一种模块化轮式磁吸附爬壁机器人制造技术

本发明专利技术涉及工业机器人技术领域，公开的一种模块化轮式磁吸附爬壁机器人，包括两个相互独立的车体模块和四组结构相同的轮式永磁吸附单元，两个相互独立的车体模块分为结构相同的左车体模块和右车体模块，二者连接平面为中心呈对称布置，其中左车体模块由左车箱体内的左车箱体驱动电机通过左车箱体电机驱动器、左车箱体减速器与左车箱体前输出轴连接，左车箱体前输出轴通过左车箱体同步带、左车箱体同步带轮、与左车箱体后输出轴连接构成。本发明专利技术能够在各类导磁面上通过非连续作业区域或狭窄运输空间开展除锈、喷漆、检测等相应极限作业。同时具备防尘防水功能，并且能够快速拆解、运输与对接，其移动转弯操控简便，机动性高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及工业机器人
，具体涉及为一种爬壁机器人，特别是涉及一种模块化轮式磁吸附爬壁机器人。该爬壁机器人可应用于各类导磁性壁面（如管道表面、油罐壁面、船舶船体等），能够实现在复杂导磁面上的灵活爬行，并可根据不同的任务需求搭载不同类型机械臂或作业模块，在各类导磁性壁面上开展相应极限作业（如搭载相应机械臂作业模块后，可代替人工对油罐壁面进行除锈、喷漆、检测等相关作业）。该爬壁机器人装置采用永磁吸附形式与四轮四驱传动方案，基于模块化设计思想，主要由两个相互独立的车体模块构成，各模块间机械电气完全隔离，同时具备独立的防尘防水功能，在狭小受限等特殊作业空间开展作业时，能够根据作业需求实现机器人的快速拆解、运输与对接，在通过非连续作业区域或狭窄运输空间方面具有极强的优势。
技术介绍
国民经济和国防建设等领域随处可见由钢铁等导磁性材料构建的各类大型复杂装备（如石油管道、化工储罐、大型船舶等），为保障装备的安全运转，世界各国每年需投入大量的人力物力对这些装备定期开展清洗、检测等维护作业。目前，世界范围内广泛采用传统的人工作业方法开展相应的检修作业，不仅存在劳动强度大、作业效率低、工作周期长、维护成本高、操作人员易患职业病等问题，而且时常伴有安全事故发生。因此，亟需研发一套可在各类复杂导磁面（如管道表面、油罐壁面、船舶船体等）上灵活爬行，能够根据不同的任务需求搭载不同类型机械臂或作业模块，在各类导磁面上开展相应检修作业的智能化爬壁机器人系统。爬壁机器人需重点解决吸附形式与行走机构两个核心问题。针对吸附形式，现有机器人主要采用电磁吸附与永磁吸附两种形式，其中电磁吸附结构相对复杂，作业过程中需消耗额外电能，且存在意外断电造成的安全隐患，故在爬壁机器人上应用相对较少，与电磁吸附相比，永磁吸附具有结构简单、吸附不耗能、不受断电影响等优点。对于行走机构，现有机器人主要采用履带式结构或轮式结构，其中履带式结构相对复杂，运动性能欠佳，特别是在进行转向运动时，由于履带和导磁壁面之间接触面积大，转向阻力大，转向半径大，转向灵活性较差，而轮式结构则具有结构简单、行走速度快、转弯容易等优点，比较适合在各类导磁面上实现灵活移动。经对现有技术的文献检索发现，申请号201410628337.7，申请日2014.11.11的专利技术专利公开了一种磁吸附轮式爬壁机器人，其虽采用四轮行走机构与永磁吸附形式，但该机器人四轮由四套电机独立驱动，且通过布置于车体下方的永磁强磁块组实现机器人与导磁面的吸附，不仅结构相对复杂，制造成本较高，而且受磁场特性影响，强磁块组需与导磁面近距布置，限制了机器人的越障性能。更为重要的是机器人不具备防尘防水功能，未考虑模块化设计思想，不可拆分，以致机器人难以通过狭小的运输空间后开展相应作业，限制了机器人的使用范围。