型公开的可多段组合的磁轮吸附式轻量化爬壁机器人，一个行走单元的两个磁轮分别由连个电机组件带动，并通过永磁铁的吸附作用，更加便于在钢结构设备上做出前进、转弯、后退等动作；多个行走单元通过连杆单元连接，能够做到多台并行协调实施检测任务，搭载不同的检测工具，代替人工对钢构件表面进行检测；连杆单元的两段连杆通过偏转检测锁扣铰接，并与行走单元上的连接盖板通过孔型锁口铰接，使得相邻两个行走单元有相对的扭转和旋转运动，因此该机器人能够实现转弯、越过障碍物和绕过拐角等复杂的运动；综上所述，本实用新型能够有效地攀爬和穿越具有不连续、障碍物和内、外角的铁磁性表面，能够灵活到达检测表面比较危险的区域或狭窄的空间，能大大减轻相关检测人员的劳动强度，大幅提升安全性和工作效率；

此外，控制装置用于控制机器人前进方向前端的一个行走单元动作，机器人通过主电路板的传感器实时检测位于机器人前进方向前端的行走单元的电机转速与连杆的偏转信号，经过单板计算机内置的协调控制软件的计算，输出两个电机组件的控制信号，用以单独控制位于机器人前进方向后端的行走单元内电机的转速与旋转方向，使得位于机器人前进方向后端的行走单元自动根据所述机器人的姿态，实时跟随前端的行走单元进行运动，使攀爬更加智能和灵活。

附图说明

图1是本实用新型的示意图；

图2是所述行走单元的结构示意图；

图3是所述连杆单元的结构示意图。

图中：1、磁轮；2、连接适配器；3、电机组件；4、槽形底盘；5、电池；6、连接盖板；7、主电路板；8、电机控制器；9、连杆；10、偏转检测锁扣；11、孔型锁口。

具体实施方式

通过下面的实施例可以详细的解释本实用新型，公开本实用新型的目的旨在保护本实用新型范围内的一切技术改进，本实用新型并不局限于下面的实施例：

结合附图1-3所述的可多段组合的磁轮吸附式轻量化爬壁机器人，包含控制装置、多个行走单元和用于连接相邻行走单元的连杆单元；根据需要，行走单元设为两个、三个或四个，两个行走单元之间用一个连杆单元相连，即组合成一个四轮机器人，该四轮机器人的前端或后端能够再用一个连杆单元连接一个行走单元，组合为一个六轮机器人，以此类推，机器人能够实现模块化拼接，多段自由组合以适用不同的工况；根据需要，机器人的组成部分中，除特殊组件如电机、轴承、永磁铁、隔磁板、电控元件等，其余如壳体、连杆9等设为非金属材料，能够大大减轻机器人的重量；

行走单元包含壳体、驱动模块和两个用于吸附攀爬表面的磁轮1，壳体由连接盖板6和槽形底盘4组成，驱动模块设于壳体内，两个磁轮1对称设于壳体两端外侧；根据需要，磁轮1包含弹性轮、隔磁板、刚性轮毂和多个永磁铁，弹性轮套设在刚性轮毂上，弹性轮端面靠近外胎面的位置，均匀环设有用于安装永磁铁的安装孔，隔磁板设于弹性轮两端面外侧，用于隔绝永磁铁轴向的磁力，弹性轮为高挠度弹性材料，与攀爬面接触后，能够提供很高的静摩擦系数，同时允许轮缘变形，弹性轮轮缘在接触攀爬表面的部位因磁力作用将局部变的扁平，这个扁平部位又产生更大的接触面积，使更多的永磁铁靠近攀爬表面，增加了弹性轮的附着力、牵引力和静音特性；此外，安装孔为适配永磁铁的通孔，便于加工安装孔，提高磁轮1的吸附力；

根据需要，槽形底盘4设为V形槽，连接盖板6设为两个，两个连接盖板6连接呈倒V形与V形槽口对应，此外，两个连接盖板6夹角为90度，该夹角的角平分线与磁轮1的轴线共面且垂直，连接盖板6与攀爬面的夹角为45度，通过改变壳体的结构，提高了连杆单元的拱高，提高了机器人绕过障碍物的能力，同时由于连接盖板6与攀爬面的夹角为45度，使得连杆9与连接盖板6之间的偏转更加灵活，也更有利于通过连杆单元连接多个行走单元；

驱动模块包含主电路板7、电池5、连接适配器2、电机控制器8和分别对两个磁轮1单独驱动的两套电机组件3，主电路板7与电机控制器8信号连接，主电路板7使用基于Linux的单板计算机技术，能够被操作员通过控制装置利用Wi-Fi无线局域网通信技术进行控制，从而对电机控制器8发出信号，再通过电机组件3控制磁轮1转动，从而实现对行走单元的动作控制；根据需要，电机组件3包含电机外壳、电动机、弹性联轴器、轴承和磁轮轴，同一行走单元的两个磁轮轴同轴线，并分别穿过对应的壳体两端与磁轮1对应连接，电机控制器8通过控制电机组件3来分别控制两个磁轮1的动作；

