CN113401239A - 轮履结合的爬壁机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种轮履结合的爬壁机器人，包括车架、橡胶轮、转向调节机构、电磁吸附式履带机构、焊枪、焊枪传动机构、相机支架组件、CCD摄像机、十字线激光标线器、超声波避障传感器和PLC控制器；橡胶轮通过万向节连接于车架的前端两侧，转向调节机构连接于橡胶轮与车架之间；电磁吸附式履带机构连接于车架的两侧；焊枪通过焊枪传动机构连接于车架的前端；CCD摄像机和十字线激光标线器安装于相机支架组件上，相机支架组件连接车架。本发明的一种轮履结合的爬壁机器人，可实现机器人的爬墙移动，并可以实现机器人的转向操作,可以实现机器人车架所在设置范围内的焊枪移动，灵活高效的完成焊接任务。

Description

轮履结合的爬壁机器人
技术领域
本发明涉及机器人领域，尤其涉及一种轮履结合的爬壁机器人。
背景技术
爬壁机器人是一种具有移动和吸附功能的特种机器人，能实现在垂直壁面等危险环境移动，可以在极限环境下代替工人完成工作。关于金属表面作业的爬壁机器人多是面向检测、喷漆、除锈、焊接这些应用，具有广泛应用前景。
现有的磁吸爬壁机器人的吸附方式主要为永磁吸附、电磁吸附。其中，永磁吸附以吸附力大、结构简单可靠取得了广泛应用。电磁吸附的爬行机器人则实现了吸附力大小的灵活可控，因此该类机器人具有更为广泛的通用性。
与磁吸附相结合的有轮式和履带式两种。磁轮运动灵活，履带吸附力大。
但永磁吸附的吸附力不可调整，导致爬壁机器人在复杂磁性壁面上承受较大负载导致行走阻力较大。
磁轮式爬壁机器人存在磁能利用率低，磁吸附力小的缺点，磁履带爬壁机器人存在转向阻力大的缺点。
发明内容
针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种轮履结合的爬壁机器人，可实现机器人的爬墙移动，并可以实现机器人的转向操作,可以实现机器人车架所在设置范围内的焊枪移动，灵活高效的完成焊接任务。
为了实现上述目的，本发明提供一种轮履结合的爬壁机器人，包括一车架、两橡胶轮、一转向调节机构、两电磁吸附式履带机构、一焊枪、一焊枪传动机构、一相机支架组件、一CCD摄像机、一十字线激光标线器、一超声波避障传感器和一PLC控制器；所述橡胶轮通过万向节连接于所述车架的前端两侧，所述转向调节机构连接于所述橡胶轮与所述车架之间；所述电磁吸附式履带机构连接于所述车架的两侧；所述焊枪通过所述焊枪传动机构连接于所述车架的前端；所述CCD摄像机和所述十字线激光标线器安装于所述相机支架组件上，所述相机支架组件连接所述车架；所述转向调节机构、所述电磁吸附式履带机构、所述焊枪、所述焊枪传动机构、所述相机支架组件、所述十字线激光标线器和所述超声波避障传感器连接所述PLC控制器。
优选地，所述转向调节机构包括两转向轴、两转向万向节、两转向传动轴、一传动件、一齿轮和一转向步进电机；两所述橡胶轮分别通过依次连接的所述转向轴、所述转向万向节和所述转向传动轴与所述传动件的第一端传动连接，所述传动件的第二端形成齿条，所述齿条与所述齿轮啮合，所述齿轮与所述转向步进电机传动连接，所述转向步进电机固定于所述车架的底部；所述转向步进电机连接所述PLC控制器。
优选地，还包括一第一电磁铁，所述第一电磁铁固定于所述车架的底部并位于两所述橡胶轮之间。
优选地，所述焊枪传动机构包括一滑块、一同步带导轨和一滑块步进电机；所述焊枪安装于所述滑块上，所述滑块连接于所述同步带导轨并通过所述同步带导轨与所述滑块步进电机传动连接；所述滑块步进电机固定于所述车架上；所述滑块步进电机连接所述PLC控制器。
