CN221340853U - 变轴距磁吸爬壁机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及大型金属结构表面的爬壁机器人，具体地说是一种变轴距磁吸爬壁机器人，包括变轴距机构、行走机构及转向机构，变轴距机构包括前固定板、后固定板、支撑轴及变轴距动力源，前、后固定板通过支撑轴相连，一个固定板与支撑轴连动，另一个固定板与支撑轴转动连接；前、后固定板的两端均安装有行走机构，前固定板两端的行走机构通过安装在前固定板上的转向机构连接、且同步在金属壁面上吸附并行走，后固定板两端的行走机构通过安装在后固定板上的转向机构连接、且同步在金属壁面上吸附并行走。本实用新型具有模块化、结构紧凑简单轻便、运动灵活、适应性广泛，易于安装、操控精度高的特点。

Description

变轴距磁吸爬壁机器人

技术领域

本实用新型涉及大型金属结构表面的爬壁机器人，具体地说是一种变轴距磁吸爬壁机器人，可用于完成大型金属结构表面的作业任务。

背景技术

桥(门)机等大型金属结构，因其长期化学腐蚀、交变应力等作用极易产生表面锈蚀，定期对其表面开展防腐作业已成为保障设备安全稳定运行的重要举措。目前，传统的检修作业方案多为搭设脚手架方式，建立作业平台，作业人员通过人工方式对拟防腐表面进行预处理；防腐完成后还要进行脚手架的拆除，脚手架使用过程中的安全管理压力大，高处作业较多，整个施工作业过程中风险较高，甚至有些部位因脚手架限制难以到达。为此，研制可在大型金属结构表面运行的爬壁机器人，能有效地完成各种作业任务，对提高作业效率具有重大意义。

实用新型内容

为了解决大型金属结构表面作业需搭设脚手架的难题，满足对金属结构表面检修作业等工作的需求，本实用新型的目的在于提供一种可在大型金属结构表面爬行的变轴距磁吸爬壁机器人。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

本实用新型包括变轴距机构、行走机构及转向机构，其中变轴距机构包括前固定板、后固定板、支撑轴及变轴距动力源，所述前固定板与后固定板通过支撑轴相连，所述前固定板或后固定板与支撑轴连动，所述后固定板或前固定板与支撑轴转动连接；所述前固定板的两端及后固定板的两端均安装有行走机构，所述前固定板两端的行走机构通过安装在前固定板上的转向机构连接、且同步在金属壁面上吸附并行走，所述后固定板两端的行走机构通过安装在后固定板上的转向机构连接、且同步在金属壁面上吸附并行走。

其中：所述变轴距机构还包括轴承支撑座及轴安装座，所述前固定板与支撑轴相连的一侧设有轴安装座，所述后固定板与支撑轴相连的一侧设有轴承支撑座，所述轴安装座的两侧均设有轴承支撑座，所述支撑轴由轴安装座及轴承支撑座穿过，所述支撑轴与轴安装座紧固连接，所述支撑轴通过轴承与轴承支撑座转动连接。

所述轴承包括推力轴承及深沟球轴承，所述轴承支撑座的一端内部通过深沟球轴承与支撑轴转动连接，所述轴承支撑座的另一端与轴安装座之间设有推力轴承，所述推力轴承的一侧由轴承支撑座的另一端支撑，所述推力轴承的另一侧固定在轴安装座上；所述轴承支撑座一端的端面上分别安装有用于固定深沟球轴承的轴承端盖及用于固定支撑轴的支撑轴端盖。

所述变轴距动力源包括变轴距电机及变轴距减速机，所述变轴距减速机安装在后固定板上，所述支撑轴由变轴距减速机穿过，并与所述变轴距减速机的输出孔固接，所述变轴距电机与变轴距减速机的输入端相连。

所述行走机构包括驱动轮底座、驱动动力源、驱动轮、磁轮电机、磁轮轴、磁轮及磁轮支撑座，所述驱动轮底座的上端与前固定板或后固定板转动连接，并与所述转向机构相连，所述驱动轮底座下端内部设有驱动轮，所述驱动轮的一侧与驱动轮底座的一侧转动连接，并与固定在所述驱动轮底座一侧的驱动动力源连接，所述驱动轮底座的另一侧固接有磁轮电机，所述驱动轮的内部分别设有磁轮轴、磁轮及磁轮支撑座，所述磁轮电机的输出轴与磁轮轴相连，所述磁轮安装在磁轮轴上、并与磁轮轴连动，所述磁轮轴的两端分别安装在两个磁轮支撑座上，两个所述磁轮支撑座分别与驱动轮转动连接，靠近所述磁轮电机的磁轮支撑座与驱动轮底座的另一侧转动连接。

