本發(fā)明涉及一種輪式磁吸附爬壁機器人，屬于機器人技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)等領(lǐng)域隨處可見由鋼鐵等導(dǎo)磁性材料構(gòu)建的各類大型復(fù)雜裝備如石油管道、化工儲罐、大型船舶等，像作業(yè)壁面為管道壁面一般直徑約為20m,為保障裝備的安全運轉(zhuǎn)，世界各國每年需投入大量的人力物力對這些裝備定期開展清洗、檢測等維護(hù)作業(yè)。

目前，世界范圍內(nèi)廣泛采用傳統(tǒng)的人工作業(yè)方法開展相應(yīng)的檢修作業(yè)，不僅存在勞動強度大、作業(yè)效率低、工作周期長、維護(hù)成本高、操作人員易患職業(yè)病等問題，而且時常伴有安全事故發(fā)生。因此，亟需研發(fā)一套可在各類復(fù)雜導(dǎo)磁面如管道表面、油罐壁面、船舶船體等壁面上靈活爬行，能夠根據(jù)不同的任務(wù)需求搭載不同類型機械臂或作業(yè)模塊，在各類導(dǎo)磁壁面上開展相應(yīng)檢修作業(yè)的爬壁機器人系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單，可在導(dǎo)磁壁面上靈活行走作業(yè)的輪式磁吸附爬壁機器人。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種輪式磁吸附爬壁機器人，包括車體、設(shè)置在車體上的車輪模塊及吸附模塊；

所述車體包括車架及設(shè)置在車架兩側(cè)的車輪搭載平臺，所述車輪搭載平臺包括設(shè)置在車架一側(cè)的自適應(yīng)車輪搭載平臺及設(shè)置在車架另一側(cè)的固定式車輪搭載平臺，所述固定式車輪搭載平臺與所述車架連接，所述自適應(yīng)車輪搭載平臺通過轉(zhuǎn)動機構(gòu)與所述車架連接；

所述轉(zhuǎn)動機構(gòu)包括轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)軸支撐架及扭簧，所述轉(zhuǎn)軸支撐架與所述車架連接，所述轉(zhuǎn)軸支撐架通過軸承與所述轉(zhuǎn)軸連接，所述扭簧套裝在所述轉(zhuǎn)軸上，所述轉(zhuǎn)軸與所述自適應(yīng)車輪搭載平臺連接；

所述車輪模塊包括車輪、rv減速機及步進(jìn)電機，所述車輪與所述rv減速機固定連接，所述rv減速機與所述步進(jìn)電機連接，所述步進(jìn)電機與所述車輪搭載平臺連接；

所述吸附模塊包括多個用于將機器人吸附到作業(yè)壁面的吸附磁條，多個所述吸附磁條安裝在所述車架的底部。

本發(fā)明的有益效果是：車輪模塊有四個，兩個安裝位置，其中兩個安裝在位于車架一側(cè)的自適應(yīng)車輪搭載平臺上，還有兩個安裝在位于車架另一側(cè)的固定式車輪搭載平臺上；自適應(yīng)車輪搭載平臺可隨著壁面的具體情況，繞著轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，以調(diào)整機器人的車輪位置，使得機器人至少有三個車輪吸附在壁面上，保證爬壁機器人的作業(yè)安全性；吸附模塊有兩個，分別位于車體底部的前、后位置，吸附模塊工作時，吸附模塊與壁面保留有一定間隙，間隙以及作業(yè)壁面產(chǎn)生磁力線回路，進(jìn)而產(chǎn)生吸附力，間隙的大小可以決定吸附力的大小，調(diào)整間隙的大小可以調(diào)整吸附力的大小；吸附裝置為機器人提供的吸力，步進(jìn)電機動作可驅(qū)動機器人移動；實現(xiàn)機器人在待作業(yè)壁面爬壁，通過步進(jìn)電機的差速控制可實現(xiàn)機器人的轉(zhuǎn)向，能夠?qū)崿F(xiàn)在復(fù)雜導(dǎo)磁面上的靈活爬行，并可根據(jù)不同的任務(wù)需求搭載不同類型機械臂或作業(yè)模塊，在各類導(dǎo)磁性壁面上開展相應(yīng)作業(yè)?？傊?，本發(fā)明采用永磁吸附形式與四輪四驅(qū)傳動結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，使得機器人能夠自適應(yīng)貼合不同曲率半徑的導(dǎo)磁壁面，極大的提高了工作效率，保證爬壁機器人的作業(yè)安全性。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。

