CN111891246B - 一种电磁吸附式超声探伤机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电磁吸附式超声探伤机器人,涉及智能超声探伤设备技术领域,包括运载机架、爬行机构和压紧机构,所述爬行机构包括铰接在运载机架左右两侧的多个机械腿,所述压紧机构包括固定连接在运载机架内部的若干个竖直设置的压紧模块;压紧模块包括固定连接在压紧模块两端的矩形凹槽、卡接在矩形凹槽内的探头支架固定板、固定连接在探头支架固定板下表面的探头支架、固定连接在探头支架下表面的探头以及控制探头支架固定板上下移动的探头推动装置;机械腿和运载机架铰接处的铰接轴为竖直设置的。本发明作过程简单高效,增加了设备的稳定性,有效地解决了人工探伤效率低,劳动强度大等问题。
Description
技术领域
本发明涉及智能超声探伤设备技术领域,尤其是对一种大型铸锻件或大型压力容器及风电塔等高空设备的探伤机器人。
背景技术
随着我国重型装备制造业自动化、智能化水平不断提高,水电、石化、海工等领域大型钢制构件的建造和服役过程中,对全位置焊接、形貌探伤、打磨修形、涂漆除锈、无损探伤等专用机器人的需求日益迫切。磁吸附有电磁体吸附和永磁体吸附两种,电磁体爬壁机器人的磁力是电磁铁通电后产生电磁吸力,可以通过调整通电电压来调整电磁力的大小,电磁吸附式超声探伤机器人,是一款适用于大型钢制构件无损探伤的爬壁机器人,机器人采用电磁吸附方式,可以代替人工在筒节、柱体、球罐内外壁面完成探伤作业。
目前,我国大型压力容器生产焊缝无损探伤大多是采用人工手工操作,特别是大型压力容器、球罐、储油罐等在役无损探伤现场会产生有害气体污染,因此工作环境极其艰苦,该工种属于高危作业。而我国每年压力容器设备无论是生产还是在役探伤都超万台,急需提高大型压力容器无损探伤的自动化和智能探伤水平。采用机器代替人工可以提高工作效率,降低探伤成本,因此用机器替代人工是发展趋势所在,市场应用前景广阔。同时现有爬壁机器人在探伤过程中,探头与爬行面很难实现较好的耦合,如果出现耦合不好,探头跳动而导致误探或漏探,影响探伤结果,所以如何设计和改进爬壁机器人的结构,使之满足工业生产需求,是本领域技术人员亟待解决的技术难题。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种电磁吸附式超声探伤机器人,作过程简单高效,增加设备的稳定性,有效地解决人工探伤效率低,劳动强度大等问题。
为解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案是:
本发明公开了一种电磁吸附式超声探伤机器人,包括运载机架、爬行机构和压紧机构,所述爬行机构包括铰接在运载机架左右两侧的多个机械腿,所述压紧机构包括固定连接在运载机架内部的若干个竖直设置的压紧模块;压紧模块包括固定连接在压紧模块两端的矩形凹槽、卡接在矩形凹槽内的探头支架固定板、固定连接在探头支架固定板下表面的探头支架、固定连接在探头支架下表面的探头以及控制探头支架固定板上下移动的探头推动装置;机械腿和运载机架铰接处的铰接轴为竖直设置的。
本发明技术方案的进一步改进在于:运载机架左右两侧共铰接有三个、四个或六个机械腿。
本发明技术方案的进一步改进在于:所述机械腿包括一端铰接在运载机架上的大臂支架、一端铰接在大臂支架末端的小臂支架、固定连接在小臂支架末端的电磁吸盘、固定连接在运载机架上的控制运载机架与大臂支架铰接处的铰接轴转动的第一伺服关节电机、固定连接在大臂支架上的控制小臂支架与大臂支架铰接处的铰接轴转动的第二伺服关节电机。
本发明技术方案的进一步改进在于:探头支架固定板下表面固定连接有万向轮。
