[發(fā)明專利]一種用于金屬壁面焊縫跟蹤的爬壁機(jī)器人

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• 申請日: 2020-08-26
• 公開（公告）號: CN112224294A
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王興松;李杰;田夢倩
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: B62D57/024
• 分類號: B62D57/024;G01N29/24;G01N29/04
• 代理公司: 南京眾聯(lián)專利代理有限公司 32206
• 代理人: 薛雨妍

本發(fā)明公開了一種用于金屬壁面焊縫跟蹤的爬壁機(jī)器人，主要包括包括車架、跟蹤組件、四組磁輪組件、兩個(gè)編碼器、兩個(gè)電機(jī)等。車架底部連接碳纖維底板、內(nèi)部安裝兩個(gè)擋板。每組磁輪機(jī)構(gòu)包括環(huán)形磁鐵、保護(hù)圈、兩個(gè)導(dǎo)磁件、外側(cè)端蓋、法蘭連接軸、軸承固定座、軸承、同步輪和電機(jī)固定座，兩組磁輪組件對稱布置并分別連接電機(jī)、編碼器，一側(cè)的磁輪組件通過同步帶傳動。跟蹤組件包括相機(jī)、相機(jī)支架、Ⅱ型固定座、滑動座、提升螺栓。磁輪組件通過螺栓固定在車架兩側(cè)，相機(jī)組件通過螺栓安裝在車架中心位置。該機(jī)器人通過磁輪組件實(shí)現(xiàn)在金屬壁面的吸附、通過跟蹤組件對焊縫位置進(jìn)行識別，進(jìn)而通過運(yùn)動調(diào)整實(shí)現(xiàn)對焊縫跟蹤。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬機(jī)器人工程領(lǐng)域，具體來說涉及一種用于金屬壁面焊縫跟蹤的爬壁機(jī)器人。

背景技術(shù)

近年來，隨著工業(yè)發(fā)展，特種設(shè)備使用數(shù)量急劇增長。在大型金屬設(shè)備（如球罐、貯罐）結(jié)構(gòu)中，焊縫結(jié)構(gòu)是最薄弱的，極易出現(xiàn)缺陷從而帶來極大的安全隱患，在焊接部件和結(jié)構(gòu)中，裂縫會導(dǎo)致使用壽命和性能的損失，在進(jìn)行檢測為了確保使用的安全性，需要定期檢查焊縫。常規(guī)檢測需要搭設(shè)腳手架，周期長、人工費(fèi)高昂，且人工檢測對操作人員的專業(yè)水平要求較高，操作失誤極易對人身造成危險(xiǎn)。通過爬壁機(jī)器人可以有效代替人工測試，提升工作效率。

到目前為止，國內(nèi)外已經(jīng)研究了不同種類能夠攀爬墻壁垂直表面的爬壁機(jī)器人。使用真空吸盤的機(jī)器人可以在幾乎所有類型的墻壁上移動，只要表面條件平滑且其吸附力易于控制。然而，由于它總是必須通過真空泵或具有噴射器的壓縮機(jī)產(chǎn)生真空，因此持續(xù)需要巨大的能量來維持穩(wěn)定的壁吸附姿勢，因此其實(shí)際使用的可行性相當(dāng)有限。磁吸附也是另一種研究較多的吸附方式，分為永磁體吸附和電磁吸附。磁吸附較為可靠，但是其只能滿足磁性壁面的爬壁，一般材料壁面還有許多特殊金屬壁面如奧氏體不銹鋼等也不能使用磁吸附。最近也提出使用彈性體進(jìn)行吸附，但吸附力是有限的，并且還不太實(shí)用。

目前，常用的爬壁機(jī)器人利用永磁鐵提供吸附力，但缺乏完整有效的磁吸附措施，常見的磁輪直接使用圓形磁鐵吸附在金屬表面，表面經(jīng)常損壞而不能多次使用。定制特殊形狀的磁鐵成本高昂，不利于爬壁機(jī)器人的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明公開了一種用于金屬壁面焊縫跟蹤的爬壁機(jī)器人，采用靈巧結(jié)構(gòu)的磁輪組件實(shí)現(xiàn)對金屬壁面的吸附，并可以快速更換與拆卸，通過設(shè)計(jì)的外側(cè)導(dǎo)磁件和內(nèi)側(cè)導(dǎo)磁件配合實(shí)現(xiàn)和金屬面形成更大的磁通路。

該機(jī)器人搭載跟蹤組件，并可以調(diào)節(jié)相機(jī)高度，實(shí)現(xiàn)不同高度的焊縫圖像獲取，可用于焊縫跟蹤計(jì)算。

一種用于金屬壁面焊縫跟蹤的爬壁機(jī)器人，包括車架、碳纖維底板、兩個(gè)擋板、四組磁輪組件、用于連接一側(cè)磁輪組件的同步帶和跟蹤組件、兩個(gè)電機(jī)和兩個(gè)編碼器，每個(gè)磁輪組件包括環(huán)形磁鐵、保護(hù)圈、外側(cè)導(dǎo)磁件、內(nèi)側(cè)導(dǎo)磁件、外側(cè)端蓋、法蘭連接軸、軸承固定座、軸承、同步輪和電機(jī)固定座，跟蹤組件包括相機(jī)、相機(jī)支架、兩個(gè)Ⅱ型固定座、兩個(gè)滑動座和兩個(gè)提升螺栓；碳纖維底板中心預(yù)留圓孔，跟蹤組件通過兩個(gè)Ⅱ型固定座和碳纖維底板連接，并確保相機(jī)位于碳纖維底板中心處。

本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述磁輪組件通過軸承固定座和電機(jī)固定座安裝于車架上，其中電機(jī)固定座固定設(shè)置在所述車架的內(nèi)側(cè)，同步輪位于所述電機(jī)固定座內(nèi)；其中位于同一側(cè)的一個(gè)電機(jī)固定座的外端連接電機(jī)，另一個(gè)電機(jī)固定座的外端固定編碼器；其中每個(gè)電機(jī)與同步輪連接固定；位于同側(cè)的兩個(gè)同步輪之間通過同步帶連接；所述軸承通過外卡簧固定在軸承固定座內(nèi)，并且通過內(nèi)卡簧固定到法蘭連接軸上；所述同步輪通過內(nèi)卡簧固定在法蘭連接軸的末端。

本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述環(huán)形磁鐵安裝在保護(hù)圈內(nèi)側(cè)，并且環(huán)形磁鐵內(nèi)側(cè)面和內(nèi)側(cè)導(dǎo)磁件貼合，環(huán)形磁鐵外側(cè)面外和外側(cè)導(dǎo)磁件貼合；外側(cè)端蓋通過螺栓把外側(cè)導(dǎo)磁件、內(nèi)側(cè)導(dǎo)磁件連接到法蘭連接軸上構(gòu)成整體，環(huán)形磁鐵通過外側(cè)導(dǎo)磁件、內(nèi)側(cè)導(dǎo)磁件和工作金屬面形成完整磁路。