專利名稱：電磁式雙槽桿爬壁裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種爬壁裝置，更具體涉及一種電磁鐵吸附式的雙槽桿爬壁 裝置，適用于搭載核工業(yè)、石化企業(yè)、建筑行業(yè)、消防部門、造船業(yè)等金屬環(huán)境 下的工作平臺，進行機械探傷、自動化焊接、噴砂除銹、涂漆防腐、光潔檢査等 重復性作業(yè)。
背景技術：
我國從1987年實施國家"863"高技術研究發(fā)展計劃以來，在特種機器人、 機器人應用工程、機器人基礎學科等方面取得了很大成績。爬壁機器人是能夠在 垂直陡壁上進行作業(yè)的機器人，其核心技術就在于爬壁裝置?；谂辣谘b置的自 動化機器人能代替技術人員在金屬環(huán)境下從事高難度、高危險性的工作。例如-核廢液儲罐的視覺檢査、測厚及焊縫探傷，石油、化工、城市煤氣、核工業(yè)等大 型球罐的噴砂除銹、涂漆防腐，油罐船體鋼架橋梁等不同工業(yè)環(huán)境的機械探傷， 電站鍋爐水冷壁清掃和檢查，船艦內外壁面的噴涂和寄生物清理等工作領域。
目前，爬壁裝置分為真空吸附式爬壁裝置和磁吸附式爬壁裝置，在磁吸附式 爬壁這一類型中又分為永磁鐵吸附式爬壁和電磁鐵吸附式爬壁。而在國內曾有車 輪型真空吸附式和履帶永磁鐵吸附式爬壁裝置研制成功的報道，但是尚未有類似 于本文中所論述的基于電磁式的雙槽桿爬壁裝置。
發(fā)明內容
本實用新型的目的在于提供一種電磁式雙槽桿爬壁裝置，該裝置能在金屬環(huán) 境壁面下進行工作，適用于搭載自動化焊接器械、探傷器械、清潔器械、噴砂涂 漆器械等模塊，該裝置結構簡單、承載能力強、可靠性優(yōu)良，實現了工業(yè)機械的 模塊化裝配，體現了高效率低損耗的互換性要求。
為了達到上述目的，本實用新型采用以下技術措施
本實用新型由電磁吸附部分、平行四桿連接機構部分、雙槽桿折疊伸縮機構 部分、轉向動力部分、伸縮動力部分、路線鎖定部分組成。爬壁裝置的機架由多 平行四邊形機構和上、下槽桿通過軸連接而成，多平行四邊形機構由相互交叉的 4根長桿和4根短桿連接而成，上、下槽桿和多平行四邊形機構的中線平行固定。 伸縮動力裝置與路線鎖定裝置分別控制機器人的行進和轉向，伸縮動力裝置的驅 動電機固定在上槽桿，軸上固定一個雙層槽輪，通過雙層溝槽間的坡口實現閉環(huán) 巻繩在雙層槽輪上的同軸反向環(huán)繞。轉向動力裝置的驅動電機固定在下槽桿，電 機軸端利用鎖緊螺釘與小齒輪相對固定，小齒輪與固定于機架末端的不完全大齒 輪組成簡易的行星齒輪機構。機架末端安裝的光電對管是路線鎖定裝置的主體硬 件部分，使用者可以根據實際需要來調整對管的角度。爬壁裝置的吸附功能由電 磁鐵組實現，電磁鐵組分別固定于機架的前后兩端。多平行四桿第二骨節(jié)下固定 一對萬向輪，用以支撐機身中部，同時也增加了爬壁裝置的承載能力以及運行時 的穩(wěn)定性。