本发明专利技术公开了一种多驱动轮组合曲面自适应球罐检测机器人，包括主车架、四组自适应悬架机构、四组行走机构和工业相机；每组行走机构均包括吸附轮安装架、两个永磁吸附轮和吸附轮驱动装置；两个永磁吸附轮能沿球罐的内或外壁面进行滚动行走；每组自适应悬架机构均包括X、Y向自适应悬架；X向自适应悬架包括X向旋转轴、X向连板和X向拉紧弹簧；Y向自适应悬架包括Y向旋转轴和两组Y向拉紧弹簧；工业相机能实时采集球罐焊缝图像。本发明专利技术具有多个方向的曲率适应，能够进行多种尺寸球罐内外壁焊缝的自动检测，能够解决传统球罐焊缝检测耗时长、费用高、人员安全性差等问题，提升检测机器人的球面运行的适应性与稳定性，提高检测效率和可靠性。性。性。
【技术实现步骤摘要】
多驱动轮组合曲面自适应球罐检测机器人
[0001]本专利技术涉及特种机器人，特别是一种多驱动轮组合曲面自适应球罐检测机器人。
技术介绍
[0002]作为特殊的承压类仓储装备，大型工业球罐通常直径达十几米，由多组厚钢板焊接而成。由于存储物质的腐蚀、内部压力变化、焊接应力释放等原因，在焊缝连接处可能会产生内部缺陷和损伤，影响球罐装备的安全使用。目前随着数字平板射线检测(DR)、超声TOFD等无损检测技术不断发展，在检测可靠性、结果可追溯性、作业效率等方面有无法比拟的优势，但这些无损检测新技术的现场实施与应用很大程度上依赖于高效可靠的技术工艺装备。由于缺乏有效的自动化工艺装备，难以实现对大型球罐空间表面的快速检测。而爬壁机器人可以携带设备及工具运行在高空球罐环境下，进行自动化的检测与维护，有效减少人员的作业劳动强度、高空意外风险，提升检测效率。
[0003]目前大部分的检测机器人通常应用在垂直壁面上，在复杂空间弧面和球面上的研究和突破较少。机器人在弧面作业存在诸多难题，比如吸附稳定性、曲面适应性、负载性能、越障性能都需要考虑并解决。而曲面适应性能是决定检测机器人是否可以平稳吸附和运行在球形工作面的关键，只有机器人在弧形、球形工作面稳定运行的前提下，才能实现更加精确、自动化的作业控制。
技术实现思路
[0004]本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种多驱动轮组合曲面自适应球罐检测机器人，该多驱动轮组合曲面自适应球罐检测机器人具有多个方向的曲率适应，能够进行多种尺寸球罐内外壁焊缝的自动检测，能够解决焊缝检测过程中需要人工参与的问题，提高检测的效率和可靠性，实现焊缝检测的自动化。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：
[0006]一种多驱动轮组合曲面自适应球罐检测机器人，包括主车架、四组自适应悬架机构、四组行走机构和工业相机。
[0007]四组行走机构通过四组自适应悬架机构安装在主车架的底部四角位置。
[0008]每组行走机构均包括吸附轮安装架、两个永磁吸附轮和吸附轮驱动装置。
[0009]两个永磁吸附轮对称安装在吸附轮安装架的外侧壁面上，每个永磁吸附轮均能吸附在球罐的内或外壁面上并能在吸附轮驱动装置的驱动下，沿球罐的内或外壁面进行滚动行走。
[0010]每组自适应悬架机构均包括安装支架、X向自适应悬架和Y向自适应悬架；其中，X向为主车架宽度方向，Y向为主车架长度方向。
[0011]安装支架设置在主车架的底部。
[0012]X向自适应悬架包括X向旋转轴、X向连板和X向拉紧弹簧。
[0013]X向旋转轴转动安装在安装支架的外侧端部，X向连板的一端与X向旋转轴相铰接，
另一端与X向拉紧弹簧相铰接，X向拉紧弹簧的另一端铰接在安装支架的内侧端部。
[0014]Y向自适应悬架包括Y向旋转轴和两组Y向拉紧弹簧。
[0015]Y向旋转轴转动设置在关于两个永磁吸附轮对称的吸附轮安装架中心处，且Y向旋转轴与X向连板直接或间接相铰接。
[0016]两组Y向拉紧弹簧对称布设在Y向旋转轴两侧，每组Y向拉紧弹簧的顶端与X向连板直接或间接相铰接；每组Y向拉紧弹簧的底端均铰接在吸附轮安装架底部。
[0017]工业相机通过相机支架设置在主车架的前端中心，用于实时采集球罐焊缝图像。
[0018]当机器人在球罐的内或外表面运动时，各磁轮均受磁力能紧贴球罐表面吸附，同时四组自适应悬架分别通过X向旋转轴和Y向旋转轴进行旋转，根据球面的曲率变化状况自适应调整磁轮在X向、Y向的倾斜角度，主车架受X向拉紧弹簧、Y向拉紧弹簧的作用力依旧保持稳定状态，机器人整体能适应4m以上直径的球罐的内外球面，自适应悬架机构在Y向的倾斜角度与球罐半径的关系式为：
[0019][0020]式中，α
y
代表自适应悬架机构在Y向上朝机器人中心内侧的倾斜角度，l
c
为长度方向上同侧的两组自适应悬架机构的四个永磁吸附轮的最远中心距，R
q
为球罐半径。
[0021]自适应悬架机构在X向的倾斜角度与球罐半径的关系式为：
[0022][0023]式中，β
x
代表自适应悬架机构在X向上朝机器人中心内侧的倾斜角度，w
c
为宽度方向上自适应悬架机构的永磁吸附轮的中心距，R
q
为球罐半径。
