本發(fā)明涉及工業(yè)機器人領(lǐng)域，具體是一種弧面自貼合磁吸附爬壁檢測機器人。

背景技術(shù)：

爬壁機器人是在垂直墻壁上爬行并代替人工進行作業(yè)的機器人。爬壁機器人主要應用于大型儲油罐的除漆及噴漆處理、探傷檢查或罐壁厚度檢測，建筑物表面的清潔及噴涂作業(yè)，橋梁的探傷檢測，船舶表面的清洗及噴漆維護，還可應用于高層建筑物的反恐偵察等。

申請?zhí)?01510173038.3公開了一種用于磁粉探傷檢測的爬壁機器人，其包括行動裝置、噴磁裝置、磁化裝置、打標裝置；在機架上安裝有減震結(jié)構(gòu)的磁吸附輪。該結(jié)構(gòu)為框架式結(jié)構(gòu)，搭建較為簡單。但其工作過程中重力的方向與磁輪吸力的方向垂直，因而其驅(qū)動輪加裝彈簧并不能很好的實現(xiàn)減震的功能，且當彈簧變形時同步帶輪的中心距將會改變，可能造成同步帶過緊無法轉(zhuǎn)動或者過松而無法有效傳遞扭矩。且檢測效率低，不能進行大面積檢測。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問題是，提供一種弧面自貼合磁吸附爬壁檢測機器人。該機器人為框架式開放結(jié)構(gòu)，重量輕，吸附力更大，運動更靈活，行走更穩(wěn)定，檢測更準確，易于加工，易于拆裝。

本發(fā)明解決所述技術(shù)問題的技術(shù)方案是，提供一種弧面自貼合磁吸附爬壁檢測機器人，其特征在于該機器人包括中間主車架、安全防護機構(gòu)、浮動車架、擺動磁吸附輪組、編碼器輪浮動機構(gòu)和無損檢測往復機構(gòu)；

所述中間主車架包括上固定車架、壓縮彈簧、彈簧導桿、控制盒蓋和下浮動車架；所述下浮動車架與上固定車架的下表面連接，上固定車架與下浮動車架能夠相對滑動；所述上固定車架的上表面對稱地固定有彈簧導桿；所述壓縮彈簧嵌套在彈簧導桿上，下端與上固定車架接觸，上端與下浮動車架的l型連接板接觸；所述控制盒蓋與上固定車架連接；

所述安全防護機構(gòu)包括防墜滑動架、防墜滑動掛鉤和防墜滑動掛鉤滑輪；所述防墜滑動架兩端固定在上固定車架上，中間為光滑的滑動桿；所述防墜滑動掛鉤為y型結(jié)構(gòu)，一端通孔與市售的差速防墜器的鎖環(huán)連接，另一端y型結(jié)構(gòu)分叉部分安裝有防墜滑動掛鉤滑輪；防墜滑動掛鉤滑輪與防墜滑動架的滑動桿配合；

所述浮動機構(gòu)包括左浮動機構(gòu)和右浮動機構(gòu)，分別對稱地安裝在機器人的左右兩側(cè)，左浮動機構(gòu)和右浮動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)完全相同；所述左浮動機構(gòu)包括擺動車架旋轉(zhuǎn)軸、浮動車架、長浮動連接桿和短浮動連接桿；兩個短浮動連接桿一端的通孔分別與下浮動車架前后兩側(cè)的凸起軸連接轉(zhuǎn)動，另一端與長浮動連接桿一端的通孔通過轉(zhuǎn)軸連接轉(zhuǎn)動；所述長浮動連接桿的另一端的兩個通孔與浮動車架緊固連接，長浮動連接桿中部的旋轉(zhuǎn)孔與上固定車架上的固定旋轉(zhuǎn)軸連接；所述擺動車架旋轉(zhuǎn)軸安裝在浮動車架上；