本发明技术方案的进一步改进在于:在探头的两侧对称设置有两个万向轮。
本发明技术方案的进一步改进在于:所述压紧机构包括并排设置的三个压紧模块。
本发明技术方案的进一步改进在于:位于中间的压紧模块的底部中间设置有一个探头,位于两边的压紧模块的底部两侧对称设置有两个探头。
本发明技术方案的进一步改进在于:所述探头推动装置包括两端固定连接在压紧模块两端的水平设置的导轨、套接在导轨上的滑块、与滑块固定连接的气缸、一端交接在滑块上一端铰接在探头支架固定板上的连接杆。
本发明技术方案的进一步改进在于:所述探头推动装置包括对称设置的两套滑块、气缸、连接杆的组合。
本发明技术方案的进一步改进在于:所述探头为直探头。
由于采用了上述技术方案,本发明取得的技术进步是:
本发明大幅度改进了常规的爬壁机器人装置,作过程简单高效,代替人工完成对油罐等大型压力容器或风电塔等高空设备的探伤,有效地解决了人工探伤效率低,劳动强度大等问题。
本发明的爬行机构灵活,可完成多种爬行动作。将爬行机构和压紧机构的空间位置尽可能分开,防止二者的干涉,增加了设备的稳定性。
机械腿的铰接轴竖直设置,使得机械腿水平方向摆动,防止运载机架竖直方向的位置起伏,方便了控制过程,增加了设备的稳定性。机械腿的铰接轴竖直设置,探头在竖直方向上移动探测,减少了探头的振动,增加了探伤的精度。
在本发明中,设置四个机械腿只是其中一种的运动结构,还可以是三足、六足或多足,根据运载机架上的控制单元,多足协调并进实现装置的上下左右运动。采用电磁吸盘能保证爬壁机器人稳定地吸附在爬行面上,可以有效解决壁面吸附与移动作业的问题,具有广泛的应用前景。机械腿的结构设置简单,便于控制,成本低廉。
本发明的万向轮使探头在爬行面上平滑移动,保证了探头的稳定性,压紧机构能使探头与爬行面达到耦合压紧的目的,减少探头在爬行面上的跳动,保证了探伤结果的可靠性,减少了对探头的损伤。在探头的两侧对称设置有两个万向轮,有效防止了探头的两侧的受力不均,防止了探头的歪斜,提高了探伤的精度和稳定性。
压紧机构包括并排设置的三个压紧模块,本发明总共安装五个探头,五个探头的几何分布均匀,保证了一定的安全距离,有效地避免了声波之间的互相干涉。五个探头之间相互协作,探伤速度快,可以完整扫过整个爬行面,保证了探伤的范围和精度,能有效解决探伤范围有限而导致误探或漏探的问题。
探头推动装置的设置可以稳定的更改探头的位置,探头推动装置包括对称设置的两套滑块、气缸、连接杆的组合使得任何位置的探头都可以处于一个水平的探头支架上,防止了探头在水平面上的歪斜。探头为直探头,与探头的位置设置相配合,降低了设备成本,可选取单一方向探测可靠的探头,提高了探伤精度。
附图说明
图1为本发明的结构示意图;
图2为本发明的另一视角的结构示意图;
图3为本发明的运载机架的结构示意图;
图4为本发明的压紧机构的压紧模块部分的结构示意图;
图5为本发明的爬行机构的结构示意图;
其中, 1、第二伺服关节电机,2、大臂支架,3、小臂支架,4、电磁吸盘,5、第一伺服关节电机,6、导轨,7、运载机架,8、凸耳,9、气缸,10、滑块,11、电源,12、磁盘固定板,13、万向轮,14、探头支架,15、矩形凹槽,16、连接杆,17、支架凸耳,18、探头支架固定板,19、导线。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明:
如图1至图5所示,一种电磁吸附式超声探伤机器人,包括运载机架7、爬行机构、压紧机构,还包括控制的电线线路和控制单元等。
