CN213946487U - 一种多功能磁吸附机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及机器人技术领域，具体为一种多功能磁吸附机器人，包括左车体和右车体，所述左车体和右车体通过连接轴活动连接，所述左车体和右车体的底部均装设有永磁轮，所述左车体和/或右车体内设有电连接的永磁轮驱动系统和控制系统，所述永磁轮通过传动装置与永磁轮驱动系统连接，所述右车体上设有测距装置，所述左车体上设有激光/摄像一体机，所述测距装置和激光/摄像一体机均与控制系统电连接；所述左车体或右车体的前端均设有工装锁紧装置，所述工装锁紧装置上锁紧安装有扫查架，所述扫查架上装设有探头；所述左车体或右车体内还设有差速器机构。本实用新型可实现多种精确的检测手段，实现了机器人的灵活调节。

Description

一种多功能磁吸附机器人

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，具体涉及一种多功能磁吸附机器人。

背景技术

智能磁力机器人是可搭载各类无损检测装备的先进仪器，目前在石油化工、压力容器、电力、船舶、军事等众多领域积累了大量的现场解决经验。

作为机器人技术领域的重要分支，磁吸附式爬壁机器人是一类特种移动作业机器人，是一种设计用来在危险和极限工况下，在导磁性壁面上进行特定作业的一种自动化机电装置，它可以在竖直壁面、倾斜壁面甚至容器顶面全方位地运动，能携带工具完成特定的任务，如钢板焊接、表面打磨等。目前磁吸附爬壁机器人在电力设备制造、核工业、石化工业、造船业等现代生产活动中获得成功的试应用，完成诸如铁磁性结构件和容器的生产施工、检测等工作。

经文献调研发现，现有报道的磁吸附式爬行机器人，在进行检测时检测精度较低，无法进行多种检测手段，且存在转向调节不够灵活等问题。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种多功能磁吸附机器人，该多功能磁吸附机器人可实现多种功能(即多种精确的检测手段)，可实现机器人的灵活调节。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种多功能磁吸附机器人，包括左车体和右车体，所述左车体和右车体通过连接轴活动连接，所述左车体和右车体的底部均装设有带高精度编码器的永磁轮，所述左车体和/或右车体内设有电连接的永磁轮驱动系统和控制系统；所述右车体上设有测距装置，所述左车体上设有激光/摄像一体机，所述测距装置和激光/摄像一体机均与控制系统电连接；所述左车体或右车体的前端均设有工装锁紧装置，所述工装锁紧装置上锁紧安装有扫查架，所述扫查架上装设有探头；所述左车体或右车体内还设有差速器机构。

进一步地，所述左车体和右车体均包括壳体，所述永磁轮驱动系统和控制系统设于所述右车体的壳体内，所述激光/摄像一体机设于所述左车体的壳体上。

进一步地，所述扫查架包括光栅尺和探头夹具，所述光栅尺固定安装于所述工装锁紧装置上，所述探头夹具固定安装于所述光栅尺上，所述探头夹于所述探头夹具上；所述探头夹具为1个或两个以上。

进一步地，所述左车体远离连接轴的一侧及所述右车体远离连接轴的一侧均间隔设有两个所述永磁轮，两个所述永磁轮通过传动装置连接。

进一步地，所述永磁轮驱动系统包括电连接的伺服电机与减速器，所述减速器与所述传动装置连接。

进一步地，所述测距装置包括外壳、编码器和弹簧浮动机构，所述编码器为含有编码轮的编码器，所述弹簧浮动机构可移动地设有所述外壳内，所述编码器插设于所述外壳上且与所述弹簧浮动机构连接。

进一步地，所述弹簧浮动机构包括第一壳体、第二壳体和弹簧，所述第一壳体的两端均为开口状，所述第一壳体的一端固定于所述编码器上，所述第一壳体的另一端与第二壳体的一端活动连接，所述第二壳体靠近编码器的一端为开口端，所述第二壳体远离编码器的一端为密封端，所述弹簧贯穿于所述第一壳体和第二壳体内，且所述弹簧一端与所述编码器固定连接，另一端与所述第二壳体的密封端连接；所述外壳上开设有限位孔，所述外壳通过一穿过所述限位孔的限位杆与所述第二壳体可拆卸连接。

进一步地，所述永磁轮采用稀土磁体材料制做，所述左车体和右车体采用硬铝合金材料制做。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果为：

