CN103332232B - 钢板爬壁机器人 - Google Patents

Abstract

本发明型公开了一种钢板爬壁机器人，包括底盘和安装在底盘上的行走装置，行走装置由通过链轮安装在底盘上的履带构成，所述履带所围成的范围内设有绕组和铁芯，绕组平行于履带绕在铁芯中，所述铁芯安装在底盘上，所述履带由整体导电不导磁的金属材料制备。本发明结构简单、装配容易且吸附力强大，作业灵活。

Description

钢板爬壁机器人

技术领域

本发明涉及人工智能领域，具体的指一种钢板爬壁机器人。

背景技术

目前，世界各国都在积极研发各种形式的机器人，广泛应用与军事、科研、工业、民用等领域。爬壁机器人，因其能代替人从事各种外壁的高危作业而被广泛应用，其中在船舶领域，爬壁机器人的使用，能使船体除锈、清洁、喷漆等工艺得到明显改进，工人工作条件得到改善，目前，在船舶领域，比较广泛使用的爬壁机器人主要采用轮式、履带式永磁吸附，但这样的爬壁机器人主要存在下面一些问题：

1、轮式爬壁机器人采用大块永磁体提供吸附力，重量大，并且吸附力不及电磁铁，降低了附壁功能与负载能力。随着任务范围的拓展，搭载工具的增加，要求机器人在自重尽可能降低的前提下，进一步提高负载能力。

2、履带式永磁吸附方式多把永磁体安装在履带上，装配难度大，多块永磁体通过履带运动轮流吸附或脱离钢板，即消耗能量又限制运行速度的提高。

3、轮式、履带式永磁吸附爬壁机器人的驱动***一般采用旋转电机，通过传动机构驱动车轮或履带，安装结构复杂，驱动功率低。

4、轮式、履带式永磁吸附爬壁机器人适用于壁面近似竖直、平坦的广阔船壁两侧，但在船头、船尾、船舶腹底等大曲面非结构化壁面上存在吸附能力弱的问题。

5、轮式、履带式永磁吸附爬壁机器人采用永磁体材料，物理化学性质不稳定，材质脆，耐腐蚀性差，易退磁，制造和维护成本高。

发明内容

本发明的目的就是要克服上述不足，提供一种结构简单，装配容易且吸附力强大作业灵活的钢板爬壁机器人。

为实现上述目的，本发明所设计的钢板爬壁机器人，包括底盘和安装在底盘上的行走装置，行走装置由通过链轮安装在底盘上的履带构成，其特殊之处在于：所述履带所围成的范围内设有绕组和铁芯，绕组平行于履带行走面绕在铁芯中，所述铁芯安装在底盘上，所述履带由整体导电不导磁的的金属材料制备。

进一步地，所述行走装置中履带通过链轮设置在底盘左右两侧。

更进一步地，所述铁芯呈条形与履带行走面平行设置，在铁芯中沿铁芯纵向布置有多个与履带行走方向水平垂直的槽，所述绕组在槽之间绕制。

再进一步地，所述绕组采用星形连接或者三角形连接。

再进一步地，所述履带由多块铜或铝条并排链接而成，相邻两铜或铝条端部用柔性导线导通。

再进一步地，所述履带外表面加工有横向纹路。

再进一步地，所述底盘上安装有作业装置。

本发明在结构上具有以下优点：

1、由于直线感应电机在产生推力的同时，也产生钢板对机器人的吸附力，推力和吸附力由一套电磁机构完成，简化了***结构。

2、直线感应电机能产生直接的推力，省去了采用旋转电机时用于运动形式转换的传动装置，进一步使机械结构简化。

3、直线感应电机沿履带方向安装，利用钢板作为直线感应电机的部分磁路，减少了电机本体对铁磁材料的使用，直接降低体积与重量，并使结构布局合理、紧凑。

本发明在运行和使用性能上主要有以下特点：

1、直线感应电机能实现大推力驱动，提高负载能力。结合现代交流调速技术，能进一步实现快速、灵活的控制。

2、与永磁吸附方式比较，采用电磁吸附方式，吸附力更大，可控性能好，材料的物理性能和化学性能稳定，没有恶劣工作条件下退磁的问题。

附图说明

图1为钢板爬壁机器人结构示意图。

图2为图1的右视图。

图3为本发明的原理图。

图4为图1中履带的结构示意图。

图中：初级部分1，绕组2，铁芯3，底盘4，履带5，链轮6，链轮轴6.1，钢板7，推力8，磁场运动方向9，动子运动方向11，法向吸引力12，作业装置13。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明型作进一步的详细描述：

