專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于永磁吸附結(jié)構(gòu)的爬壁機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于永磁吸附結(jié)構(gòu)的爬壁機(jī)器人。
背景技術(shù)：
大型船舶的船體和各種大型化工壓力等都是由多塊鋼板焊接而成，存在數(shù)量眾多的焊縫，由于需要長(zhǎng)時(shí)間在高腐蝕和高壓狀態(tài)下工作，極易產(chǎn)生各種缺陷從而導(dǎo)致材料失效，嚴(yán)重威脅船舶及化工容器的安全工作。為保證船舶和壓力容器能夠在安全狀態(tài)下運(yùn)行，需要定期開(kāi)展安全檢測(cè)維修工作，而目前這些工作都是由人工借助無(wú)損探傷手段完成，工作量大，危險(xiǎn)系數(shù)高。因此開(kāi)發(fā)研制無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)代替人工進(jìn)行檢測(cè)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和廣闊的應(yīng)用前景。隨著機(jī)器人技術(shù)的快速發(fā)展，無(wú)損檢測(cè)爬壁機(jī)器人備受人們關(guān)注，各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家積極地進(jìn)行理論和技術(shù)研究，并研制出了一些各具特色的壁面檢測(cè)機(jī)器人。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種基于永磁吸附結(jié)構(gòu)的爬壁機(jī)器人，本發(fā)明將機(jī)器人技術(shù)與在線無(wú)損檢測(cè)相融合，不僅可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在壁面的安全穩(wěn)定行走，而且能有效的完成檢測(cè)任務(wù)。其技術(shù)方案為:一種基于永磁吸附結(jié)構(gòu)的爬壁機(jī)器人，機(jī)器人本體主要包括底盤(pán)、主動(dòng)永磁輪機(jī)構(gòu)、萬(wàn)向永磁輪機(jī)構(gòu)和可抗干擾的控制系統(tǒng)，所述機(jī)器人本體的結(jié)構(gòu)為:直流伺服電機(jī)4安裝在渦輪蝸桿減速機(jī)6上，通過(guò)渦輪蝸桿減速機(jī)6的輸出軸固定在底盤(pán)上，同步帶輪I安裝在渦輪蝸桿減速機(jī)6的輸出軸上通過(guò)皮帶與主動(dòng)永磁輪5連接,主動(dòng)永磁輪5通過(guò)軸連接到底盤(pán)2上,萬(wàn)向永磁輪3通過(guò)軸分別安裝在底盤(pán)2的前方和后方，控制箱7固定在底盤(pán)2上；環(huán)形永磁體53安裝在主動(dòng)永磁輪5的內(nèi)部,招合金同步51帶安裝在主動(dòng)永磁輪5中心，尼龍軸承座54固定在兩側(cè)的軛鐵52之間，深溝球軸承55的外圈與尼龍軸承座54配合，主動(dòng)永磁輪5通過(guò)軸固定在底盤(pán)2上，由同步帶輪帶動(dòng)主動(dòng)永磁輪5轉(zhuǎn)動(dòng)；永磁鐵38安裝在萬(wàn)向永磁輪3內(nèi)，萬(wàn)向永磁輪3通過(guò)輪軸39固定在鋁合金支架37上，主軸36將鋁合金支架37和底盤(pán)2連接在一起，壓縮彈簧34安裝在彈簧擋板之間起緩沖作用，主軸36由軸承31、套筒32和軸承座33連接到底盤(pán)2上。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明運(yùn)用磁路設(shè)計(jì)原理和磁場(chǎng)仿真技術(shù)，結(jié)合現(xiàn)代永磁材料，研究設(shè)計(jì)了新型的永磁輪機(jī)構(gòu)，使其具有結(jié)構(gòu)緊湊、吸附力大、使用靈活的特點(diǎn)。本發(fā)明設(shè)計(jì)一種新型的永磁輪行走吸附機(jī)構(gòu)，通過(guò)使行走機(jī)構(gòu)、吸附機(jī)構(gòu)和抗傾覆機(jī)構(gòu)相結(jié)合，在保證壁面爬行機(jī)器人能夠安全行走的前提下具有靈活的全方位移動(dòng)能力。