其連接關系是機架前方上槽桿、定滑輪、第二電磁鐵架與前銷軸相 連接，前銷軸頂端用螺母、墊片緊固，前鎖緊板與上槽桿、第二電磁鐵架通過螺 釘連接，機架后方轉向電機架、大齒輪、第一電磁鐵架、下槽桿與后銷軸相連接， 后銷軸頂端用螺母緊固，后鎖緊板與大齒輪、第一電磁鐵架連接，上槽桿移動軸 與上槽桿連接，下槽桿移動軸與下槽桿連接，第一萬向輪架與第二短軸通過螺紋 連接，第一萬向輪用螺釘固定在第一萬向輪架上；第二萬向輪架與第五短軸通過 螺紋連接，第二萬向輪用螺釘固定在第二萬向輪架上，定滑輪與槽輪上繞有巻繩， 巻繩與上槽桿移動軸固定連接，光電對管用硅膠粘固在后鎖緊板上，第一長桿與 第二長桿通過下槽桿移動軸連接，下槽桿移動軸兩端用卡簧卡緊限位；第三長桿 與第四長桿通過上槽桿移動軸連接，上槽桿移動軸兩端用卡簧卡緊限位，驅動電 機架通過螺釘固定在上槽桿上，驅動電機固定在驅動電機架上，電機軸與槽輪通 過鎖緊螺釘連接，轉向電機架通過螺釘固定在下槽桿上，轉向電機固定在轉向電 機架上，電機軸與小齒輪通過鎖緊螺釘連接。
第一電磁鐵、第四電磁鐵用螺釘固定在第二電磁鐵架上；第二電磁鐵、第三 電磁鐵用螺釘固定在第一 電磁鐵架上。
第一短桿與第四短桿通過前銷軸連接，前銷軸兩端用卡簧卡緊限位；第二短
桿與第三短桿通過后銷軸連接，后銷軸兩端用卡簧卡緊限位。第一短桿與第三長 桿通過第一短軸連接，第一短軸兩端用卡簧卡緊限位；第二短桿與第二長桿通過 第三短軸連接，第三短軸兩端用卡簧卡緊限位；第三短桿與第一長桿通過第四短 軸連接，第四短軸兩端用卡簧卡緊限位;第四短桿與第四長桿通過第六短軸連接， 第六短軸兩端用卡簧卡緊限位。
第一長桿與第四長桿通過第二短軸連接，第二短軸兩端用卡簧卡緊限位；第 二長桿與第三長桿通過第五短軸連接，第五短軸兩端用卡簧卡緊限位。
本實用新型與其它類型爬壁裝置的性能比較
真空吸附式此種方式具有不受壁面材料限制的優(yōu)點，但在定義的工作條件 下(金屬工業(yè)環(huán)境)其優(yōu)點就不適用，且當壁面凹凸不平時，容易使吸盤漏氣， 從而使吸附力下降，承載能力降低，從而導致裝置從壁面脫落，損壞機器且有安
全隱患。
磁吸附方式里面又可以按移動方式分為車輪式、履帶式和足腳引式。 磁吸附車輪式此種方式與避免接觸面積不大，所以移動速度快、控制靈活，
但同時導致了吸附力過小，且承載能力很低等重大問題。較其它工作方式，車輪
式的相對重心過高，工作平穩(wěn)行不可靠。
磁吸附履帶式:此種方式對壁面的適應性較強,但接觸面積大帶來不易轉彎、
摩擦阻力大等缺點。結構復雜、成本過高、裝置笨重限制了磁吸附履帶式的進一
步發(fā)展。
本實用新型屬于足腳引式的范疇，它統(tǒng)籌了上述各方式的優(yōu)點
1、 根據工作需要可以擴展電磁鐵數量，加大與壁面的吸附能力，提高承載 能力，工作平穩(wěn)性也得到保障。
2、 依據簡單的四邊形不穩(wěn)定性本實用新型采用了平行四桿連接機構，擁有 單步運動行程大范圍可調的特點，從而使裝置能根據實際工作需要進行速度的多 級設置，平行四桿的平面伸縮性也保證了本實用新型能跨越一定寬度的壁面縫 隙。
3、 雙槽桿折疊伸縮機構巧妙的精簡了機構，使得本實用新型結構緊湊，簡
單明了，減輕了自重從而提高了承載能力。
4、 轉向裝置處采用了行星齒輪機構，利用大的減速比實現非轉向自鎖，保
證斜爬時不回擺。