所述擺動磁吸附輪組包括左擺動磁吸附輪組和右擺動磁吸附輪組，分別對稱地安裝在機器人的左右兩側(cè)，左擺動磁吸附輪組和右擺動磁吸附輪組的結(jié)構(gòu)完全相同；所述左擺動磁吸附輪組包括驅(qū)動單元、磁吸附輪轉(zhuǎn)動軸、擺動車架、同步帶、磁吸附輪、同步帶輪和擺動減震彈簧；所述擺動減震彈簧一端與擺動車架連接，另一端與浮動車架連接；所述擺動車架與擺動車架旋轉(zhuǎn)軸連接，可繞擺動車架旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動；擺動車架前后分別安裝有兩個磁吸附輪轉(zhuǎn)動軸，兩個磁吸附輪轉(zhuǎn)動軸上各自同軸固定有一個同步帶輪和一個磁吸附輪，其中一個磁吸附輪轉(zhuǎn)動軸與驅(qū)動單元同軸連接；兩個同步帶輪之間通過同步帶連接；

所述編碼器輪浮動機構(gòu)包括編碼器輪、編碼器、浮動彈簧、編碼器輪固定支架、編碼器彈簧導柱和編碼器輪浮動支架；所述編碼器輪固定支架與浮動車架固定連接；所述編碼器彈簧導柱的一端伸入編碼器輪固定支架的通孔并固定，另一端與編碼器輪浮動支架的一端固定連接；所述編碼器彈簧導柱上套有浮動彈簧；浮動彈簧一端與編碼器輪固定支架接觸，另一端與編碼器輪浮動支架接觸；所述編碼器輪浮動支架另一端的轉(zhuǎn)軸上安裝有編碼器輪和編碼器，編碼器輪的輪孔和編碼器的軸同軸固定；編碼器的外殼與編碼器輪浮動支架固定連接；

所述無損檢測往復機構(gòu)包括往復運動驅(qū)動單元、探頭固定件、無損檢測探頭、壁面壓緊彈簧、探頭支架、滑軌、往復運動同步帶輪、往復運動同步帶、同步帶夾緊機構(gòu)和無損檢測往復機構(gòu)支架；所述無損檢測往復機構(gòu)支架與擺動車架固定連接；兩個往復運動同步帶輪分別安裝在無損檢測往復機構(gòu)支架的左右兩端，通過往復運動同步帶連接；所述往復運動驅(qū)動單元與其中一個往復運動同步帶輪同軸固定；所述滑軌固定在無損檢測往復機構(gòu)支架上；所述同步帶夾緊機構(gòu)安裝在滑軌的滑塊上；所述探頭支架與同步帶夾緊機構(gòu)固定連接；所述探頭固定件通過轉(zhuǎn)軸與探頭支架連接并繞軸轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)軸上嵌套有壁面壓緊彈簧；所述無損檢測探頭通過軸與探頭固定件連接。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果在于：

1、該機器人為框架式開放結(jié)構(gòu)，重量輕，吸附力更大，運動更靈活，行走更穩(wěn)定，檢測更準確，易于加工，易于拆裝。

2、由于本機器人具有較多的被動自由度，加裝彈簧限制過于靈活的被動自由度，且能起到減震作用，因而無論壁面為何種弧面，機器人處于任何位姿，機器人四個磁吸附輪都能垂直于曲面切面行走。當磁輪垂直于曲面切面即夾角為90度時，磁吸附單元的磁利用率最高，磁力也最大，機器人從壁面脫落的概率就越低，發(fā)生事故的可能性就越小。

3、磁吸附輪為單極充磁加軛鐵導磁的磁吸附方式，磁場范圍大，與導磁壁面距離較大時磁力衰減較小，吸附穩(wěn)定，能夠跨越較高的凸起的焊縫，保證機器人不從壁面脫落；保證機器人吸附壁面的可靠性，同時增加轉(zhuǎn)彎的靈活性，使爬壁機器人運動更加靈活，在檢測作業(yè)時能夠更快的到達工作區(qū)域。

