[发明专利]用于火电厂锅炉水冷壁行走作业的爬壁机器人

说明书

本发明公开了一种用于火电厂锅炉水冷壁作业的爬壁机器人，包括双臂悬架系统、越障吸附系统、自适应转向系统、清扫系统、转向角量测分析技术。所述双臂悬架系统包括主梁、框形车架、转向器、固定器、悬架双横臂、减振装置、轮毂电机；所述越障吸附系统包括平行四边形越障摇臂、磁钢箱及阵列永磁体、复位装置；所述自适应转向系统包括球头件、梯形斜边件、自适应梯形短连杆；所述清扫系统包括盘式对旋刷、传动系统和钝三角灰渣分离机构；所述转向角量测分析技术包括磁敏元件、深度神经网络模型、数据融合滤波器。基于以上设计，本发明的水冷壁爬壁机器人可显著提高壁面吸附稳定性、复杂壁面适应性、运动及越障能力，可实施高效的水冷壁行走作业。

技术领域

本发明涉及机器人技术开发与应用领域，特别是一种用于火电厂锅炉水冷壁行走作业的爬壁机器人。

背景技术

火电厂锅炉的水冷壁由大量并排的钢管和鳍片交替焊接构成，传导锅炉内燃烧产生的热来产生蒸汽或热水。受炉内高温氧化和煤渣冲刷的持续作用，钢管面向炉膛内部的外表容易出现凹坑、裂纹与破损等缺陷，钢管局部强度的降低可能产生爆管泄漏的安全问题。定期检测水冷壁钢管的状况，对于排除安全隐患、减少经济损失至关重要。

针对水冷壁的检测可采用人工和装置作业两种途径，前者需要搭建满炉膛的脚手架，耗时耗力且存在极大人身安全隐患，后者需要装置具有极强的环境适应能力。针对后者，爬壁机器人因可以配备灵活的壁面行走能力，是以装置代替人力开展水冷壁检测的时代选择。

管形壁面的工作环境十分恶劣，爬壁机器人开展有效行走需要极为可靠的结构与控制方法支撑。结构方面既需要适应复杂变化的壁面情况，也需要提供足够的吸附力；控制方面既需要提供足够定位精度，也需要保障期望路线的有效跟踪。

目前，爬壁机器人主要根据吸附和行走方式进行区分。竖直壁面上的吸附方式主要有负压吸附、磁力吸附、推力吸附和粘着剂吸附等。磁力吸附式只适用于导磁性材料构成的壁面,在保证吸附距离的前提下，能产生远超其它吸附方式的吸附力,且受到壁面缺陷的影响较低。磁吸附式爬壁机器人依磁力来源可分为电磁式和永磁式两种。电磁式爬壁机器人吸力可调节，但是突然断电或电力不足将造成磁吸附力减小，进而可能引发机器人坠落事故；永磁式爬壁机器人的吸附力不受断电影响,但吸附力大小受吸附距离影响且距离不易主动调节。

目前，面向水冷壁的爬壁机器人，吸附方式主要采取永磁式。永磁铁可放置于轮式机器人的轮毂中，既可保证吸附距离，也可节省空间，但永磁铁的利用率较低；永磁铁也可悬于车架下方以提高利用率，但与壁面的距离保持存在困难；另外，可采用履带式行走机构，将永磁铁镶嵌在履带上，然而履带行走机构本身的转向难题加上复杂管壁条件，使得该种方式应用十分困难。

发明内容

有鉴于此，本发明针对现有水冷壁管外缺陷检测途径存在劳动强度高、作业效率低和安全隐患大等问题，及现有爬壁机器人重量过大、运动迟钝、适应性差、扩展性低、成本高昂等缺点，提出一种高适应性爬壁机器人设计。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种用于火电厂锅炉水冷壁行走作业的爬壁机器人，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、前端灰渣清扫系统以及基于磁场训练的梯形转向角量测分析技术。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转向器与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转向器与固定器纵臂上的弹簧复位装置。所述壁面障碍自适应的梯形转向系统包括与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技术包括固连于车架上的磁敏元件、深度神经网络模型、数据融合滤波器。基于以上设计，本发明的爬壁机器人可显著提高壁面吸附稳定性、复杂壁面适应性、运动及越障能力，可实施高效的水冷壁行走作业。