5、 同軸反向環(huán)繞的巻繩通過相逆互補運動實現機構伸縮，雙層槽輪的改進 設計保證了巻繩始終處于拉直狀態(tài)，使得運動的線性較好。
6、 路線鎖定裝置利用光電對管實現直線運動的閉環(huán)控制，保證運動處于最 省力狀態(tài)。
圖1為一種電磁式雙槽桿爬壁裝置的結構示意圖； 圖2為本實用新型的動力部分的局部放大示意圖。 其中-
1.1—第一電磁鐵1.2—第二電磁鐵1.3—第三電磁鐵
1.4—第四電磁鐵2—前鎖緊板3 —定滑輪
4一前銷軸5.1—第一短桿5.2—第二短桿
5.3 —第三短桿5.4—第四短桿6.1 —第一短軸
6.2—第二短軸6.3 —第三短軸6.4—第四短軸
6.5—第五短軸6.6—第六短軸7—上槽桿
8—巻繩9一上槽桿移動軸10.1—第一萬向輪
10.2—第二萬向輪ll.l一第一萬向輪架11.2—第二萬向輪架
12—驅動電機架13—驅動電機14一后銷軸
15 —轉向電機16—光電對管17—后鎖緊板
18_大齒輪19.1一第一電磁鐵架19.2—第二電磁鐵架
20—轉向電機架21 —小齒輪22.1—第一長桿
22.2—第二長桿22.3—第三長桿22.4—第四長桿
23—槽輪24—下槽桿25 —下槽桿移動軸
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步詳細說明
根據圖l、圖2可知，按圖l方位是機架前方在下，后方在上。機架前方上
槽桿7、定滑輪3、第二電磁鐵架19.2與前銷軸4相連接，前銷軸4頂端用螺母、
墊片緊固，底部與第一電磁鐵架19.2是螺紋連接。前鎖緊板2與上槽桿7、第二 電磁鐵架19.2通過螺釘連接。機架后方轉向電機架20、大齒輪18、第一電磁鐵 架19.1、下槽桿24與后銷軸14相連接，后銷軸14頂端與底部均用螺母緊固。 后鎖緊板17與大齒輪18、第一電磁鐵架19.1通過螺釘連接。上槽桿移動軸9 與上槽桿7連接，保證上槽桿7與機架平行;下槽桿移動軸25與下槽桿24連接， 保證下槽桿24與機架平行；上槽桿移動軸9、下槽桿移動軸25均可在槽中前后 移動。第一電磁鐵l.l、第四電磁鐵1.4用螺釘固定在第二電磁鐵架19.2上；第 二電磁鐵1.2、第三電磁鐵1.3用螺釘固定在第一電磁鐵架19.1上。第一萬向輪 架11.1與第二短軸6.2通過螺紋連接，第一萬向輪10.1用螺釘固定在第一萬向 輪架11.1上；第二萬向輪架11.2與第五短軸6.5通過螺紋連接，第二萬向輪10.2 用螺釘固定在第二萬向輪架11.2上。定滑輪3與槽輪23上繞有巻繩8，巻繩8 與上槽桿移動軸9固定連接。光電對管16用硅膠粘固在后鎖緊板17上。第一短 桿5.1與第四短桿5.4通過前銷軸4連接，前銷軸4兩端用卡簧卡緊限位；第二 短桿5.2與第三短桿5.3通過后銷軸14連接，后銷軸14兩端用卡簧卡緊限位。 第一短桿5.1與第三長桿22.3通過第一短軸6.1連接，第一短軸6.1兩端用卡簧 卡緊限位；第二短桿5.2與第二長桿22.2通過第三短軸6.3連接，第三短軸6.3 兩端用卡簧卡緊限位；第三短桿5.3與第一長桿22.1通過第四短軸6.4連接，第 四短軸6.4兩端用卡簧卡緊限位;第四短桿5.4與第四長桿22.4通過第六短軸6.6 連接，第六短軸6.6兩端用卡簧卡緊限位。