4、安全防護機構(gòu)能夠使機器人在任意方向移動，處于任意位姿時，防墜器線纜都不會纏繞到爬壁機器人上，不影響其在壁面上的爬行。

5、卸磁簡單，通過卸磁棒將導磁體旋轉(zhuǎn)90度，使得導磁體與壁面間的磁力減至最小，可輕松將機器人從壁面取下。

6、磁吸附輪外表面包有防滑橡膠，保證與壁面較大的摩擦系數(shù)，防止運動過程中打滑。

7、無損檢測往復機構(gòu)的滑軌較長，檢測面積大，效率高，檢測探頭能夠通過壁面壓緊彈簧緊緊貼合弧形導磁壁面，使得檢測更加準確。

附圖說明

圖1是本發(fā)明弧面自貼合磁吸附爬壁檢測機器人一種實施例的整體結(jié)構(gòu)軸測示意圖；

圖2是本發(fā)明弧面自貼合磁吸附爬壁檢測機器人一種實施例的整體主視示意圖；

圖3是本發(fā)明弧面自貼合磁吸附爬壁檢測機器人一種實施例的整體仰視示意圖；

圖4是本發(fā)明弧面自貼合磁吸附爬壁檢測機器人一種實施例的中間主車架軸測圖；

圖5是本發(fā)明弧面自貼合磁吸附爬壁檢測機器人一種實施例的安全防護機構(gòu)軸側(cè)圖；

圖6是本發(fā)明弧面自貼合磁吸附爬壁檢測機器人一種實施例的中間主車架、安全防護機構(gòu)和浮動機構(gòu)安裝示意圖；

圖7是本發(fā)明弧面自貼合磁吸附爬壁檢測機器人一種實施例的擺動磁吸附輪組軸測圖；

圖8是本發(fā)明弧面自貼合磁吸附爬壁檢測機器人一種實施例的編碼器輪浮動機構(gòu)和擺動減震彈簧的安裝示意圖；

圖9是本發(fā)明弧面自貼合磁吸附爬壁檢測機器人一種實施例的磁吸附輪軸測示意圖；

圖10是本發(fā)明弧面自貼合磁吸附爬壁檢測機器人一種實施例的磁吸附輪內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11是本發(fā)明弧面自貼合磁吸附爬壁檢測機器人一種實施例的磁吸附輪卸磁時軸測圖；

圖12是本發(fā)明弧面自貼合磁吸附爬壁檢測機器人一種實施例的編碼器輪浮動機構(gòu)整體結(jié)構(gòu)主視示意圖；

圖13是本發(fā)明弧面自貼合磁吸附爬壁檢測機器人一種實施例的無損檢測往復機構(gòu)整體結(jié)構(gòu)軸側(cè)圖；

圖14是本發(fā)明弧面自貼合磁吸附爬壁檢測機器人一種實施例的機器人貼合罐體的工作原理圖；(圖中：1、中間主車架；2、安全防護機構(gòu)；3、浮動機構(gòu)；4、擺動磁吸附輪組；5、編碼器輪浮動機構(gòu)；6、無損檢測往復機構(gòu)；101、上固定車架；102、壓縮彈簧；103、彈簧導桿；104、控制盒蓋；105、下浮動車架；201、防墜滑動架；202、防墜滑動掛鉤；203、防墜滑動掛鉤滑輪；301、擺動車架旋轉(zhuǎn)軸；302、浮動車架；303、長浮動連接桿；304、短浮動連接桿；401、驅(qū)動單元；402、磁吸附輪轉(zhuǎn)動軸；403、擺動車架；404、同步帶；405、磁吸附輪；406、同步帶輪；407、擺動減震彈簧；405-1、外層包膠；405-2、輪殼體；405-3、輪殼蓋；405-4、吸附單元；405-5、軸承；405-6、導磁體；501、編碼器輪；502、編碼器；503、浮動彈簧；504、編碼器輪固定支架；505、編碼器彈簧導柱；506、編碼器輪浮動支架；601、往復運動驅(qū)動單元；602、探頭固定件；603、無損檢測探頭；604、壁面壓緊彈簧；605、探頭支架；606、滑軌；607、往復運動同步帶輪；608、往復運動同步帶；609、同步帶夾緊機構(gòu)；610、無損檢測往復機構(gòu)支架)