進(jìn)一步的，還包括用于限制自適應(yīng)車輪搭載平臺轉(zhuǎn)動的限位機構(gòu)，所述限位機構(gòu)包括限位軸及與所述限位軸相適配的限位長孔，所述限位軸與所述轉(zhuǎn)軸支撐架固定連接，所述限位長孔設(shè)置在所述自適應(yīng)車輪搭載平臺上。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是，當(dāng)自適應(yīng)車輪搭載平臺以轉(zhuǎn)軸中心旋轉(zhuǎn)時，限位機構(gòu)會限制自適應(yīng)車輪搭載平臺的轉(zhuǎn)動，具體自適應(yīng)車輪搭載平臺轉(zhuǎn)動時，限位長孔隨之動作，當(dāng)限位軸碰到限位長孔的邊緣時，會限制自適應(yīng)車輪搭載平臺的轉(zhuǎn)動，避免自適應(yīng)車輪搭載平臺轉(zhuǎn)動過渡。

進(jìn)一步的，所述車架上設(shè)有控制傳感模塊，所述控制傳感模塊包括控制模塊及視覺感知模塊，所述控制模塊用于控制機器人的行走、修正機器人的行走路線及功能作業(yè)，所述視覺感知模塊用于感知機器人的作業(yè)位置及作業(yè)軌跡。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是，機器人的行走與各功能下的作業(yè)實現(xiàn)。

進(jìn)一步的，所述車架上設(shè)有兩自由度移動平臺模塊，所述兩自由度移動平臺模塊包括x向移動平臺模塊及z向移動平臺模塊。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是，兩自由度移動平臺模塊由兩個單軸移動平臺組成，使得移動平臺模塊具有x、z兩個自由度，安裝在兩自由度移動平臺模塊上的作業(yè)模塊如檢測裝置可實現(xiàn)x向的往復(fù)運動及z向的往復(fù)運動，測量空間變大，減少檢測的時間，提高檢測裝置檢測的精度及效率。

進(jìn)一步的，所述x向移動平臺模塊與所述車架連接，所述z向移動平臺模塊上設(shè)有焊縫檢測模塊。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是，焊縫檢測模塊主要用于壁面焊接處焊縫的檢測，導(dǎo)磁面如管道表面、油罐壁面、船舶船體除了對焊接技術(shù)和焊接工藝的要求以外，焊接質(zhì)量檢測也是焊接結(jié)構(gòu)質(zhì)量管理的重要一環(huán)，焊縫的好壞關(guān)系到工程的整體質(zhì)量，質(zhì)量不合格有可能會造成不可估計的后果，安裝在機器人上的焊縫檢測模塊保證了壁面的焊接結(jié)構(gòu)的完整性，可靠性，安全性和使用性，具有豎直z方向和水平x方向兩個方向的自由度，現(xiàn)有能實現(xiàn)x向的往復(fù)運動及z向的往復(fù)運動的結(jié)構(gòu)有很多種，只要能實現(xiàn)焊縫檢測模塊有x、z兩個方向的自由度即可，在機器人檢測作業(yè)時能夠調(diào)整焊縫檢測模塊的探頭與焊縫之間的豎直與水平距離，提高探傷的準(zhǔn)確度。

進(jìn)一步的，所述車體上設(shè)有用于搭載不同作業(yè)模塊的待作業(yè)模塊載體。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是，待作業(yè)模塊載體可以搭載不同的作業(yè)模塊，如待作業(yè)模塊載體可以安裝機械手，其可以為六自由度串聯(lián)關(guān)節(jié)式機械臂，以便于完成不同的作業(yè)需求。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的主視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的左視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為圖2中沿a-a方向的剖面圖；

圖5為圖2中沿b-b方向的剖面圖；

圖6為本發(fā)明自適應(yīng)車輪搭載平臺的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為圖6中沿c-c方向的剖面圖。

圖中，1、車架；2、自適應(yīng)車輪搭載平臺；3、固定式車輪搭載平臺；4、轉(zhuǎn)軸；5、轉(zhuǎn)軸支撐架；6、扭簧；7、軸承；8、待作業(yè)模塊載體；9、車輪；10、rv減速機；11、步進(jìn)電機；12、吸附磁條；13、限位軸；14、限位長孔；15、控制傳感模塊；16、兩自由度移動平臺模塊。

具體實施方式

以下結(jié)合實例對本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。

如圖1-圖7所示，一種輪式磁吸附爬壁機器人，包括車體、設(shè)置在車體上的車輪模塊及吸附模塊；所述車體包括車架1及設(shè)置在車架兩側(cè)的車輪搭載平臺，所述車輪搭載平臺包括設(shè)置在車架一側(cè)的自適應(yīng)車輪搭載平臺2及設(shè)置在車架另一側(cè)的固定式車輪搭載平臺3，所述固定式車輪搭載平臺3與所述車架1連接，所述自適應(yīng)車輪搭載平臺2通過轉(zhuǎn)動機構(gòu)與所述車架連接；