[0024]吸附轮安装架为长方形的框架结构，包括外长侧板、内长侧板和两块短侧板；外长侧板和内长侧板沿主车架的行进方向平行布设，并通过两块短侧板实现端部连接，使得吸附轮安装架具有安装空腔。
[0025]Y向自适应悬架还包括N型固定架和H型固定架；N型固定架顶面设置在X向连板底部，N型固定架的两个腿部伸入吸附轮安装架的安装空腔内，并与位于安装空腔内的Y向旋转轴相铰接。
[0026]H型固定架卧式设置在N型固定架的外侧壁顶部，H型固定架两侧的两个凹槽分别与两组Y向拉紧弹簧的顶端相铰接。
[0027]安装支架包括π型固定板和两根侧面固定支架。
[0028]两根侧面固定支架沿X向平行布设，两根侧面固定支架的外侧端部与X向旋转轴的两端相铰接，两根侧面固定支架的内侧端部通过π型固定板相连接。
[0029]X向拉紧弹簧具有两根，且平行设置；两根X向拉紧弹簧的尾端分别与π型固定板的两个腿部相铰接。
[0030]安装支架还包括上端固定架，上端固定架呈N型，设置在邻近上端固定架的两根侧面固定支架之间；上端固定架顶面安装在主车架底部，上端固定架的两个腿部分别与两根侧面固定支架的内侧壁相连接。
[0031]每个永磁吸附轮均包括导磁轮体、环形永磁铁、保护圈和永磁轮端盖。
[0032]导磁轮体具有两个，对称布设在环形永磁体的两侧，并将环形永磁体嵌设在内，环形永磁体的磁力通过两个导磁轮体进行磁力传递。
[0033]保护圈同轴套设在环形永磁体外周。
[0034]永磁轮端盖用于将导磁轮体与吸附轮驱动装置相连接。
[0035]吸附轮驱动装置包括驱动电机和同步传动机构。
[0036]驱动电机通过同步传动机构带动每组行走机构中的两个永磁吸附轮同步滚动行走。
[0037]主车架包括左侧安装板、右侧安装板、前部外壳和后部外壳；左侧安装板上设置有电量显示模块，右侧安装板上设置有航空插头和急停开关；前部外壳顶部设置有显示屏和机器人状态显示器。
[0038]本专利技术具有如下有益效果：本专利技术通过永磁吸附轮提供磁力可以吸附在金属的球罐内壁面或外壁面上，并通过四组自适应悬架机构在X向、Y向调整八个永磁吸附轮的角度来适应球形、弧形工作面；因而，具有多个方向的曲率适应，能够进行多种尺寸球罐内、外壁焊缝的自动检测，能够解决传统球罐焊缝检测耗时长、费用高、人员安全性差等问题，提升检测机器人的球面运行的适应性与稳定性，提高检测的效率和可靠性，实现焊缝检测的自动化。
附图说明
[0039]图本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种多驱动轮组合曲面自适应球罐检测机器人，其特征在于：包括主车架、四组自适应悬架机构、四组行走机构和工业相机；四组行走机构通过四组自适应悬架机构安装在主车架的底部四角位置；每组行走机构均包括吸附轮安装架、两个永磁吸附轮和吸附轮驱动装置；两个永磁吸附轮对称安装在吸附轮安装架的外侧壁面上，每个永磁吸附轮均能吸附在球罐的内或外壁面上并能在吸附轮驱动装置的驱动下，沿球罐的内或外壁面进行滚动行走；每组自适应悬架机构均包括安装支架、X向自适应悬架和Y向自适应悬架；其中，X向为主车架宽度方向，Y向为主车架长度方向；安装支架设置在主车架的底部；X向自适应悬架包括X向旋转轴、X向连板和X向拉紧弹簧；X向旋转轴转动安装在安装支架的外侧端部，X向连板的一端与X向旋转轴相铰接，另一端与X向拉紧弹簧相铰接，X向拉紧弹簧的另一端铰接在安装支架的内侧端部；Y向自适应悬架包括Y向旋转轴和两组Y向拉紧弹簧；Y向旋转轴转动设置在关于两个永磁吸附轮对称的吸附轮安装架中心处，且Y向旋转轴与X向连板直接或间接相铰接；两组Y向拉紧弹簧对称布设在Y向旋转轴两侧，每组Y向拉紧弹簧的顶端与X向连板直接或间接相铰接；每组Y向拉紧弹簧的底端均铰接在吸附轮安装架底部；工业相机通过相机支架设置在主车架的前端中心，用于实时采集球罐焊缝图像。2.根据权利要求1所述的多驱动轮组合曲面自适应球罐检测机器人，其特征在于：当机器人在球罐的内或外表面运动时，各磁轮均受磁力能紧贴球罐表面吸附，同时四组自适应悬架分别通过X向旋转轴和Y向旋转轴进行旋转，根据球面的曲率变化状况自适应调整磁轮在X向、Y向的倾斜角度，主车架受X向拉紧弹簧、Y向拉紧弹簧的作用力依旧保持稳定状态，机器人整体能适应4m以上直径的球罐的内外球面，自适应悬架机构在Y向的倾斜角度与球罐半径的关系式为：式中，α
y
代表自适应悬架机构在Y向上朝机器人中心内侧的倾斜角度，l
c
为长度方向上同侧的两组自适应悬架机构的四个永磁吸附轮的最远中心距，R
q
为球罐半径；自适应悬架机构在X向的倾斜角度与球罐半径的关系式为：式中，β
x
代表自适应悬架机构在X向上朝机器人中心内侧的倾斜角度，w
c
为宽度方向上自适应悬架机构的永磁吸附轮的中心距，R
q...
【专利技术属性】
技术研发人员：李杰，徐丰羽，王兴松，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：
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