具體實施方式

下面給出本發(fā)明的具體實施例。具體實施例僅用于進一步詳細說明本發(fā)明，不限制本申請權(quán)利要求的保護范圍。

本發(fā)明提供了一種弧面自貼合磁吸附爬壁檢測機器人(參見圖1-14，簡稱機器人)，其特征在于該機器人包括中間主車架1、安全防護機構(gòu)2、浮動車架3、擺動磁吸附輪組4、編碼器輪浮動機構(gòu)5和無損檢測往復機構(gòu)6；

所述中間主車架1居于整個機器人的中心，包括上固定車架101、壓縮彈簧102、彈簧導桿103、控制盒蓋104和下浮動車架105；所述下浮動車架105通過上固定車架101上的u型滑槽與上固定車架101的下表面連接，上固定車架101與下浮動車架105能夠相對滑動；所述上固定車架101的上表面對稱地固定有彈簧導桿103；所述壓縮彈簧102嵌套在彈簧導桿103上，下端與上固定車架101接觸，上端與下浮動車架105的l型連接板接觸，通過壓縮彈簧102的壓縮拉伸使得上固定車架101與下浮動車架105產(chǎn)生相對運動；所述控制盒蓋104通過螺釘與上固定車架101連接，其內(nèi)部空間可以安裝控制器；

所述安全防護機構(gòu)2包括防墜滑動架201、防墜滑動掛鉤202和防墜滑動掛鉤滑輪203；所述防墜滑動架201兩端通過螺釘固定在上固定車架101上，中間為光滑的滑動桿；所述防墜滑動掛鉤202為y型結(jié)構(gòu)，一端通孔與市售的差速防墜器的鎖環(huán)連接，另一端y型結(jié)構(gòu)分叉部分安裝有防墜滑動掛鉤滑輪203；防墜滑動掛鉤滑輪203與防墜滑動架201的滑動桿配合，可在其上滑動；當機器人在任意方向移動，處于任意位姿時，防墜滑動掛鉤202都能夠在防墜滑動架201的滑動桿上滑動而不會將防墜器線纜纏繞到機器人上；

所述浮動機構(gòu)3包括左浮動機構(gòu)和右浮動機構(gòu)，分別對稱地安裝在機器人的左右兩側(cè)，左浮動機構(gòu)和右浮動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)完全相同；所述左浮動機構(gòu)包括擺動車架旋轉(zhuǎn)軸301、浮動車架302、長浮動連接桿303和短浮動連接桿304；兩個短浮動連接桿304一端的通孔分別與下浮動車架105前后兩側(cè)的凸起軸連接轉(zhuǎn)動，另一端與長浮動連接桿303一端的通孔通過轉(zhuǎn)軸連接轉(zhuǎn)動；所述長浮動連接桿303的另一端的兩個通孔通過螺釘與浮動車架302緊固連接，長浮動連接桿303中部的旋轉(zhuǎn)孔與上固定車架101上的固定旋轉(zhuǎn)軸連接；所述擺動車架旋轉(zhuǎn)軸301安裝在浮動車架302的中心位置上；當機器人運動過程中壓縮彈簧102變形使得上固定車架101與下浮動車架105產(chǎn)生相對滑動，短浮動連接桿304將繞下浮動車架105的凸起軸轉(zhuǎn)動，帶動長浮動連接桿303繞上固定車架101的固定旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，從而使得浮動車架302也產(chǎn)生轉(zhuǎn)動；在吸附單元405-4的作用下，浮動車架302的轉(zhuǎn)動使得磁吸附輪405能夠垂直于弧面，使得吸附單元405-4的磁利用率最大化；