申请号为201410645993.8专利文献涉及的一种磁吸附爬壁机器人，该机器人采用不可拆分的分体式箱体结构，左右两箱体通过固定的转轴连接，实现布置于两箱体永磁履带对导磁曲面的自适应。该机器人虽可在一定程度上解决对导磁曲面的适应问题，但仍存在履带式爬壁机器人不可避免的结构复杂、制造成本高、转向灵活性较差等诸多局限。同时，该机器人也不具备防尘防水功能、不可拆分，以致机器人难以通过狭小的运输空间后开展相应作业，限制了机器人的使用范围。综上所述，现有爬壁机器人普遍存在运动性能欠佳、结构过于复杂、制造成本较高等诸多问题，同时未考虑模块化设计思想，难以快速拆解、运输与安装，不具备防尘防水功能，以致难以适应各种极限作业空间的作业需求。
技术实现思路
针对上述技术不足，本专利技术提出一种模块化轮式磁吸附爬壁机器人，本专利技术立足于爬壁机器人可根据不同的任务需求搭载不同类型机械臂或作业模块，在各类导磁面上开展除锈、喷漆、检测等相应极限作业。该爬壁机器人采用永磁吸附形式与四轮四驱传动方案，基于模块化设计思想，主要由两个相互独立的车体模块构成，各模块间机械电气完全隔离，同时具备独立的防尘防水功能，在狭小受限等特殊作业空间开展作业时，能够根据作业需求实现机器人的快速拆解、运输与对接，便于通过非连续作业区域或狭窄运输空间。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案一种模块化轮式磁吸附爬壁机器人，包括两个相互独立的车体模块和四组结构相同的轮式永磁吸附单元，所述两个相互独立的车体模块分为左车体模块和右车体模块，二者结构相同，且外形与内部结构均以二者连接平面为中心呈对称布置，其中左车体模块由左车箱体内的左车箱体驱动电机103通过左车箱体电机驱动器、左车箱体减速器101与左车箱体前输出轴连接，左车箱体前输出轴通过左车箱体同步带106、左车箱体同步带轮109、111、与左车箱体后输出轴104连接构成。一种模块化轮式磁吸附爬壁机器人，所述左车箱体由左车箱体上盖板、左车箱体外侧盖板、左车箱体底部盖板、左车箱体内侧盖板、左车箱体前端盖板、左车箱体后端尾部盖板、左车箱体外侧把手102、左车箱体后端尾部把手107、左车箱体前端把手、左车箱体驱动电机103和左车箱体减速器101支撑件、左车箱体减速器101固定支座、左车箱体电机驱动器支撑固定支架、左前端盖、左后端盖、定位块阴110、定位块阳119构成；所述左车箱体外侧盖板、左车箱体底部盖板、左车箱体前端盖板、左车箱体后端尾部盖板、左车箱体外侧把手、左车箱体后端尾部把手和左车箱体前端把手分别布置在左车箱体四周，形成一个整体封闭式结构；所述左车箱体上盖板和左车箱体内侧盖板经螺钉固定安装在左车箱体上端面和内侧端面上；左车箱体上盖板右下角位置竖直排列有四个大小不同的防水防爆插头孔，用于车体整体密封式走线和机械与电气的相隔离；所述左车箱体驱动电机103和左车箱体减速器101支撑件经螺钉固定在左车箱体内部，构成一种笼形结构，将驱动电机103和减速器101放置于笼子内部，不仅能稳定的支撑电机和减速器还能提高车体抗拉抗压强度。左车箱体电机驱动器支撑固定支架经螺钉固定在左车箱体底盘内部侧面凸出部位，左车箱体电机驱动器经螺钉固定安装于左车箱体电机驱动器支撑固定支架上。左车箱体减速器固定支座上端固定在左车箱体减速器的固定法兰上，底端经螺钉固定在左车箱体底部盖板上，用来实现左车箱体减速器的固定与定位。