所述磁轮为扇形磁性轮，扇形方向仅朝向需要吸附的金属壁面，通过所述磁轮电机带动磁轮旋转，能够改变所述行走机构的吸附方向。

所述驱动轮底座的上端通过深沟球轴承及推力轴承与前固定板或后固定板转动连接，所述深沟球轴承保证行走机构能够绕驱动轮底座的上端旋转，所述推力轴承能够保证深沟球轴承在轴向方向不承受力。

所述转向机构包括转向电机、输出齿轮、输入齿轮、输入带轮、输出带轮及传动带，所述转向电机固定在前固定板或后固定板上，所述转向电机的输出端连接有输出齿轮，所述输入齿轮和输入带轮同轴且均与前固定板或后固定板上的一个行走机构相连，所述输出带轮与前固定板或后固定板上的另一个行走机构相连，所述输出齿轮与输入齿轮形成齿轮啮合副，所述输出带轮与输入带轮通过传动带连接。

所述输出齿轮的一侧与转向电机的输出轴相连，所述输出齿轮的另一侧与前固定板或后固定板转动连接。

所述支撑轴通过变轴距动力源驱动旋转，改变所述前固定板与后固定板之间的相对角度，进而改变所述前固定板上行走机构与后固定板上行走机构之间的轴距。

本实用新型的优点与积极效果为：

1.本实用新型可用于多种金属结构表面的检测、防腐等任务，在金属结构表面全方位行走自如，具有模块化、结构紧凑简单轻便、运动灵活、适应性广泛，易于安装、操控精度高的特点。

2.本实用新型转向机构通过传动带将前后各自的两个行走机构连接，两个行走机构转向同步，可随时改变运动方向，整个机器人运动灵活。

3.本实用新型的扇形磁轮在不改变与金属壁面吸附力的前提下，一方面，减轻了重量，减小机器人的负载；另一方面，通过扇形磁轮旋转，改变吸附方向，可实现与金属壁面的吸附和脱离。

4.本实用新型变轴距机构可改变前后轮之间的轴距，实现跨越外90度金属壁面的目标。

附图说明

图1为本实用新型的立体结构示意图；

图2为本实用新型变轴距机构的结构示意图；

图3为本实用新型变轴距机构前、后固定板连接处的结构剖面图；

图4为本实用新型变轴距机构前固定上的轴安装座与后固定板上的轴支撑座连接处的局部放大图；

图5为本实用新型行走机构的结构剖面图；

图6为本实用新型转向机构的结构剖面图；

图7为本实用新型转向机构的结构俯视图；

图8为本实用新型行走机构中扇形磁轮的结构示意图；

图9为本实用新型扇形磁轮改变吸附方向结构示意图；

图10为本实用新型跨越内90度金属壁面的结构示意图；

图11为本实用新型跨越外90度金属壁面的结构示意图。

其中：1为变轴距机构，2为行走机构，3为转向机构，4为前固定板，5为后固定板，6为变轴距电机，7为变轴距减速机，8为支撑轴，9为轴承支撑座，10为轴承端盖，11为支撑轴端盖，12为驱动轮底座，13为驱动电机，14为驱动减速机，15为驱动轮，16为磁轮电机，17为磁轮轴，18为磁轮，19为磁轮支撑座，20为转向电机，21为转向电机底座，22为输出齿轮，23为输入齿轮，24为输入带轮，25为输出带轮，26为传动带，27为轴安装座，28为推力轴承，29为深沟球轴承。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详述。

如图1及图2所示，本实用新型包括变轴距机构1、行走机构2及转向机构3，其中变轴距机构1包括前固定板4、后固定板5、支撑轴8及变轴距动力源，前固定板4与后固定板5通过支撑轴8相连，前固定板4或后固定板5与支撑轴8连动，后固定板5或前固定板4与支撑轴8转动连接；前固定板4长度方向的两端及后固定板5长度方向的两端均安装有行走机构2，前固定板4两端的行走机构2通过安装在前固定板4上的转向机构3连接、且同步在金属壁面上吸附并行走，后固定板5两端的行走机构2通过安装在后固定板5上的转向机构3连接、且同步在金属壁面上吸附并行走。

