[发明专利]用于火电厂锅炉水冷壁行走作业的爬壁机器人

权利要求书

1.一种用于火电厂锅炉水冷壁行走作业的爬壁机器人，其特征在于：包括爬壁机器人双臂悬架系统、平行四边形越障吸附系统、壁面障碍自适应梯形转向系统、前端灰渣清扫系统和基于磁场训练的梯形转向角量测分析系统；

所述爬壁机器人双臂悬架系统包括脊柱式主梁、主梁纵平面内的框形车架、前轮毂电机转向器、后轮毂电机固定器、悬架双横臂以及减振装置；

所述平行四边形越障吸附系统包括铰接于前轮毂电机转向器与后轮毂电机固定器的平行四边形越障摇臂、作为平行四边形底边的磁钢箱、配置于磁钢箱内部的Halbach永磁体组合以及装配在前轮毂电机转向器与后轮毂电机固定器纵臂上的弹簧复位装置；

所述壁面障碍自适应梯形转向系统包括与前轮毂电机转向器固连的梯形斜边件及具有壁面障碍自适应的梯形短连杆；

所述前端灰渣清扫系统包括平行于壁面的盘式对旋清扫刷、同步驱动子系统和钝角灰渣分离机构；

所述基于磁场训练的梯形转向角量测分析系统包括固连于车架上的磁敏元件、深度神经网络模型和数据融合滤波器；

所述脊柱式主梁为贯穿机器人前后悬架的脊柱式设计；所述主梁纵平面内的框形车架包括前转向驱动轮方框车架和后驱动轮方框车架；所述前轮毂电机转向器和后轮毂电机固定器均包括轮轴连接件、用于支撑吸附装置的纵臂，所述前轮毂电机转向器还包括支撑前轮组双横臂的球铰件，所述后轮毂电机固定器还包括支撑后轮组双横臂的铰链件；所述悬架双横臂包括面向各轮的上、下平行横臂，所述减振装置为铰接于车架与下横臂的弹簧减振器；

所述平行四边形越障摇臂由四块不锈钢片分前后两组构成，其中上端处分别与前轮毂电机转向器和后轮毂电机固定器的纵臂两端铰接，中上端处铰接点占摇臂分段的比例相同，且上端抵靠在弹簧复位装置上，下端与磁钢箱铰接；

所述梯形转向系统包括用于提供满足前、后轮阿克曼约束的梯形斜边和短边配置；梯形短边由双弧形Y字滑槽杆与短杆铰接构成，在转向轮被障碍物抬高时，梯形短边可自适应调节长度和铰接点高度，避免对另一转向轮造成不利影响；

所述盘式对旋清扫刷与同步驱动子系统由直流电机带动对旋啮合齿轮和同轴同步带轮组成，经同步带驱使清扫刷旋转，对旋清扫刷末端存在少量重叠，保证对管壁的清扫效果；处于清扫刷后部的钝角灰渣分离机构，包括两侧紧贴清扫刷的灰渣剥离杆和其后的钝角挡泥板，前者剥离刷子上的灰渣，当机器人沿壁面上行时，可使灰渣沿钝角挡泥板的斜面滑动到机器人左右两侧并掉落，避免影响机器人轮面的摩擦力；

所述基于磁场训练的梯形转向角量测分析系统以左右两侧转向轮的永磁吸附磁钢组为磁力来源，以固定在机器人车架上的磁敏元件为反馈元件，测量多转向角下的磁力数据，建立基于磁力输入、转向角输出的深度神经网络模型，为机器人运动控制提供基于磁分析的量测转向角，在左右前轮毂电机转向器上固连姿态传感器，实时获取左右轮的转向情况；建立数据融合滤波器，将磁分析获得的转向角、姿态传感器转向角、及差速转向下梯形变形关系加权融合，获得更准确的前轮转向情况。

2.根据权利要求1所述的用于火电厂锅炉水冷壁行走作业的爬壁机器人，其特征在于：所述悬架双横臂的上、下横臂均为扁状一字横臂样式，用以节省空间并提供有效的抗扭能力；或位于后轮处的两组横臂为A形叉臂。

3.根据权利要求1所述的用于火电厂锅炉水冷壁作业的爬壁机器人，其特征在于：所述弹簧减振器由减振上铰接连杆、减振柱形筒、减振弹簧和减振下铰接端头组成；所述减震下铰接端头通过螺栓与减振柱形筒连接，以便及时更换减振弹簧。

4.根据权利要求1所述的用于火电厂锅炉水冷壁作业的爬壁机器人，其特征在于：所述磁钢箱由不锈钢板折叠焊接而成，顶面、底面与短边端面为矩形，长边端面为倒置梯形；磁钢箱沿爬壁机器人行走方向的前后两个面，即短边端面，为斜面，用以增加爬壁机器人越障时的平滑性，磁钢箱一端斜面用螺栓连接，方便更换磁钢。

5.根据权利要求1所述的用于火电厂锅炉水冷壁作业的爬壁机器人，其特征在于：所述弹簧复位装置固连于纵臂上，由预紧复位弹簧和不锈钢外壳组成；预紧复位弹簧的一端通过不锈钢片抵住平行四边形摇臂上端；预紧复位弹簧另一端通过不锈钢片紧靠预紧螺栓；所述不锈钢外壳由不锈钢折叠焊接的单侧面开口箱体和侧面盖板组成，侧面盖板通过螺栓与箱体构成闭合空间，便于检测与更换弹簧；预紧复位弹簧一侧的端面上固连一颗与螺栓配合的螺母，另一侧端面和相连的底面预留适当长度和宽度的缝隙，便于磁钢箱避障前后摇臂通过。