本实用新型通过设置激光/摄像一体机，利用激光/摄像一体机作运动纠偏辅助，确保了检测过程的精确性；通过设置测距装置，使本实用新型多功能磁吸附机器人的行走精度更精确；通过设置扫查架即设于扫查架上的探头，使磁吸附机器人进行纵向运动的同时进行水平方向扫查，且探头可以为电磁超声探头、脉冲涡流探头或漏磁探头等，以使本实用新型可实现A扫、相控阵(B扫、C扫、D扫、S扫)、TOFD、电磁超声、脉冲涡流等无损检测手段；通过设置差速器机构，可实现机器人灵活转向、四轮等功率匀速输出。

综上，本实用新型可实现多种精确的检测手段，实现了机器人的灵活调节。

附图说明

图1为本实用新型实施例多功能磁吸附机器人的结构示意图一(未示出扫查架)；

图2为本实用新型实施例多功能磁吸附机器人的结构示意图二(未示出扫查架)；

图3为本实用新型实施例搭载有扫查架的多功能磁吸附机器人的简易结构示意图；

图4为本实用新型实施例中扫查架的结构示意图；

图5为本实用新型实施例中测距装置的外部结构示意图；

图6为本实用新型实施例中测距装置中的编码器的结构示意图；

图7为本实用新型实施例中测距装置的内部结构示意图；

图中，1-左车体，2-右车体，3-连接轴，4-永磁轮，5-永磁轮驱动系统，6-控制系统，7-测距装置，71-外壳，711-限位孔，712-限位杆，72-编码器，73-弹簧浮动机构，731-第一壳体，732-第二壳体，733-弹簧，8-激光/摄像一体机，9-接线盒，10-电缆固定架，11-工装锁紧装置，12-扫查架，121-光栅尺，1211-轨道链条，122-探头夹具，13-探头，14-壳体，15-传动装置，16-接线盒连接件，17-安全扣。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例

如图1-图3，一种多功能磁吸附机器人，包括左车体1和右车体2，所述左车体1和右车体2通过连接轴3活动连接，以使本实用新型适用于不同曲面，也可拆分单独使用。左车体1和右车体2的最小夹角可达到110°，适应管径范围更广。所述左车体1和右车体2的底部均装设有永磁轮4，永磁轮4内设有高精度编码器。高精度编码器的设置可以使磁吸附机器人进行毫米级的程序设定和实际检测，如可以对磁吸附机器人进行5mm-254mm/秒速度的精准设置，并可以对其行进的距离进行毫米级的路线行程设置。如此高精度的路程与速度设置，非常有利于对被测物体表面焊缝做到精准且一致性很好的探伤工作。所述左车体1和/或右车体2内设有电连接的永磁轮驱动系统5和控制系统6。所述右车体2上设有测距装置7，所述左车体1上设有激光/摄像一体机8，所述测距装置7和激光/摄像一体机8均与控制系统电连接。所述右车体2的后端上通过接线盒连接件16设有接线盒9，所述接线盒9远离右车体2的一侧还设有电缆固定架10，用于对本实用新型中线缆的固定。本实施例中所述左车体1的前端设有工装锁紧装置11，当然其他实施例中工装锁紧装置11也可安装在右车体2上。所述工装锁紧装置11上锁紧安装有扫查架12，所述扫查架12上装设有探头13，使本实用新型不仅可以对管道进行纵向焊缝的扫查，还可以针对管道的螺旋焊缝进行扫查。所述左车体1或右车体2内还设有差速器机构，差速器机构可实现机器人灵活转向、四轮等功率匀速输出。本实施例中，所采用的高精度编码器和差速器机构均为现有技术，差速器机构也称为精密谐波差速器。

进一步地，所述左车体1和右车体2均包括壳体14，所述永磁轮驱动系统5和控制系统6设于所述右车体2的壳体14内，所述激光/摄像一体机8设于所述左车体1的壳体14上。本实施例采用的激光/摄像一体机8为现有技术。激光/摄像一体机8是激光摄像集成在一起的一种方式，体积小，重量轻。激光/摄像一体机8的固定架是一组多位置调节支架，可满足多种工况使用。