如图1～4所示，本实施例的变轴距机构1还包括轴承支撑座9及轴安装座27，前固定板4与支撑轴8相连的一侧设有轴安装座27(本实施例的轴安装座27为两个)，后固定板5与支撑轴8相连的一侧设有轴承支撑座9(本实施例的轴承支撑座9为四个)，轴安装座27的两侧均设有轴承支撑座9，支撑轴8由轴安装座27及轴承支撑座9穿过，支撑轴8与轴安装座27紧固连接，支撑轴8通过轴承与轴承支撑座9转动连接。本实施例的轴承包括推力轴承28及深沟球轴承29，轴承支撑座9的一端内部通过深沟球轴承29与支撑轴8转动连接，轴承支撑座9的另一端与轴安装座27之间设有推力轴承28，推力轴承28的一侧由轴承支撑座9的另一端支撑，推力轴承28的另一侧固定在轴安装座27上。前固定板4上的轴安装座27与后固定板5上的轴承支撑座9之间由推力轴承28间隔，减小支撑轴8轴向方向的摩擦力。轴承支撑座9一端的端面上分别安装有用于固定深沟球轴承29的轴承端盖10及用于固定支撑轴8的支撑轴端盖11。本实施例的支撑轴8通过变轴距电机6、变轴距减速机7驱动旋转，改变前固定板4与后固定板5之间的相对角度，进而改变前固定板4上行走机构2与后固定板5上行走机构2之间的轴距。

本实施例的变轴距动力源包括变轴距电机6及变轴距减速机7，变轴距减速机7安装在后固定板5上(本实施例的变轴距减速机7固定在后固定板5的第二个与第三个轴承支撑座9之间)，支撑轴8由变轴距减速机7穿过，并与变轴距减速机7的输出孔固接，变轴距电机6与变轴距减速机7的输入端相连。

如图1及图5所示，本实施例的行走机构2包括驱动轮底座12、驱动动力源、驱动轮15、磁轮电机16、磁轮轴17、磁轮18及磁轮支撑座19，驱动轮底座12的上端为输出轴，驱动轮底座12上端的输出轴通过深沟球轴承及推力轴承与前固定板4或后固定板5转动连接，并与转向机构3相连；深沟球轴承保证行走机构2能够绕驱动轮底座12上端的输出轴旋转，推力轴承能够保证深沟球轴承在轴向方向不承受力。驱动轮底座12下端内部设有驱动轮15，驱动轮15的一侧通过深沟球轴承与驱动轮底座12的一侧转动连接，并与固定在驱动轮底座12一侧的驱动动力源连接，驱动轮底座12的另一侧固接有磁轮电机16，驱动轮15的内部分别设有磁轮轴17、磁轮18及磁轮支撑座19，磁轮电机16的输出轴与磁轮轴17相连，磁轮18安装在磁轮轴17上、并与磁轮轴17连动，磁轮轴17的两端分别安装在两个磁轮支撑座19上，两个磁轮支撑座19分别通过深沟球轴承与驱动轮15转动连接，靠近磁轮电机16的磁轮支撑座19通过深沟球轴承与驱动轮底座12的另一侧转动连接。本实施例的驱动动力源包括驱动电机13及驱动减速机14，驱动减速机14固定在驱动轮底座12的一侧，驱动电机13与驱动减速机14的输入端相连，驱动减速机14的输出端与驱动轮15连接。

如图8、图9所示，本实施例的磁轮18为扇形磁性轮，扇形方向仅朝向需要吸附的金属壁面，一方面，在不减小与金属壁面吸附力的基础上减小磁轮18的重力，从而减小负载；另一方面，通过磁轮电机16带动磁轮18旋转，能够改变行走机构2的吸附方向

如图1、图6及图7所示，本实施例的转向机构3包括转向电机20、转向电机底座21、输出齿轮22、输入齿轮23、输入带轮24、输出带轮25及传动带26，转向电机20通过转向电机底座21固定在变轴距机构1中前固定板4或后固定板5上，输出齿轮22的一侧与转向电机20的输出轴连接，输出齿轮22的另一侧通过深沟球轴承与前固定板4或后固定板5转动连接；输入齿轮23和输入带轮24同轴且均固定在前固定板4或后固定板5上的一个行走机构2驱动轮底座12上端的输出轴上，输出带轮25固定在前固定板4或后固定板5上的另一个行走机构2驱动轮底座12上端的输出轴上，输出齿轮22与输入齿轮23形成齿轮啮合副，输出带轮25与输入带轮24通过传动带26连接。