第一長桿22.1與第二長桿22.2通過 下槽桿移動軸25連接，下槽桿移動軸25兩端用卡簧卡緊限位；第三長桿22.3 與第四長桿22.4通過上槽桿移動軸9連接，上槽桿移動軸9兩端用卡簧卡緊限 位。第一長桿22.1與第四長桿22.4通過第二短軸6.2連接，第二短軸6.2兩端用 卡簧卡緊限位；第二長桿22.2與第三長桿22.3通過第五短軸6.5連接，第五短 軸6.5兩端用卡簧卡緊限位。各軸孔之間均為間隙配合，由三個平行四邊形組成 的機架可以伸縮。驅動電機架12通過螺釘固定在上槽桿7上，驅動電機13固定 在驅動電機架12上，電機軸與槽輪23通過鎖緊螺釘連接。轉向電機架20通過 螺釘固定在下槽桿24上，轉向電機15固定在轉向電機架20上，電機軸與小齒 輪21通過鎖緊螺釘連接。
本實用新型工作的主體過程如下- 直線前進運動時，后端第一電磁鐵架19.1下方的第二電磁鐵1.2、第三電磁 鐵1.3得電吸附固定，前端第二電磁鐵架19.2下方的第一電磁鐵1.1、第四電磁 鐵1.4斷電撤力，然后驅動電機13正轉，巻繩8拉動上槽桿移動軸9，平行四邊 形機架伸展向前運動，到達伸展極限位置后，驅動電機13斷電停止停，前端第 一電磁鐵l.l、第四電磁鐵1.4得電吸附固定，后端第二電磁鐵1.2、第三電磁鐵 1.3斷電撤力，然后驅動電機13反轉，巻繩8拉動上槽桿移動軸9,平行四邊形 機架收縮向前運動，到達收縮極限位置后，驅動電機13斷電停止。整個運動過 程由光電對管16保證前進方向的確定性。按照此過程循環(huán)前進，其動作類似于 蠕蟲爬行。
直線后退運動與前進運動互為逆過程。
轉向運動時，后端第二電磁鐵1.2、第三電磁鐵1.3得電吸附固定，前端第 一電磁鐵l.l、第四電磁鐵1.4斷電撤力，然后轉向電機18得電工作，由于大齒 輪18固定，整個機架繞大齒輪18向指定方向旋轉；到達指定位置后，轉向電機 15斷電停止，前端第一電磁鐵l.l、第四電磁鐵1.4得電吸附固定，后端第二電 磁鐵1.2、第三電磁鐵1.3斷電撤力，轉向電機15再次得電工作，后端第一電磁 鐵架19.1在大齒輪18帶動下旋轉，到達初始位置(前后電磁鐵架平行)后，轉 向電機15斷電停止。
權利要求1、一種電磁式雙槽桿爬壁裝置，它包括第一至第四電磁鐵(1.1、1.2、1.3、1.4)、第一至第四短桿(5.1、5.2、5.3、5.4)、第一至第四短軸(6.1、6.2、6.3、6.4)、上槽桿(7)、下槽桿(24)、上槽桿移動軸(9)、下槽桿移動軸(25)，其特征在于機架前方上槽桿(7)、定滑輪(3)、第二電磁鐵架(19.2)與前銷軸(4)相連接，前銷軸(4)頂端用螺母、墊片緊固，前鎖緊板(2)與上槽桿(7)、第二電磁鐵架(19.2)通過螺釘連接，機架后方轉向電機架(20)、大齒輪(18)、第一電磁鐵架(19.1)、下槽桿(24)與后銷軸(14)相連接，后銷軸(14)頂端用螺母緊固，后鎖緊板(17)與大齒輪(18)、第一電磁鐵架(19.1)連接，上槽桿移動軸(9)與上槽桿(7)連接，下槽桿移動軸(25)與下槽桿(24)連接，第一萬向輪架(11.1)與第二短軸(6.2)通過螺紋連接，第一萬向輪(10.1)用螺釘固定在第一萬向輪架(11.1)上