所述左前端盖位于左车箱体前输出轴与左车箱体侧盖板相接触的外侧位置，左后端盖位于左车箱体后输出轴与左车箱体侧盖板相接触的外侧位置；一种模块化轮式磁吸附爬壁机器人，所述左车箱体的左前端盖和左后端盖跟输出轴相接触部位为动静双密封，用于实现左车箱体内部与左车箱体外部环境隔离开；即左车箱体在其与左车箱体上盖板和侧盖板接触的上端面与侧端面均开设矩形密封沟槽，在其与左前端盖与左后端盖连接处以输出轴为中心开设环形密封沟槽，其与左车箱体上盖板、侧盖板、左前端盖和左后端盖的连接，通过密封沟槽内布置的O形圈实现车体的整体静密封；在左车箱体前输出轴跟左前盖板相接触位置与左车箱体输出后轴跟左后盖板相接触位置均开设有环形密封沟槽，用来放置橡胶O形圈，实现车体旋转式动密封，达到整个车体全封闭式的密封。一种模块化轮式磁吸附爬壁机器人，所述左车箱体后端尾部把手107与左车箱体前端把手上侧面位置均竖直排列有一组通孔，右车箱体后端尾部把手107与右车箱体前端把手上侧面位置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模块化轮式磁吸附爬壁机器人，其特征是：包括两个相互独立的车体模块和四组结构相同的轮式永磁吸附单元，所述两个相互独立的车体模块分为左车体模块和右车体模块，二者结构相同，且外形与内部结构均以二者连接平面为中心呈对称布置，其中左车体模块由左车箱体内的左车箱体驱动电机103通过左车箱体电机驱动器、左车箱体减速器101与左车箱体前输出轴连接，左车箱体前输出轴通过左车箱体同步带106、左车箱体同步带轮109 、111、与左车箱体后输出轴104连接构成。

【技术特征摘要】
1.一种模块化轮式磁吸附爬壁机器人，其特征是：包括两个相互独立的车体模块和四组结构相同的轮式永磁吸附单元，所述两个相互独立的车体模块分为左车体模块和右车体模块，二者结构相同，且外形与内部结构均以二者连接平面为中心呈对称布置，其中左车体模块由左车箱体内的左车箱体驱动电机103通过左车箱体电机驱动器、左车箱体减速器101与左车箱体前输出轴连接，左车箱体前输出轴通过左车箱体同步带106、左车箱体同步带轮109、111、与左车箱体后输出轴104连接构成。2.一种模块化轮式磁吸附爬壁机器人，其特征是：所述左车箱体由左车箱体上盖板、左车箱体外侧盖板、左车箱体底部盖板、左车箱体内侧盖板、左车箱体前端盖板、左车箱体后端尾部盖板、左车箱体外侧把手102、左车箱体后端尾部把手107、左车箱体前端把手、左车箱体驱动电机103和左车箱体减速器101支撑件、左车箱体减速器101固定支座、左车箱体电机驱动器支撑固定支架、左前端盖、左后端盖、定位块阴110、定位块阳119构成；所述左车箱体外侧盖板、左车箱体底部盖板、左车箱体前端盖板、左车箱体后端尾部盖板、左车箱体外侧把手、左车箱体后端尾部把手和左车箱体前端把手分别布置在左车箱体四周，形成一个整体封闭式结构；所述左车箱体上盖板和左车箱体内侧盖板经螺钉固定安装在左车箱体上端面和内侧端面上；左车箱体上盖板右下角位置竖直排列有四个大小不同的防水防爆插头孔，用于车体整体密封式走线和机械与电气的相隔离；所述左车箱体驱动电机103和左车箱体减速器101支撑件经螺钉固定在左车箱体内部，构成一种笼形结构，将驱动电机103和减速器101放置于笼子内部，不仅能稳定的支撑电机和减速器还能提高车体抗拉抗压强度，左车箱体电机驱动器支撑固定支架经螺钉固定在左车箱体底盘内部侧面凸出部位，左车箱体电机驱动器经螺钉固定安装于左车箱体电机驱动器支撑固定支架上，左车箱体减速器固定支座上端固定在左车箱体减速器的固定法兰上，底端经螺钉固定在左车箱体底部盖板上，用来实现左车箱体减速器的固定与定位，所述左前端盖位于左车箱体前输出轴与左车箱体侧盖板相接触的外侧位置，左后端盖位于左车箱体后输出轴与左车箱体侧盖板相接触的外侧位置。