本發(fā)明設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)能夠應(yīng)對(duì)爬壁機(jī)器人復(fù)雜的工作環(huán)境和磁場(chǎng)的干擾，保證了爬壁機(jī)器人的穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控與操作。軟件設(shè)計(jì)方面，通過(guò)編程本系統(tǒng)可以對(duì)機(jī)器人進(jìn)行前進(jìn)、后退以及順時(shí)針、逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)控制，在工業(yè)母板系統(tǒng)上利用組態(tài)王
6.52進(jìn)行了監(jiān)控界面的設(shè)計(jì)，主要包括圖像顯示部分和運(yùn)動(dòng)操作部分。通過(guò)圖像采集卡傳回的圖像信息，可以了解作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和機(jī)器人爬行情況，進(jìn)而通過(guò)屏幕操作按鈕對(duì)機(jī)器人的運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。


圖1為壁面爬行機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為主動(dòng)永磁輪結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為萬(wàn)向永磁輪結(jié)構(gòu)示意圖，其中上圖為萬(wàn)向永磁輪主視圖，下圖為萬(wàn)向永磁輪左視圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖具體實(shí)施例來(lái)詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案。如圖1所示，一種基于永磁吸附結(jié)構(gòu)的爬壁機(jī)器人，機(jī)器人本體主要包括底盤(pán)、主動(dòng)永磁輪機(jī)構(gòu)、萬(wàn)向永磁輪機(jī)構(gòu)和可抗干擾的控制系統(tǒng)，所述機(jī)器人本體的結(jié)構(gòu)為:直流伺服電機(jī)4安裝在渦輪蝸桿減速機(jī)6上，通過(guò)渦輪蝸桿減速機(jī)6的輸出軸固定在底盤(pán)上，同步帶輪I安裝在渦輪蝸桿減速機(jī)6的輸出軸上通過(guò)皮帶與主動(dòng)永磁輪5連接，主動(dòng)永磁輪5通過(guò)軸連接到底盤(pán)2上，萬(wàn)向永磁輪3通過(guò)軸分別安裝在底盤(pán)2的前方和后方，控制箱7固定在底盤(pán)2上；本發(fā)明通過(guò)主動(dòng)永磁輪5和萬(wàn)向永磁輪3的吸附作用，可以保證爬壁機(jī)器人在鋼制壁面穩(wěn)定性走、轉(zhuǎn)彎且不會(huì)傾覆。控制系統(tǒng)7可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控與實(shí)時(shí)操作。本發(fā)明中的輪式行走吸附機(jī)構(gòu)，主要包括兩個(gè)主動(dòng)永磁輪5和兩個(gè)萬(wàn)向永磁輪3，主動(dòng)永磁輪5分別安裝在機(jī)器人底盤(pán)2兩側(cè)，萬(wàn)向永磁輪3安裝在底盤(pán)2的前后，并且關(guān)于中心對(duì)稱(chēng)。主動(dòng)永磁輪5由直流伺服電機(jī)4通過(guò)同步齒形帶傳動(dòng)裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，萬(wàn)向永磁輪3無(wú)驅(qū)動(dòng)主要起輔助作用，保證機(jī)器人行走過(guò)程中不發(fā)生傾覆現(xiàn)象同時(shí)也保證了機(jī)器人轉(zhuǎn)彎過(guò)程平穩(wěn)順利。如圖2所示，環(huán)形永磁體53安裝在主動(dòng)永磁輪5的內(nèi)部，可以保護(hù)永磁體免受外部沖擊，從而提高永磁輪的強(qiáng)度。鋁合金同步51帶安裝在主動(dòng)永磁輪5中心，在傳動(dòng)過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)偏心矩，傳動(dòng)可以更加平穩(wěn)，同時(shí)使永磁機(jī)構(gòu)更加緊湊。尼龍軸承座54固定在兩側(cè)的軛鐵52之間，深溝球軸承55的外圈與尼龍軸承座54配合，主動(dòng)永磁輪5通過(guò)軸固定在底盤(pán)2上，由同步帶輪帶動(dòng)主動(dòng)永磁輪5轉(zhuǎn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)緊湊、吸附力大。