如图10、图11所示，本实施例的爬壁机器人在行走机构2的作用下，改变磁性吸附力方向，实现爬壁机器人跨越内外90°金属壁面的目标。

本实用新型的工作原理为：

变轴距机构1中的变轴距电机6通过变轴距减速机7为支撑轴8提供动力，从而带动前固定板4转动，使得前固定板4和后固定板5可改变相对角度，从而改变前固定板4上的行走机构2与后固定板5上的行走机构2之间的轴距。

行走机构2中的驱动电机13通过驱动减速机14为驱动轮15提供动力，从而带动整个爬壁机器人行驶；磁轮电机16通过带动磁轮轴17旋转，改变扇形磁轮18朝向金属壁面的角度，实现与金属壁面的吸附或脱离；驱动轮15和扇形磁轮18通过多层轴承连接，分别实现各自的功能。

转向机构3中的转向电机20为输出齿轮22提供动力，从而带动与输出齿轮22啮合的输入齿轮23转动，实现行走机构2中的驱动轮底座12改变方向，同时带动驱动轮底座12上端的输出轴上的输入带轮24旋转，通过传动带26将动力传递到输出带轮25，输出带轮25带动同一固定板上另一个行走机构2中的驱动轮底座12改变方向，从而实现前固定板4或后固定板5上的两个行走机构2同时改变方向，达到转弯灵活的目的。

行走机构2中磁轮18设计为扇形，且扇形方向仅朝向需要吸附的金属壁面，通过计算仿真设计的扇形，一方面在不减小与金属壁面吸附力的基础上减小磁轮18的重力，从而减小爬壁机器人负载；另一方面，可以改变行走机构2的吸附方向。

爬壁机器人在光滑的金属壁面运动，行走机构2中的磁轮18始终与金属壁面吸附，保证爬壁机器人不发生滑落现象；当需跨越内90°金属壁面时，前固定板4及后固定板5上靠前的两个行走机构2中的磁轮18改变方向，与原金属壁面脱离，旋转90°，与需到达的金属壁面吸附，爬壁机器人继续行驶，通过前固定板4及后固定板5上靠后的两个行走机构2中的磁轮18改变方向，爬壁机器人跨越内90°金属壁面；当需跨越外90°金属壁面时，前固定板4及后固定板5上靠前的两个行走机构2中的磁轮18时刻保持与接触壁面吸附，磁轮18的旋转角度需随时调整，同时在变轴距机构1的作用下，前后行走机构2的轴距缩短，以免变轴距机构1中的前固定板4或后固定板5与外90°金属壁面尖角处发生接触，影响爬壁机器人的运动；同理，前固定板4及后固定板5上靠后的两个行走机构2也可跨越外90°金属壁面，实现爬壁机器人能够成功跨越内外90度金属壁面的目标。

本实用新型爬壁机器人的行走机构2采用模块化设计，尤其是磁轮18的扇形设计，体积小运动灵活，大型金属表面适应性强等优点，可完成大型金属表面的不同作业任务，自适应能力强。

Claims (10)

1.一种变轴距磁吸爬壁机器人，其特征在于：包括变轴距机构(1)、行走机构(2)及转向机构(3)，其中变轴距机构(1)包括前固定板(4)、后固定板(5)、支撑轴(8)及变轴距动力源，所述前固定板(4)与后固定板(5)通过支撑轴(8)相连，所述前固定板(4)或后固定板(5)与支撑轴(8)连动，所述后固定板(5)或前固定板(4)与支撑轴(8)转动连接；所述前固定板(4)的两端及后固定板(5)的两端均安装有行走机构(2)，所述前固定板(4)两端的行走机构(2)通过安装在前固定板(4)上的转向机构(3)连接、且同步在金属壁面上吸附并行走，所述后固定板(5)两端的行走机构(2)通过安装在后固定板(5)上的转向机构(3)连接、且同步在金属壁面上吸附并行走。

2.根据权利要求1所述的变轴距磁吸爬壁机器人，其特征在于：所述变轴距机构(1)还包括轴承支撑座(9)及轴安装座(27)，所述前固定板(4)与支撑轴(8)相连的一侧设有轴安装座(27)，所述后固定板(5)与支撑轴(8)相连的一侧设有轴承支撑座(9)，所述轴安装座(27)的两侧均设有轴承支撑座(9)，所述支撑轴(8)由轴安装座(27)及轴承支撑座(9)穿过，所述支撑轴(8)与轴安装座(27)紧固连接，所述支撑轴(8)通过轴承与轴承支撑座(9)转动连接。