优选地，所述相机支架组件包括一相机支架、一相机支座、一相机支架传动带和一相机支架步进电机；所述CCD摄像机和所述十字线激光标线器安装于所述相机支架上，所述相机支架的底部与所述相机支座枢接，且所述相机支架通过所述相机支架传动带与所述相机支架步进电机传动连接；所述相机支架步进电机连接所述PLC控制器。
优选地，所述电磁吸附式履带机构包括相连的电磁吸附式履带和履带驱动步进电机；所述履带驱动步进电机固定于所述车架上并连接所述PLC控制器。
优选地，所述电磁吸附式履带包括一正极架、一负极架和一履带；所述履带包括多个第二电磁铁；所述正极架和所述负极架分别可接触所述第二电磁铁的正极和负极。
优选地，还包括至少一握把，所述握把设置于所述车架上。
优选地，所述PLC控制器和所述CCD摄像机连接一计算机。
本发明由于采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果：
第一、通过橡胶轮、转向调节机构和电磁吸附式履带机构的采用，橡胶轮安装在车架前方，增加转向调节机构，帮助转向；电磁吸附式履带机构安装在车架后方，通过差速转向。第二、电磁吸附式履带机构包括正极架、负极架和若干个第二电磁铁，可以实现焊接机器人的爬墙移动，左右两侧的履带差速可以实现机器人的转向操作。第三、所述CCD摄像机和所述十字线激光标线器安装于所述相机支架组件上，相机安装在相机支架前方，十字线激光标线器安装在相机支架后方，相机支架步进电机通过相机支架传动带与相机支架连接，帮助相机支架完成升起、降落的动作。第四、焊枪传动机构包括一滑块、一同步带导轨和一滑块步进电机，可以实现机器人车架所在范围内的焊枪移动，灵活高效的完成焊接任务。
附图说明
图1为本发明实施例的轮履结合的爬壁机器人的结构示意图；
图2为本发明实施例的轮履结合的爬壁机器人的正面结构示意图；
图3为本发明实施例的轮履结合的爬壁机器人的侧面结构示意图；
图4为本发明实施例的轮履结合的爬壁机器人的仰视图；
图5为本发明实施例的轮履结合的电磁吸附式履带的结构示意图。
具体实施方式
下面根据附图图1～图5，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述，使能更好地理解本发明的功能、特点。
请参阅图1～图5，本发明实施例的一种轮履结合的爬壁机器人，包括一车架19、两橡胶轮1、一转向调节机构、两电磁吸附式履带机构、一焊枪2、一焊枪传动机构、一相机支架组件、一CCD摄像机3、一十字线激光标线器7、一超声波避障传感器4和一PLC控制器；橡胶轮1通过万向节连接于车架19的前端两侧，转向调节机构连接于橡胶轮1与车架19之间；电磁吸附式履带机构连接于车架19的两侧；焊枪2通过焊枪传动机构连接于车架19的前端；CCD摄像机3和十字线激光标线器7安装于相机支架组件上，相机支架组件连接车架19；转向调节机构、电磁吸附式履带机构、焊枪2、焊枪传动机构、相机支架组件、十字线激光标线器7和超声波避障传感器4连接PLC控制器。
转向调节机构包括两转向轴12、两转向万向节13、两转向传动轴14、一传动件15、一齿轮16和一转向步进电机17；两橡胶轮1分别通过依次连接的转向轴12、转向万向节13和转向传动轴14与传动件15的第一端传动连接，传动件15的第二端形成齿条，齿条与齿轮16啮合，齿轮16与转向步进电机17传动连接，转向步进电机17固定于车架19的底部；转向步进电机17连接PLC控制器。
还包括一第一电磁铁11，第一电磁铁11固定于车架19的底部并位于两橡胶轮1之间。
焊枪传动机构包括一滑块5、一同步带导轨6和一滑块步进电机8；焊枪2安装于滑块5上，滑块5连接于同步带导轨6并通过同步带导轨6与滑块步进电机8传动连接；滑块步进电机8固定于车架19上；滑块步进电机8连接PLC控制器。