连杆单元由两段连杆9拼接形成凸起于攀爬表面的拱形结构，两段连杆9的拼接端通过偏转检测锁扣10转动连接，偏转检测锁扣10设有用于检测相对扭转角度的第一转向角度传感器，偏转检测锁扣10是一个销轴铰接结构，第一转向角度传感器用以测量机器人行走时前、后行走单元的相对扭转角度，优选的，两段连杆9拼接端的转动轴线与磁轮1轴线垂直；两段连杆9的另一端分别通过设置在连接盖板6外表面中部的孔型锁口11，与对应行走单元的连接盖板6转动连接，优选的，连杆9与连接盖板6的转动轴线为连杆9端面的轴心线，使得该行走单元能够绕垂直于连杆9端面的轴线相对旋转，孔型锁口11设有第二转向角度传感器，该第二转向角度传感器用于检测连杆9与行走单元之间的相对扭转角度；该连杆单元就允许机器人的前、后行走单元有相对的扭转和旋转运动，因此机器人能够实现转弯、越过障碍物和绕过拐角等复杂的运动；

控制装置用于控制行走单元动作；根据需要，控制装置用于控制机器人前进方向前端的一个行走单元动作，前进方向后端每个行走单元的主电路板7分别与其前一个行走单元的主电路板7和对应的第一、第二转向角度传感器信号连接，通过控制装置操纵位于机器人前进方向前端的行走单元，做出前进、转弯、后退等动作，机器人通过主电路板7的传感器实时检测位于机器人前进方向前端的行走单元的电机转速与连杆9的偏转信号，经过单板计算机内置的协调控制软件的计算，输出两个电机组件3的控制信号，用以单独控制位于机器人前进方向后端的行走单元内电机的转速与旋转方向，使得位于机器人前进方向后端的行走单元自动根据机器人的姿态，实时跟随前端的行走单元进行运动。

本实用新型未详述部分为现有技术。

Claims (10)

1.一种可多段组合的磁轮吸附式轻量化爬壁机器人，其特征在于：包含控制装置、多个行走单元和用于连接相邻行走单元的连杆单元；所述行走单元包含壳体、驱动模块和两个用于吸附攀爬表面的磁轮（1），所述壳体由连接盖板（6）和槽形底盘（4）组成，所述驱动模块设于壳体内，两个磁轮（1）对称设于壳体两端外侧；所述驱动模块包含主电路板（7）、电池（5）、连接适配器（2）、电机控制器（8）和分别对两个磁轮（1）单独驱动的两套电机组件（3），所述主电路板（7）与电机控制器（8）信号连接；所述连杆单元由两段连杆（9）拼接形成凸起于攀爬表面的拱形结构，两段连杆（9）的拼接端通过偏转检测锁扣（10）转动连接，所述偏转检测锁扣（10）设有用于检测相对扭转角度的第一转向角度传感器；两段连杆（9）的另一端分别通过设置在连接盖板（6）外表面中部的孔型锁口（11），与对应行走单元的连接盖板（6）转动连接，所述孔型锁口（11）设有第二转向角度传感器；所述控制装置用于控制行走单元动作。

2.根据权利要求1所述的可多段组合的磁轮吸附式轻量化爬壁机器人，其特征是：所述控制装置用于控制机器人前进方向前端的一个行走单元动作，前进方向后端每个行走单元的主电路板（7）分别与其前一个行走单元的主电路板（7）和对应的第一、第二转向角度传感器信号连接。

3.根据权利要求1所述的可多段组合的磁轮吸附式轻量化爬壁机器人，其特征是：所述电机组件（3）包含电机外壳、电动机、弹性联轴器、轴承和磁轮轴，同一行走单元的两个磁轮轴同轴线，并分别穿过对应的壳体两端与磁轮（1）对应连接。

4.根据权利要求1所述的可多段组合的磁轮吸附式轻量化爬壁机器人，其特征是：所述槽形底盘（4）设为V形槽，所述连接盖板（6）设为两个，两个连接盖板（6）呈倒V形与V形槽口对应。

5.根据权利要求4所述的可多段组合的磁轮吸附式轻量化爬壁机器人，其特征是：两个连接盖板（6）夹角为90度，该夹角的角平分线与磁轮（1）的轴线共面且垂直，连接盖板（6）与攀爬面的夹角为45度。

6.根据权利要求1所述的可多段组合的磁轮吸附式轻量化爬壁机器人，其特征是：所述磁轮（1）包含弹性轮、隔磁板、刚性轮毂和多个永磁铁，所述弹性轮套设在刚性轮毂上，所述弹性轮端面靠近外胎面的位置，均匀环设有用于安装永磁铁的安装孔，所述隔磁板设于弹性轮两端面外侧。

7.根据权利要求6所述的可多段组合的磁轮吸附式轻量化爬壁机器人，其特征是：所述安装孔为适配永磁铁的通孔。

8.根据权利要求1所述的可多段组合的磁轮吸附式轻量化爬壁机器人，其特征是：所述连杆（9）与连接盖板（6）的转动轴线为连杆（9）端面的轴心线，两段连杆（9）拼接端的转动轴线与磁轮（1）轴线垂直。

9.根据权利要求1所述的可多段组合的磁轮吸附式轻量化爬壁机器人，其特征是：所述行走单元设为两个、三个或四个。

10.根据权利要求1所述的可多段组合的磁轮吸附式轻量化爬壁机器人，其特征是：所述壳体或连杆（9）设为非金属材料。

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