工装锁紧装置11为现有技术，可以采用卡槽，通过将工装卡入卡槽内，实现卡槽对工装的锁紧，也可以采用公开号CN202742247U所公开的一种工件卡紧装置的结构，或采用公开号CN205938183U所公开的管道卡接结构，在此不再详细复述。工装锁紧装置11的设置可使本实用新型满足多种工装的夹持，且可快速拆装，提高工作效率。锁紧装置可满足大小管径使用，并可快速锁紧/松开操作。

进一步地，本实施例中，如图4所示，所述扫查架12包括光栅尺121和探头夹具122，所述光栅尺121通过滑块活动安装于所述工装锁紧装置11上，以使扫查架12可准确安装在预定位置，并根据工况曲面调整光栅尺121的仰俯角度，且可以在磁吸附机器人进行纵向运动的同时进行水平方向扫查(双轴扫查功能)，所述探头夹具122固定安装于所述光栅尺121上，所述探头13夹于所述探头夹具122上；所述探头夹具122为1个或两个以上。本实施例中，光栅尺121上还设有轨道链条1211，所述轨道链条1211与光栅尺121磁性连接，轨道链条1211可收纳各类检测，便于实现水平位移扫查。所述探头13可以为电磁超声探头、脉冲涡流探头或漏磁探头等，以使本实用新型可实现A扫、相控阵(B扫、C扫、D扫、S扫)、TOFD、电磁超声、脉冲涡流等无损检测手段。

进一步地，本实施例中，所述左车体1远离连接轴3的一侧及所述右车体2远离连接轴3的一侧均间隔设有两个所述永磁轮4，左车体1和右车体2的两个所述永磁轮4均通过传动装置15与永磁轮驱动系统5连接。传动装置15采用的是现有技术，也可参考公开号CN105711602A所公开的轮组传动装置的结构。

进一步地，本实施例中，所述永磁轮驱动系统5包括电连接的伺服电机与减速器，所述减速器与所述传动装置13连接。采用双电机驱动，电机采用无刷伺服电机，电机配备编码器，控制精度高，运行平稳。单组电机功率达到50W，可使永磁轮进行前后行进和左右转向运动。其中减速器是本实用新型运行的核心部件之一。本实用新型是结合机器人的实际使用空间设计，具有体积小，扭力大，精度高等特点。所有零件均采用CNC加工中心加工而成，精度高。

进一步地，本实施例中，如图5-图7所示，所述测距装置7包括外壳71、编码器72和弹簧浮动机构73，其中，编码器72为现有技术，也称为增量式旋转编码器，其含有编码轮。所述弹簧浮动机构73可移动地设有所述外壳71内，所述编码器72插设于所述外壳71上且与所述弹簧浮动机构73连接。本实施例中，所述弹簧浮动机构73包括第一壳体731、第二壳体732和弹簧733，所述第一壳体731的两端均为开口状，所述第一壳体731的一端固定于所述编码器72上，所述第一壳体731的另一端与第二壳体732的一端活动连接，所述第二壳体732靠近编码器72的一端为开口端，所述第二壳体732远离编码器72的一端为密封端，所述弹簧733贯穿于所述第一壳体731和第二壳体732内，且所述弹簧733一端与所述编码器72固定连接，另一端与所述第二壳体732的密封端固定连接；所述外壳71上开设有限位孔711，所述外壳71通过一穿过所述限位孔711的限位杆712与所述第二壳体732通过螺纹连接。其中，弹簧733的作用为顶住编码器72，使编码器72上直贴合住工件表面，防止打滑。

所述测距装置的测距原理为：编码器72通过内部两个光敏接受管转化其角度码盘的时序和相位关系，得到其角度码盘角度位移量增加(正方向)或减少(负方向)，然后采用角度位移量/360*编码轮的周长就可得到前进或后退的距离。由于永磁轮4内的编码器在进行长度测量时存在测量误差(机械惯性、干扰、信号传输等诸多问题引起)，本实用新型通过测距装置7测得实际位移反馈给控制系统6，通过控制系统6对永磁轮4内的编码器信号进行补偿与修正。因此，该测距装置采用编码器72与弹簧浮动机构73结合，使行走精度更精确。且采用弹簧浮动机构可满足多种管道、灌体、球罐等使用。