运载机架7用于安装爬行机构和压紧机构,如图1所示,运载机架7上端面的四角分别安装着四个第一伺服关节电机5。同时,运载机架7上端面设有电源11,如图4所示,电源11通过导线19与四个电磁吸盘4连接,运载机架上的控制单元控制着电源11的通断,从而控制着电磁吸盘4在爬行面的吸附或脱离。如图3、图4所示,在运载机架7内侧表面设有矩形凹槽15。如图4所示,探头支架固定板18在矩形凹槽15内上下移动。运载机架7的上端面还设有六组凸耳8用于安装气缸9,每两组凸耳8之间设有导轨6,滑块10在导轨6上移动。
爬行机构主要是由大臂支架2、小臂支架3、第一伺服关节电机5、第二伺服关节电机1、磁盘固定板12、电磁吸盘4组成。所述爬行机构包括多个机械腿,机械腿铰接在运载机架7左右两侧。机械腿和运载机架7铰接处的铰接轴为竖直设置的。运载机架7左右两侧共铰接有三个、四个或六个机械腿。所述机械腿包括大臂支架2、小臂支架3、电磁吸盘4、第一伺服关节电机5、第二伺服关节电机1。大臂支架2的一端铰接在运载机架7上,小臂支架3的一端铰接在大臂支架2末端,小臂支架3末端固定连接有电磁吸盘4,第一伺服关节电机5固定连接在运载机架7上,第一伺服关节电机5的控制运载机架7与大臂支架2铰接处的铰接轴转动,第二伺服关节电机1固定连接在大臂支架2上,第二伺服关节电机1控制小臂支架3与大臂支架2铰接处的铰接轴转动。第一伺服关节电机5和第二伺服关节电机1均通过控制单元控制,第一伺服关节电机5和第二伺服关节电机1通过电线线路与控制单元相连接。参见图、图5,第一伺服关节电机5控制大臂支架2的转动,大臂支架2通过键与第一伺服关节电机5的关节轴连接,此关节轴的另一端通过联轴器与第一伺服关节电机5的输出端连接。大臂支架2的自由端通过键与第二伺服关节电机1的关节轴连接,此关节轴的另一端通过联轴器与第二伺服关节电机1的输出端连接,同时,所述关节轴通过键连接着小臂支架3,第二伺服关节电机控制着小臂支架的转动。小臂支架3的自由端末部设有螺纹,通过螺栓与磁盘固定板12连接,在磁盘固定板的下表面设有螺栓孔,电磁吸盘4与磁盘固定板12固定连接。电磁吸盘4上设有接线柱,通过导线19与运载机架7上的电源11连接。
参见图4,压紧机构主要是由气缸9、滑块10、连接杆16、探头支架固定板18、探头支架14和万向轮13组成。
所述压紧机构包括多个压紧模块,压紧模块两端就在运载机架7上,压紧模块固定连接在运载机架7内部,压紧模块为竖直设置的;压紧模块包括矩形凹槽15、探头支架固定板18、探头支架14、探头、探头推动装置,矩形凹槽15固定连接在压紧模块两端,探头支架固定板18卡接在矩形凹槽15内,探头支架14固定连接在探头支架固定板18的下表面,探头固定连接在探头支架14下表面,探头推动装置控制探头支架固定板18上下移动。
如图1、图2、图3、图5所示,所述压紧机构包括并排设置的三个压紧模块。位于中间的压紧模块的底部中间设置有一个探头,位于两边的压紧模块的底部两侧对称设置有两个探头。
所述探头推动装置包括两端固定连接在压紧模块两端的水平设置的导轨6、套接在导轨6上的滑块10、与滑块10固定连接的气缸9、一端交接在滑块10上一端铰接在探头支架固定板18上的连接杆16。所述探头推动装置包括对称设置的两套滑块10、气缸9、连接杆16的组合。
本发明总共有三对气缸9,每对气缸9通过运载机架7上的凸耳8固定安装在运载机架7上,每个气缸9的活塞杆与滑块10固定连接,每一对滑块10分别安装在运载机架7上的三条导轨6上,在每一个滑块10的下端面均设有凸耳8,各个凸耳8均设有与连接杆16安装的螺栓孔,用于安装连接杆16,总共三块探头支架固定板18,每块探头支架固定板18的上端面均设置有两对凸耳8,连接杆16的另一端与探头支架固定板18的上端面的支架凸耳17铰接,导轨6两侧的气缸9分别推动滑块10移动,从而带动连接杆16的角度变化,实现探头支架固定板18在运载机架7内侧端面的矩形凹槽15内上下移动。安装在运载机架7内中间的探头支架固定板18只在下端面中心处安装探头支架14,探头安装在探头支架14内;而安装在运载机架7内两侧的两块探头支架固定板18下端面沿中心线左右对称安放一对探头支架14,这两块探头支架固定板18分别可以并排安放两个探头于探头支架14内。