所述擺動磁吸附輪組4包括左擺動磁吸附輪組和右擺動磁吸附輪組，分別對稱地安裝在機器人的左右兩側(cè)，左擺動磁吸附輪組和右擺動磁吸附輪組的結(jié)構(gòu)完全相同；所述左擺動磁吸附輪組包括驅(qū)動單元401、磁吸附輪轉(zhuǎn)動軸402、擺動車架403、同步帶404、磁吸附輪405、同步帶輪406和擺動減震彈簧407；所述擺動減震彈簧407為拉伸彈簧，一端與擺動車架403連接，另一端與浮動車架302連接，在擺動磁吸附輪組4正反轉(zhuǎn)時起到減震作用；所述擺動車架403為擺動磁吸附輪組4的框架，擺動車架403與擺動車架旋轉(zhuǎn)軸301連接，可繞擺動車架旋轉(zhuǎn)軸301轉(zhuǎn)動；擺動車架403前后分別安裝有兩個磁吸附輪轉(zhuǎn)動軸402，兩個磁吸附輪轉(zhuǎn)動軸402上各自同軸固定有一個同步帶輪406和一個磁吸附輪405，其中一個磁吸附輪轉(zhuǎn)動軸402與驅(qū)動單元401同軸連接；兩個同步帶輪406之間通過同步帶404連接；在驅(qū)動單元401的驅(qū)動下帶動其中一個磁吸附輪轉(zhuǎn)動軸402上的磁吸附輪405和同步帶輪406轉(zhuǎn)動，通過同步帶404將動力傳遞給另一個磁吸附輪轉(zhuǎn)動軸402上的磁吸附輪405和同步帶輪406，這樣使得四個磁吸附輪405均具有動力；擺動磁吸附輪組4可繞擺動車架旋轉(zhuǎn)軸301擺動，四個磁吸附輪405能夠同時吸附在弧面上，均能產(chǎn)生摩擦力提供動力；

所述編碼器輪浮動機構(gòu)5包括編碼器輪501、編碼器502、浮動彈簧503、編碼器輪固定支架504、編碼器彈簧導柱505和編碼器輪浮動支架506；所述編碼器輪固定支架504與浮動車架302固定連接；所述編碼器彈簧導柱505的一端伸入編碼器輪固定支架504的通孔并通過螺母固定，另一端與編碼器輪浮動支架506的一端固定連接；所述編碼器彈簧導柱505上套有浮動彈簧503；浮動彈簧503一端與編碼器輪固定支架504接觸，另一端與編碼器輪浮動支架506接觸；所述編碼器輪浮動支架506另一端的轉(zhuǎn)軸上安裝有編碼器輪501和編碼器502，編碼器輪501的輪孔和編碼器502的軸同軸固定；編碼器502的外殼與編碼器輪浮動支架506固定連接；編碼器輪501為外表面包膠輪，在轉(zhuǎn)動中與壁面沒有相對滑動，通過與其同軸固定安裝的編碼器502準確記錄機器人行走的位置；當運動表面凹凸不平時，可以通過浮動彈簧503使得編碼器輪501緊緊貼合運動表面；

所述無損檢測往復機構(gòu)6包括往復運動驅(qū)動單元601、探頭固定件602、無損檢測探頭603、壁面壓緊彈簧604、探頭支架605、滑軌606、往復運動同步帶輪607、往復運動同步帶608、同步帶夾緊機構(gòu)609和無損檢測往復機構(gòu)支架610；所述無損檢測往復機構(gòu)支架610與擺動車架403固定連接；兩個往復運動同步帶輪607分別安裝在無損檢測往復機構(gòu)支架610的左右兩端，通過往復運動同步帶608連接傳遞運動；所述往復運動驅(qū)動單元601與其中一個往復運動同步帶輪607同軸固定，通過其正反轉(zhuǎn)使得往復運動同步帶608做往復運動；所述滑軌606通過螺釘固定在無損檢測往復機構(gòu)支架610上；所述同步帶夾緊機構(gòu)609安裝在滑軌606的滑塊上，隨著往復運動同步帶608一起運動；所述探頭支架605通過兩個螺釘與同步帶夾緊機構(gòu)609固定連接；所述探頭固定件602通過轉(zhuǎn)軸與探頭支架605連接并繞軸轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)軸上嵌套有壁面壓緊彈簧604；所述無損檢測探頭603通過軸與探頭固定件602連接，可旋轉(zhuǎn)；壁面壓緊彈簧604可使無損檢測探頭603緊緊貼合壁面，保證檢測的穩(wěn)定性和準確性；