图中所示钢板爬壁机器人，包括底盘4和安装在底盘4上的行走装置，底盘4上安装有作业装置13，行走装置设置在底盘4左右两侧，行走装置由通过链轮6安装在底盘4上的履带5构成，底盘4左右两侧的履带5所围成的范围内分别设有绕组2和铁芯3，铁芯3安装在底盘4上，履带5由链轮撑起，不与绕组2和铁芯3接触，链轮6分别布置在铁芯3的前后两侧，链轮6也可以与铁芯3制成一体结构，链轮6通过链轮轴6.1连接在底盘4上；如图4所示，履带5为导电不导磁的材料，通常情况下选择铜或者铝，履带5由多块条形铜板或者铝板并排链接而成，两相邻条形铜板或者铝板端部连接有柔性导线，实现电路连接，；履带5外表面加工有横向纹路；底盘4上安装有作业装置。

本发明采用了直线感应电机原理，绕组2和铁芯3形成直线感应电机初级部分1，绕组2由拖曳电缆供电；履带5由链轮6撑起围绕着直线感应电机初级部分1，但并不与初级部分1接触，履带5被链轮6撑起与初级部分1形成了一定的间隙，以避免履带5与初级部分1之间发生摩擦；履带5外表面直接与作业钢板7接触，并与作业钢板7共同形成直线感应电机的次级部分。履带5在与磁场做相对运动时通过电磁感应产生涡流，继而产生强大的电磁力。履带5与钢板7接触面加工有横向纹路，这样增大了履带5与垂直钢板7平面之间的静摩擦。

本装置运行原理图，如图3所示：

1、初级部分1建立垂直方向的横向运动磁场，横向运动磁场切割履带5的铝板和钢板7，产生向后的电磁力9，由于履带5的铝板和钢板7静止，初级部分1获得向前的推力8，推力8通过底盘传递给链轮6，链轮6转动带动履带5运动，导致平台前进；

2、初级部分1通电后由于电磁原理，将和次级部分产生法向吸引力12，在普通的直流电机中，一般会尽量克服这种力，以减小前进摩擦力，而这里的电机则利用这种法向吸引力12，使钢板对机器人产生吸附作用，钢板7不仅为机器人提供了运动平面，同时也构成了直线电机的部分磁路；

3、履带5由多块条形铜板或者铝板链接而成，履带5在与磁场做相对运动时通过电磁感应产生涡流，继而产生电磁力，这样比仅用钢板7及初级部分1形成的直线电机能获得更大的电磁力。

这种机器人能为移动平台同时提供足够的推进力8和吸附力12。

运行时，铁芯3与作业钢板7之间产生电磁吸力，使平台附着于垂直作业钢板7上。与作业钢板7接触部分的履带5由于静摩擦保持静止，并作为直线感应电机的定子绕组，通过电磁作用，为初级部分1提供与作业钢板7平面平行的推力，该推力使初级部分1带动链轮6旋转，驱动履带5滚动。机器人采用双履带结构，通过拖曳电缆向两侧履带内绕组2分别供电，对供入三相电的相序、频率、电压进行调整，从而控制另机器人前进、后退或者灵活转向。图2为本发明装置俯视图，在双履带5链接部分底盘4上可装载机器人作业所需装置13。

Claims (6)

1.一种钢板爬壁机器人，包括底盘(4)和安装在底盘(4)上的行走装置，行走装置由通过链轮(6)安装在底盘(4)上的履带(5)构成，其特征在于：所述履带(5)所围成的范围内设有绕组(2)和铁芯(3)，绕组(2)平行于履带(5)行走面绕在铁芯(3)中，所述铁芯(3)安装在底盘(4)上，所述履带(5)由多块铜或铝条并排链接而成，相邻两铜或铝条端部用柔性导线导通。

2.如权利要求1所述钢板爬壁机器人，其特征在于：所述行走装置中履带(5)通过链轮(6)设置在底盘(4)左右两侧。

3.如权利要求2所述钢板爬壁机器人，其特征在于：所述铁芯(3)呈条形与履带(5)行走面平行设置，在铁芯(3)中沿铁芯(3)纵向布置有多个与履带(5)行走方向水平垂直的槽，所述绕组(2)在槽之间绕制。

4.如权利要求3所述钢板爬壁机器人，其特征在于：所述绕组(2)采用星形连接或者三角形连接。

5.如权利要求4所述钢板爬壁机器人，其特征在于：所述履带(5)外表面加工有横向纹路。

6.如权利要求1至5中任一项权利要求所述钢板爬壁机器人，其特征在于：所述底盘(4)上安装有作业装置(13)。