[发明专利]一种用于金属壁面焊缝跟踪的爬壁机器人

说明书

本发明公开了一种用于金属壁面焊缝跟踪的爬壁机器人，主要包括包括车架、跟踪组件、四组磁轮组件、两个编码器、两个电机等。车架底部连接碳纤维底板、内部安装两个挡板。每组磁轮机构包括环形磁铁、保护圈、两个导磁件、外侧端盖、法兰连接轴、轴承固定座、轴承、同步轮和电机固定座，两组磁轮组件对称布置并分别连接电机、编码器，一侧的磁轮组件通过同步带传动。跟踪组件包括相机、相机支架、Ⅱ型固定座、滑动座、提升螺栓。磁轮组件通过螺栓固定在车架两侧，相机组件通过螺栓安装在车架中心位置。该机器人通过磁轮组件实现在金属壁面的吸附、通过跟踪组件对焊缝位置进行识别，进而通过运动调整实现对焊缝跟踪。

技术领域

本发明属机器人工程领域，具体来说涉及一种用于金属壁面焊缝跟踪的爬壁机器人。

背景技术

近年来，随着工业发展，特种设备使用数量急剧增长。在大型金属设备（如球罐、贮罐）结构中，焊缝结构是最薄弱的，极易出现缺陷从而带来极大的安全隐患，在焊接部件和结构中，裂缝会导致使用寿命和性能的损失，在进行检测为了确保使用的安全性，需要定期检查焊缝。常规检测需要搭设脚手架，周期长、人工费高昂，且人工检测对操作人员的专业水平要求较高，操作失误极易对人身造成危险。通过爬壁机器人可以有效代替人工测试，提升工作效率。

到目前为止，国内外已经研究了不同种类能够攀爬墙壁垂直表面的爬壁机器人。使用真空吸盘的机器人可以在几乎所有类型的墙壁上移动，只要表面条件平滑且其吸附力易于控制。然而，由于它总是必须通过真空泵或具有喷射器的压缩机产生真空，因此持续需要巨大的能量来维持稳定的壁吸附姿势，因此其实际使用的可行性相当有限。磁吸附也是另一种研究较多的吸附方式，分为永磁体吸附和电磁吸附。磁吸附较为可靠，但是其只能满足磁性壁面的爬壁，一般材料壁面还有许多特殊金属壁面如奥氏体不锈钢等也不能使用磁吸附。最近也提出使用弹性体进行吸附，但吸附力是有限的，并且还不太实用。

目前，常用的爬壁机器人利用永磁铁提供吸附力，但缺乏完整有效的磁吸附措施，常见的磁轮直接使用圆形磁铁吸附在金属表面，表面经常损坏而不能多次使用。定制特殊形状的磁铁成本高昂，不利于爬壁机器人的发展。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种用于金属壁面焊缝跟踪的爬壁机器人，采用灵巧结构的磁轮组件实现对金属壁面的吸附，并可以快速更换与拆卸，通过设计的外侧导磁件和内侧导磁件配合实现和金属面形成更大的磁通路。

该机器人搭载跟踪组件，并可以调节相机高度，实现不同高度的焊缝图像获取，可用于焊缝跟踪计算。

一种用于金属壁面焊缝跟踪的爬壁机器人，包括车架、碳纤维底板、两个挡板、四组磁轮组件、用于连接一侧磁轮组件的同步带和跟踪组件、两个电机和两个编码器，每个磁轮组件包括环形磁铁、保护圈、外侧导磁件、内侧导磁件、外侧端盖、法兰连接轴、轴承固定座、轴承、同步轮和电机固定座，跟踪组件包括相机、相机支架、两个Ⅱ型固定座、两个滑动座和两个提升螺栓；碳纤维底板中心预留圆孔，跟踪组件通过两个Ⅱ型固定座和碳纤维底板连接，并确保相机位于碳纤维底板中心处。

本发明进一步改进在于：所述磁轮组件通过轴承固定座和电机固定座安装于车架上，其中电机固定座固定设置在所述车架的内侧，同步轮位于所述电机固定座内；其中位于同一侧的一个电机固定座的外端连接电机，另一个电机固定座的外端固定编码器；其中每个电机与同步轮连接固定；位于同侧的两个同步轮之间通过同步带连接；所述轴承通过外卡簧固定在轴承固定座内，并且通过内卡簧固定到法兰连接轴上；所述同步轮通过内卡簧固定在法兰连接轴的末端。

本发明进一步改进在于：所述环形磁铁安装在保护圈内侧，并且环形磁铁内侧面和内侧导磁件贴合，环形磁铁外侧面外和外侧导磁件贴合；外侧端盖通过螺栓把外侧导磁件、内侧导磁件连接到法兰连接轴上构成整体，环形磁铁通过外侧导磁件、内侧导磁件和工作金属面形成完整磁路。