如圖3所示，永磁鐵38安裝在萬(wàn)向永磁輪3內(nèi)，萬(wàn)向永磁輪3通過(guò)輪軸39固定在鋁合金支架37上，主軸36將鋁合金支架37和底盤(pán)2連接在一起，壓縮彈簧34安裝在彈簧擋板之間起緩沖作用，主軸36由軸承31、套筒32和軸承座33連接到底盤(pán)2上。在壁面爬行機(jī)器人行走及轉(zhuǎn)向的過(guò)程中，前后萬(wàn)向永磁輪可以穩(wěn)定機(jī)器人本體，保持機(jī)器人本體平衡。可抗干擾的控制系統(tǒng)7，其控制核心用鐵皮包覆可以很好的抵抗外界的干擾，使用工業(yè)母版作為上位機(jī)，利用組態(tài)王開(kāi)發(fā)了控制界面和檢測(cè)界面，由CCD工業(yè)相機(jī)實(shí)時(shí)檢測(cè)工作環(huán)境并通過(guò)無(wú)線通訊傳至上位機(jī)，下位機(jī)使用PLC控制器主要負(fù)責(zé)直流伺服的控制。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可顯而易見(jiàn)地得到的技術(shù)方案的簡(jiǎn)單變化或等效替換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于永磁吸附結(jié)構(gòu)的爬壁機(jī)器人，機(jī)器人本體主要包括底盤(pán)、主動(dòng)永磁輪機(jī)構(gòu)、萬(wàn)向永磁輪機(jī)構(gòu)和可抗干擾的控制系統(tǒng)， 所述機(jī)器人本體的結(jié)構(gòu)為:直流伺服電機(jī)(4)安裝在渦輪蝸桿減速機(jī)(6)上，通過(guò)渦輪蝸桿減速機(jī)出)的輸出軸固定在底盤(pán)上，同步帶輪(I)安裝在渦輪蝸桿減速機(jī)￠)的輸出軸上通過(guò)皮帶與主動(dòng)永磁輪(5)連接，主動(dòng)永磁輪(5)通過(guò)軸連接到底盤(pán)(2)上，萬(wàn)向永磁輪(3)通過(guò)軸分別安裝在底盤(pán)(2)的前方和后方，控制箱(7)固定在底盤(pán)(2)上； 環(huán)形永磁體(53)安裝在主動(dòng)永磁輪(5)的內(nèi)部,招合金同步(51)帶安裝在主動(dòng)永磁輪(5)中心，尼龍軸承座(54)固定在兩側(cè)的軛鐵(52)之間，深溝球軸承(55)的外圈與尼龍軸承座(54)配合，主動(dòng)永磁輪(5)通過(guò)軸固定在底盤(pán)(2)上，由同步帶輪帶動(dòng)主動(dòng)永磁輪(5)轉(zhuǎn)動(dòng)； 永磁鐵(38)安裝在萬(wàn)向永磁輪(3)內(nèi)，萬(wàn)向永磁輪(3)通過(guò)輪軸(39)固定在鋁合金支架(37)上，主軸(36)將鋁合金支架(37)和底盤(pán)(2)連接在一起，壓縮彈簧(34)安裝在彈簧擋板之間起緩 沖作用，主軸(36)由軸承(31)、套筒(32)和軸承座(33)連接到底盤(pán)(2) 上。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于永磁吸附結(jié)構(gòu)的爬壁機(jī)器人，包括機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)和可抗磁場(chǎng)干擾的控制系統(tǒng)；機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)包括底盤(pán)、可吸附的行走結(jié)構(gòu)、設(shè)備負(fù)載；可吸附式行走機(jī)構(gòu)包括主動(dòng)永磁輪、萬(wàn)向輔助永磁輪、直流伺服電機(jī)、渦輪蝸桿減速機(jī)和齒形帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；永磁輪機(jī)構(gòu)主要包括鋁合金帶輪、永磁體、軛鐵等；控制系統(tǒng)主要包括工業(yè)母版、PLC控制器、CCD工業(yè)相機(jī)等。本發(fā)明在智能控制條件下能實(shí)現(xiàn)在化工容器、大型船舶船體等鋼制壁面上穩(wěn)定性走和有效檢測(cè)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、控制簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B62D57/024GK103171640SQ20131012788
公開(kāi)日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2013年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月15日
發(fā)明者王吉岱, 孫愛(ài)芹, 陳廣慶, 孔輝, 梁存仙, 紀(jì)德福, 閆磊 申請(qǐng)人:山東科技大學(xué)