3.一种模块化轮式磁吸附爬壁机器人，其特征是：所述左车箱体的左前端盖和左后端盖跟输出轴相接触部位为动静双密封，用于实现左车箱体内部与左车箱体外部环境隔离开；即左车箱体在其与左车箱体上盖板和侧盖板接触的上端面与侧端面均开设矩形密封沟槽，在其与左前端盖与左后端盖连接处以输出轴为中心开设环形密封沟槽，其与左车箱体上盖板、侧盖板、左前端盖和左后端盖的连接，通过密封沟槽内布置的O形圈实现车体的整体静密封；在左车箱体前输出轴跟左前盖板相接触位置与左车箱体输出后轴跟左后盖板相接触位置均开设有环形密封沟槽，用来放置橡胶O形圈，实现车体旋转式动密封，达到整个车体全封闭式的密封。4.一种模块化轮式磁吸附爬壁机器人，其特征是：所述左车箱体后端尾部把手107与左车箱体前端把手上侧面位置均竖直排列有一组通孔，右车箱体后端尾部把手107与右车箱体前端把手上侧面位置也同样均竖直排列有一组通孔，用于左右两车箱体模块拼接在一起，位于左右车箱体前端把手和后端尾部把手107上的通孔对正对齐，螺栓穿过该通孔跟螺母配合，实现左右车箱体的快速便捷拼接；在左车箱体底部盖板与左车箱体内侧盖板相接触位置的底盘中部，经螺钉固定有定位块阴110，在右车箱体底部盖板与右车箱体内侧盖板相接触位置的底盘中部，经螺钉安装固定有定位块阳119；所述定位块阳119为一带凸起结构，定位块阴110为一带凹陷结构，在定位块阳119和定位块阴110上分布有三组竖直分布的螺纹孔，用于定位块阳119凸起部分跟定位块阴110凹陷部分配合在一起，使左右车箱体对正组装在一起，再经螺钉将定位块阳119与定位块阴110拧紧固定在一起；穿过把手侧面通孔的螺栓与螺母以及定位块阳119与定位块阴110的结合连接，用于实现左右车箱体的快速拼接。5.一种模块化轮式磁吸附爬壁机器人，其特征是：所述左车箱体驱动电机103和左车箱体减速器101固定在一起后，竖直布置在左车箱体驱动电机和左车箱体减速器支撑件105搭建构成的笼形结构内部；左车箱体减速器固定支座108为一“凸”字形形状，其上端经左车箱体减速器的固定法兰孔固定在左车箱体减速器上101，其底端固定在左车箱体底部盖板上，用于实现将驱动电机103与减速器101的固定与定位；左车箱体前输出轴贯穿左车箱体减速器101固定在轴承支座上，左车箱子体输出后轴104与左车箱体输出前轴平行固定在轴承支座上，左车箱体前输出轴和左车箱体后输出轴104均一端固定左车箱体同步带轮109、111，一端固定轮式永磁吸附单元210、220，两个左车箱体同步带轮109、111间张紧左车箱体同步带106，用于将左车箱体驱动电机输出的力和力矩传递到左车箱体输出后轴104上，实现单侧车体两磁轮210、220的同速转动，实现整个车体的四轮四驱形式。6.一种模块化轮式磁吸附爬壁机器人，其特征是：所述轮式永磁吸附单元由环形永磁体217、外侧导磁轭铁211、内侧导磁轭铁213、定位套219和磁轮外侧橡胶212构成，所述环形永磁体217由强磁性材料：钕铁硼制备而成的环状结构，该环状结构为轴向充磁状态，该环形永磁体用于提供产生吸附力的强磁环境；所述外侧导磁轭铁211为柱状“山”字形结构，在其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：张卫，黄哲轩，张庆华，禹青，
申请(专利权)人：洛阳圣瑞智能机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41