；第二萬向輪架(11.2)與第五短軸(6.5)通過螺紋連接，第二萬向輪(10.2)用螺釘固定在第二萬向輪架(11.2)上，定滑輪(3)與槽輪(23)上繞有卷繩(8)，卷繩(8)與上槽桿移動軸(9)固定連接，光電對管(16)用硅膠粘固在后鎖緊板(17)上，第一長桿(22.1)與第二長桿(22.2)通過下槽桿移動軸(25)連接，下槽桿移動軸(25)兩端用卡簧卡緊限位；第三長桿(22.3)與第四長桿(22.4)通過上槽桿移動軸(9)連接，上槽桿移動軸(9)兩端用卡簧卡緊限位，驅動電機架(12)通過螺釘固定在上槽桿(7)上，驅動電機(13)固定在驅動電機架(12)上，電機軸與槽輪(23)通過鎖緊螺釘連接，轉向電機架(20)通過螺釘固定在下槽桿(24)上，轉向電機(15)固定在轉向電機架(20)上，電機軸與小齒輪(21)通過鎖緊螺釘連接。
2、 根據權利要求1所述的一種電磁式雙槽桿爬壁裝置，其特征在于第一 電磁鐵(1.1)、第四電磁鐵(1.4)用螺釘固定在第二電磁鐵架(19.2)上；第二 電磁鐵(1.2)、第三電磁鐵(1.3)用螺釘固定在第一電磁鐵架(19.1)上。
3、 根據權利要求1所述的一種電磁式雙槽桿爬壁裝置，其特征在于第一 短桿(5.1)與第四短桿(5.4)通過前銷軸(4)連接，前銷軸(4)兩端用卡簧 卡緊限位；第二短桿(5.2)與第三短桿(5.3)通過后銷軸(14)連接，后銷軸(14)兩端用卡簧卡緊限位。
4、 根據權利要求1所述的一種電磁式雙槽桿爬壁裝置，其特征在于第一 短桿(5.1)與第三長桿(22.3)通過第一短軸(6.1)連接，第一短軸(6.1)兩端用卡簧卡緊限位；第二短桿(5.2)與第二長桿(22.2)通過第三短軸(6.3) 連接，第三短軸(6.3)兩端用卡簧卡緊限位；第三短桿(5.3)與第一長桿(22.1) 通過第四短軸(6.4)連接，第四短軸(6.4)兩端用卡簧卡緊限位；第四短桿(5.4) 與第四長桿(22.4)通過第六短軸(6.6)連接，第六短軸(6.6)兩端用卡簧卡緊限位。
5、 根據權利要求1所述的一種電磁式雙槽桿爬壁裝置，其特征在于第一 長桿(22.1)與第四長桿(22.4)通過第二短軸(6.2)連接，第二短軸(6.2)兩 端用卡簧卡緊限位；第二長桿(22.2)與第三長桿(22.3)通過第五短軸(6.5) 連接，第五短軸(6.5)兩端用卡簧卡緊限位。
專利摘要本實用新型公開了一種電磁式雙槽桿爬壁裝置，機架前方上槽桿、定滑輪、第二電磁鐵架與前銷軸相連接，前銷軸頂端用螺母、墊片緊固，底部與第一電磁鐵架是螺紋連接，前鎖緊板與上槽桿、第二電磁鐵架通過螺釘連接，機架后方轉向電機架、大齒輪、第一電磁鐵架、下槽桿與后銷軸相連接，后銷軸頂端與底部均用螺母緊固，后鎖緊板與大齒輪、第一電磁鐵架通過螺釘連接。本實用新型結構簡單、承載能力強、可靠性優(yōu)良，實現了工業(yè)機械的模塊化裝配，體現了高效率低損耗的互換性要求。
文檔編號B62D57/04GK201065142SQ20072008481
公開日2008年5月28日 申請日期2007年5月22日 優(yōu)先權日2007年5月22日
發(fā)明者李紅淼, 珂 王, 鄭家元 申請人:李紅淼