所述磁吸附輪405包括外層包膠405-1、輪殼體405-2、輪殼蓋405-3、吸附單元405-4、軸承405-5和導磁體405-6；所述輪殼體405-2的中凸結(jié)構(gòu)為承力軸，承力軸中心為鍵槽孔，通過鍵與磁吸附輪轉(zhuǎn)動軸402連接傳遞扭矩；所述外層包膠405-1包裹在輪殼體405-2外層以增大摩擦力，防止行走過程中打滑；所述輪殼蓋405-3通過螺釘固定在輪殼體405-2上；兩個軸承405-5小間隙配合，內(nèi)圈安裝在輪殼體405-2承力軸外圓上；所述導磁體405-6緊配合安裝在軸承405-5的外圈上，扇形吸附單元405-4通過磁力與導磁體405-6連接，導磁體405-6下方的扇形結(jié)構(gòu)與扇形吸附單元405-4結(jié)構(gòu)相配合，扇形吸附單元405-4充磁方向為徑向充磁；這樣形成一體的兩部分就可以繞著輪殼體405-2的中凸結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，形成懸擺結(jié)構(gòu)，當機器人向壁面吸附時，吸附單元405-4可以繞軸承405-5向壁面吸附；機器人在行走過程中，由于軸承405-5的作用，吸附單元405-4始終向壁面吸附；吸附單元405-4為高剩磁材料釹鐵硼，導磁體405-6為高導磁率金屬，使得吸附單元405-4的漏磁最小化，磁利用率最大化；

本發(fā)明弧面自貼合磁吸附爬壁檢測機器人的工作原理和工作流程是：將機器人吸附在平滑過渡的豎直壁面如圓弧形罐體表面(參見圖14)，機器人也可用于檢測非豎直壁面，如帶有一定傾角的壁面，但該壁面必須為鐵磁性表面，使得機器人能夠吸附在其上。若有磁吸附輪405未吸附，則可借助卸磁棒將吸附單元吸附在豎直壁面上。在壓縮彈簧102的作用下，上固定車架101與下浮動車架105產(chǎn)生相對滑動，帶動短浮動連接桿304，進而帶動長浮動連接桿303，浮動車架302也隨之擺動，使得磁吸附輪405垂直吸附于罐體。當機器人與罐體母線有夾角時，擺動磁吸附輪組4將繞擺動車架旋轉(zhuǎn)軸301轉(zhuǎn)動使四個磁吸附輪405均能與罐體表面接觸從而提供行走動力。機器人可執(zhí)行大面積檢測，線檢測以及點檢測。執(zhí)行大面積檢測任務(wù)時，機器人應按照規(guī)劃路線行走，沿壁面母線豎直爬行時執(zhí)行檢測操作。線檢測和點檢測時，機器人行走到檢測地點開始檢測。往復運動驅(qū)動單元601主軸轉(zhuǎn)動帶動同步帶輪607轉(zhuǎn)動，再通過往復運動同步帶608帶動無損檢測探頭603往復運動檢測被測壁面缺陷。檢測時機器人采用間歇式運動，即無損檢測探頭往復運動一次，機器人向前運動一段距離，該距離的大小應小于無損檢測探頭603所能檢測的直徑大小。檢測完成后，將機器人行走至操作員所能達到的區(qū)域，將機器人磁力卸掉，從壁面取下。導磁體405-6上加工有卸磁把手(如圖11所示)，當卸磁時，卸磁棒穿過卸磁把手上的孔插入輪殼體405-2內(nèi)部固定孔中，將導磁體405-6和吸附單元405-4擺動90°，這樣可輕松將機器人從壁面取下。

本發(fā)明未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)。