压紧机构总共可以安装五个探头,探头均采用直探头,在每个探头支架14的两侧设有一对万向轮13,总共五对万向轮。同时,每个探头之间有一定的距离,保证探伤时声波不互相干涉。所述探头为直探头,探头支架固定板18下表面固定连接有万向轮13,万向轮13在探头的两侧对称设置有两个。
工作原理或者使用方法:
使用本发明的一种电磁吸附式超声探伤机器人进行探测的工作过程为:首先,爬壁机器人的四条爬行腿处于初始状态,由运载机架上7的控制单元通过控制电源的通断使电磁吸盘4产生磁性,电磁吸盘4的吸力使机器人吸附在爬行面上。此时,运载机架上7的控制单元控制气缸活塞杆伸长,带动探头安装筒固定板18向下运动,直至完成探头与爬行面的耦合。机器人开始运动时,机器人一侧的两条爬行腿上的电磁吸盘4消磁,运载机架7上的控制单元控制第一伺服关节电机5和第二伺服关节电机1运动,使消磁的两条爬行腿转动一定角度,运载机架7向消磁的两条爬行腿前进方向运动。运载机架7到位后,消磁的两条爬行腿的电磁吸盘4恢复磁性,吸附在爬行面上,而另一侧的两条爬行腿的电磁吸盘4消磁,与之前爬行腿运动方式一样,这两条爬行腿分别回缩到指定位置后并吸附在爬行面上,完成机器人的进一步运动。整个机器人运动过程由四条爬行腿和四个电磁吸盘4协调动作完成,从而实现机器人的上下左右运动。同时,在运动过程中,探头之间相互协作,直至完成整个探伤过程。
Claims (2)
1.一种电磁吸附式超声探伤机器人,其特征在于:包括运载机架(7)、爬行机构和压紧机构,所述爬行机构包括铰接在运载机架(7)左右两侧的多个机械腿,所述压紧机构包括固定连接在运载机架(7)内部的若干个竖直设置的压紧模块;压紧模块包括固定连接在压紧模块两端的矩形凹槽(15)、卡接在矩形凹槽(15)内的探头支架固定板(18)、固定连接在探头支架固定板(18)下表面的探头支架(14)、固定连接在探头支架(14)下表面的探头以及控制探头支架固定板(18)上下移动的探头推动装置;机械腿和运载机架(7)铰接处的铰接轴为竖直设置的;运载机架(7)左右两侧共铰接有三个、四个或六个机械腿;所述压紧机构包括并排设置的三个压紧模块,位于中间的压紧模块的底部中间设置有一个探头,位于两边的压紧模块的底部两侧对称设置有两个探头;所述探头推动装置包括两端固定连接在压紧模块两端的水平设置的导轨(6)、套接在导轨(6)上的滑块(10)、与滑块(10)固定连接的气缸(9)、一端交接在滑块(10)上一端铰接在探头支架固定板(18)上的连接杆(16);所述探头推动装置包括对称设置的两套滑块(10)、气缸(9)、连接杆(16)的组合,探头支架固定板(18)下表面固定连接有万向轮(13),在探头的两侧对称设置有两个万向轮(13),所述探头为直探头。
2.根据权利要求1所述的一种电磁吸附式超声探伤机器人,其特征在于:所述机械腿包括一端铰接在运载机架(7)上的大臂支架(2)、一端铰接在大臂支架(2)末端的小臂支架(3)、固定连接在小臂支架(3)末端的电磁吸盘(4)、固定连接在运载机架(7)上的控制运载机架(7)与大臂支架(2)铰接处的铰接轴转动的第一伺服关节电机(5)、固定连接在大臂支架(2)上的控制小臂支架(3)与大臂支架(2)铰接处的铰接轴转动的第二伺服关节电机(1)。
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