3.根据权利要求2所述的变轴距磁吸爬壁机器人，其特征在于：所述轴承包括推力轴承(28)及深沟球轴承(29)，所述轴承支撑座(9)的一端内部通过深沟球轴承(29)与支撑轴(8)转动连接，所述轴承支撑座(9)的另一端与轴安装座(27)之间设有推力轴承(28)，所述推力轴承(28)的一侧由轴承支撑座(9)的另一端支撑，所述推力轴承(28)的另一侧固定在轴安装座(27)上；所述轴承支撑座(9)一端的端面上分别安装有用于固定深沟球轴承(29)的轴承端盖(10)及用于固定支撑轴(8)的支撑轴端盖(11)。

4.根据权利要求1所述的变轴距磁吸爬壁机器人，其特征在于：所述变轴距动力源包括变轴距电机(6)及变轴距减速机(7)，所述变轴距减速机(7)安装在后固定板(5)上，所述支撑轴(8)由变轴距减速机(7)穿过，并与所述变轴距减速机(7)的输出孔固接，所述变轴距电机(6)与变轴距减速机(7)的输入端相连。

5.根据权利要求1所述的变轴距磁吸爬壁机器人，其特征在于：所述行走机构(2)包括驱动轮底座(12)、驱动动力源、驱动轮(15)、磁轮电机(16)、磁轮轴(17)、磁轮(18)及磁轮支撑座(19)，所述驱动轮底座(12)的上端与前固定板(4)或后固定板(5)转动连接，并与所述转向机构(3)相连，所述驱动轮底座(12)下端内部设有驱动轮(15)，所述驱动轮(15)的一侧与驱动轮底座(12)的一侧转动连接，并与固定在所述驱动轮底座(12)一侧的驱动动力源连接，所述驱动轮底座(12)的另一侧固接有磁轮电机(16)，所述驱动轮(15)的内部分别设有磁轮轴(17)、磁轮(18)及磁轮支撑座(19)，所述磁轮电机(16)的输出轴与磁轮轴(17)相连，所述磁轮(18)安装在磁轮轴(17)上、并与磁轮轴(17)连动，所述磁轮轴(17)的两端分别安装在两个磁轮支撑座(19)上，两个所述磁轮支撑座(19)分别与驱动轮(15)转动连接，靠近所述磁轮电机(16)的磁轮支撑座(19)与驱动轮底座(12)的另一侧转动连接。

6.根据权利要求5所述的变轴距磁吸爬壁机器人，其特征在于：所述磁轮(18)为扇形磁性轮，扇形方向仅朝向需要吸附的金属壁面，通过所述磁轮电机(16)带动磁轮(18)旋转，能够改变所述行走机构(2)的吸附方向。

7.根据权利要求5所述的变轴距磁吸爬壁机器人，其特征在于：所述驱动轮底座(12)的上端通过深沟球轴承及推力轴承与前固定板(4)或后固定板(5)转动连接，所述深沟球轴承保证行走机构(2)能够绕驱动轮底座(12)的上端旋转，所述推力轴承能够保证深沟球轴承在轴向方向不承受力。

8.根据权利要求1所述的变轴距磁吸爬壁机器人，其特征在于：所述转向机构(3)包括转向电机(20)、输出齿轮(22)、输入齿轮(23)、输入带轮(24)、输出带轮(25)及传动带(26)，所述转向电机(20)固定在前固定板(4)或后固定板(5)上，所述转向电机(20)的输出端连接有输出齿轮(22)，所述输入齿轮(23)和输入带轮(24)同轴且均与前固定板(4)或后固定板(5)上的一个行走机构(2)相连，所述输出带轮(25)与前固定板(4)或后固定板(5)上的另一个行走机构(2)相连，所述输出齿轮(22)与输入齿轮(23)形成齿轮啮合副，所述输出带轮(25)与输入带轮(24)通过传动带(26)连接。

9.根据权利要求8所述的变轴距磁吸爬壁机器人，其特征在于：所述输出齿轮(22)的一侧与转向电机(20)的输出轴相连，所述输出齿轮(22)的另一侧与前固定板(4)或后固定板(5)转动连接。

10.根据权利要求1所述的变轴距磁吸爬壁机器人，其特征在于：所述支撑轴(8)通过变轴距动力源驱动旋转，改变所述前固定板(4)与后固定板(5)之间的相对角度，进而改变所述前固定板(4)上行走机构(2)与后固定板(5)上行走机构(2)之间的轴距。