本实施例中，右车体2上还设有安全扣17，用于外挂安全绳，避免机器人意外掉落的危险。

进一步地，本实施例中，所述永磁轮4采用稀土磁体材料制做，具体是使用钕铁硼材料制作。本实用新型使用钕铁硼高强度永磁轮，吸附能力更强，即使出现意外断电，也不会发生车体从被检测表面掉落的危险，使得本实用新型可以安全的进行水平、垂直和倒置等。所述左车体1和右车体2采用硬铝合金材料制做，通过CNC加工中心加工而成，每个零件表面均采用氧化处理，防腐、防锈。

本实用新型通过设置激光/摄像一体机8，利用激光/摄像一体机8作运动纠偏辅助，确保了检测过程的精确性；通过设置测距装置7，使本实用新型多功能磁吸附机器人的行走精度更精确；通过设置扫查架12及设于扫查架12上的探头13，使磁吸附机器人进行纵向运动的同时进行水平方向扫查，且探头13可以为电磁超声探头、脉冲涡流探头或漏磁探头等，以使本实用新型可实现A扫、相控阵(B扫、C扫、D扫、S扫)、TOFD、电磁超声、脉冲涡流等无损检测手段；通过设置差速器机构，可实现机器人灵活转向、四轮等功率匀速输出。

综上，本实用新型可实现多种精确的检测手段，实现了机器人的灵活调节。

上述说明是针对本实用新型较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本实用新型的专利申请范围，凡本实用新型所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本实用新型所涵盖专利范围。

Claims (8)

1.一种多功能磁吸附机器人，其特征在于，包括左车体和右车体，所述左车体和右车体通过连接轴活动连接，所述左车体和右车体的底部均装设有带高精度编码器的永磁轮，所述左车体和/或右车体内设有电连接的永磁轮驱动系统和控制系统，所述永磁轮通过传动装置与永磁轮驱动系统连接；所述右车体上设有测距装置，所述左车体上设有激光/摄像一体机，所述测距装置和激光/摄像一体机均与控制系统电连接；所述左车体或右车体的前端均设有工装锁紧装置，所述工装锁紧装置上锁紧安装有扫查架，所述扫查架上装设有探头；所述左车体或右车体内还设有差速器机构；所述右车体的后端上通过接线盒连接件设有接线盒，所述接线盒远离右车体的一侧还设有电缆固定架。

2.根据权利要求1所述的多功能磁吸附机器人，其特征在于，所述左车体和右车体均包括壳体，所述永磁轮驱动系统和控制系统设于所述右车体的壳体内，所述激光/摄像一体机设于所述左车体的壳体上。

3.根据权利要求2所述的多功能磁吸附机器人，其特征在于，所述扫查架包括光栅尺和探头夹具，所述光栅尺固定安装于所述工装锁紧装置上，所述探头夹具固定安装于所述光栅尺上，所述探头夹于所述探头夹具上；所述探头夹具为1个或两个以上。

4.根据权利要求3所述的多功能磁吸附机器人，其特征在于，所述左车体远离连接轴的一侧及所述右车体远离连接轴的一侧均间隔设有两个所述永磁轮，两个所述永磁轮通过传动装置连接。

5.根据权利要求1所述的多功能磁吸附机器人，其特征在于，所述永磁轮驱动系统包括电连接的伺服电机与减速器，所述减速器与所述传动装置连接。

6.根据权利要求1所述的多功能磁吸附机器人，其特征在于，所述测距装置包括外壳、编码器和弹簧浮动机构，所述编码器为含有编码轮的编码器，所述弹簧浮动机构可移动地设有所述外壳内，所述编码器插设于所述外壳上且与所述弹簧浮动机构连接。

7.根据权利要求6所述的多功能磁吸附机器人，其特征在于，所述弹簧浮动机构包括第一壳体、第二壳体和弹簧，所述第一壳体的两端均为开口状，所述第一壳体的一端固定于所述编码器上，所述第一壳体的另一端与第二壳体的一端活动连接，所述第二壳体靠近编码器的一端为开口端，所述第二壳体远离编码器的一端为密封端，所述弹簧贯穿于所述第一壳体和第二壳体内，且所述弹簧一端与所述编码器固定连接，另一端与所述第二壳体的密封端连接；所述外壳上开设有限位孔，所述外壳通过一穿过所述限位孔的限位杆与所述第二壳体可拆卸连接。

8.根据权利要求1所述的多功能磁吸附机器人，其特征在于，所述永磁轮采用稀土磁体材料制做，所述左车体和右车体采用硬铝合金材料制做。

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