所述轉(zhuǎn)動機構(gòu)包括轉(zhuǎn)軸4、轉(zhuǎn)軸支撐架5及扭簧6，所述轉(zhuǎn)軸支撐架與所述車架連接，所述轉(zhuǎn)軸支撐架通過軸承7與所述轉(zhuǎn)軸連接，所述扭簧套裝在所述轉(zhuǎn)軸上，所述轉(zhuǎn)軸與所述自適應(yīng)車輪搭載平臺連接；所述軸承采用深溝球軸承；所述車輪模塊包括車輪9、rv減速機10及步進(jìn)電機11，所述車輪與所述rv減速機固定連接，所述rv減速機與所述步進(jìn)電機連接，所述步進(jìn)電機與所述車輪搭載平臺連接；所述吸附模塊包括多個用于將機器人吸附到作業(yè)壁面的吸附磁條12，多個所述吸附磁條安裝在所述車架的底部。

吸附磁條可選用不同型號的永久磁鐵，增大吸附力，使得機器人的爬行更為安全可靠。

吸附模塊有兩個，分別位于車體底部的前、后位置，吸附模塊工作時，吸附模塊與壁面保留有一定間隙，間隙為5-10mm，可通過調(diào)整吸附模塊上的螺栓來調(diào)整吸附模塊與作業(yè)壁面之間的距離。

還包括用于限制自適應(yīng)車輪搭載平臺轉(zhuǎn)動的限位機構(gòu)，所述限位機構(gòu)包括限位軸13及與所述限位軸相適配的限位長孔14，所述限位軸與所述轉(zhuǎn)軸支撐架固定連接，所述限位長孔設(shè)置在所述自適應(yīng)車輪搭載平臺上。當(dāng)自適應(yīng)車輪搭載平臺以轉(zhuǎn)軸中心旋轉(zhuǎn)時，限位機構(gòu)會限制自適應(yīng)車輪搭載平臺的轉(zhuǎn)動，具體自適應(yīng)車輪搭載平臺轉(zhuǎn)動時，限位長孔隨之動作，當(dāng)限位軸碰到限位長孔的邊緣時，會限制自適應(yīng)車輪搭載平臺的轉(zhuǎn)動，避免自適應(yīng)車輪搭載平臺轉(zhuǎn)動過渡。

所述車架上設(shè)有控制傳感模塊15，所述控制傳感模塊包括控制模塊及視覺感知模塊，所述控制模塊用于控制機器人的行走、修正機器人的行走路線及功能作業(yè)，所述視覺感知模塊用于感知機器人的作業(yè)位置及作業(yè)軌跡。機器人的行走與各功能下的作業(yè)實現(xiàn)。

所述車架上設(shè)有兩自由度移動平臺模塊16，所述兩自由度移動平臺模塊包括x向移動平臺模塊及z向移動平臺模塊。兩自由度移動平臺模塊由兩個單軸移動平臺組成，使得移動平臺模塊具有x、z兩個自由度，安裝在兩自由度移動平臺模塊上的作業(yè)模塊如檢測裝置測量空間變大，減少檢測的時間，提高檢測裝置檢測的精度及效率。

所述x向移動平臺模塊與所述車架連接，所述z向移動平臺模塊上設(shè)有焊縫檢測模塊。焊縫檢測模塊主要用于壁面焊接處焊縫的檢測，導(dǎo)磁面如管道表面、油罐壁面、船舶船體除了對焊接技術(shù)和焊接工藝的要求以外，焊接質(zhì)量檢測也是焊接結(jié)構(gòu)質(zhì)量管理的重要一環(huán)，焊縫的好壞關(guān)系到工程的整體質(zhì)量，質(zhì)量不合格有可能會造成不可估計的后果，安裝在機器人上的焊縫檢測模塊保證了壁面的焊接結(jié)構(gòu)的完整性，可靠性，安全性和使用性，具有豎直z方向和水平x方向兩個方向的自由度，在機器人檢測作業(yè)時能夠調(diào)整焊縫檢測模塊的探頭與焊縫之間的豎直與水平距離，提高探傷的準(zhǔn)確度。

所述車體上設(shè)有用于搭載不同作業(yè)模塊的待作業(yè)模塊載體8。待作業(yè)模塊載體可以搭載不同的作業(yè)模塊，如待作業(yè)模塊載體可以安裝機械手，其可以為六自由度串聯(lián)關(guān)節(jié)式機械臂，以便于完成不同的作業(yè)需求。

采用永磁吸附形式與四輪四驅(qū)傳動結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)在復(fù)雜導(dǎo)磁面上的靈活爬行，并可根據(jù)不同的任務(wù)需求搭載不同類型機械臂或作業(yè)模塊，在各類導(dǎo)磁性壁面上開展相應(yīng)作業(yè)。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。