相机支架组件包括一相机支架、一相机支座、一相机支架传动带和一相机支架步进电机9；CCD摄像机3和十字线激光标线器7安装于相机支架上，相机支架的底部与相机支座枢接，且相机支架通过相机支架传动带与相机支架步进电机9传动连接；相机支架步进电机9连接PLC控制器。
电磁吸附式履带机构包括相连的电磁吸附式履带25和履带驱动步进电机18；履带驱动步进电机18固定于车架19上并连接PLC控制器。
电磁吸附式履带25包括一正极架21、一负极架20和一履带；履带包括多个第二电磁铁24；正极架21和负极架20分别可接触第二电磁铁24的正极22和负极23。
还包括至少一握把10，握把10设置于车架19上。
PLC控制器和CCD摄像机3连接一计算机。
本发明实施例的一种轮履结合的爬壁机器人，其工作流程如下所述：手动控制轮履结合的爬壁机器人运行到焊缝的大致位置，当正极架21与第二电磁铁24的正极22接触并且负极架20与第二电磁铁24的负极23接触，第二电磁铁24工作，具备吸附功能。通过相机支架上安装的CCD摄像机3和十字线激光标线器7，调整爬壁机器人位姿，使焊枪2处于轮履结合的爬壁机器人正中位置并进行焊接作业，作业过程中通过CCD摄像机3和十字线激光标线器7，识别焊缝位置，通过控制左右电磁吸附式履带25的差速、转向步进电机17的转动和控制滑块5，使焊枪2始终位于爬壁机器人正中位置。若焊接过程中车体固定架前方安装超声波避障传感器4检测到障碍物，则停止轮履结合的爬壁机器人，启动相机支架步进电机9，使相机支架后移，控制滑块5将焊枪2依据CCD摄像机3的图像处理结果，焊接至焊缝终点。焊接工作结束，手动将轮履结合的爬壁机器人运行至壁面安全区域，将第二电磁铁24断电，通过握把10将机器人移动至平面安全区域清理。
图像处理包括：原始图像滤光、图像加窗处理、二值化、轮廓提取、光带中心提取、特征提取、图像识别，经过计算机分析处理得到控制信号，并将控制信号传达到相机支架步进电机9、转向步进电机17和履带驱动步进电机18，以此来实现焊缝的自动跟踪。
本发明实施例的一种轮履结合的爬壁机器人，通过结合可转向的橡胶轮1和电磁吸附式履带25，减小机器人阻力，便于转向、清理。采用可移动相机支架和滑块5的采用，提升焊接的范围和灵活性，实现边角直线焊接，控制简单。
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种轮履结合的爬壁机器人，其特征在于，包括一车架、两橡胶轮、一转向调节机构、两电磁吸附式履带机构、一焊枪、一焊枪传动机构、一相机支架组件、一CCD摄像机、一十字线激光标线器、一超声波避障传感器和一PLC控制器；所述橡胶轮通过万向节连接于所述车架的前端两侧，所述转向调节机构连接于所述橡胶轮与所述车架之间；所述电磁吸附式履带机构连接于所述车架的两侧；所述焊枪通过所述焊枪传动机构连接于所述车架的前端；所述CCD摄像机和所述十字线激光标线器安装于所述相机支架组件上，所述相机支架组件连接所述车架；所述转向调节机构、所述电磁吸附式履带机构、所述焊枪、所述焊枪传动机构、所述相机支架组件、所述十字线激光标线器和所述超声波避障传感器连接所述PLC控制器。
2.根据权利要求1所述的轮履结合的爬壁机器人，其特征在于，所述转向调节机构包括两转向轴、两转向万向节、两转向传动轴、一传动件、一齿轮和一转向步进电机；两所述橡胶轮分别通过依次连接的所述转向轴、所述转向万向节和所述转向传动轴与所述传动件的第一端传动连接，所述传动件的第二端形成齿条，所述齿条与所述齿轮啮合，所述齿轮与所述转向步进电机传动连接，所述转向步进电机固定于所述车架的底部；所述转向步进电机连接所述PLC控制器。
3.根据权利要求2所述的轮履结合的爬壁机器人，其特征在于，还包括一第一电磁铁，所述第一电磁铁固定于所述车架的底部并位于两所述橡胶轮之间。
4.根据权利要求1所述的轮履结合的爬壁机器人，其特征在于，所述焊枪传动机构包括一滑块、一同步带导轨和一滑块步进电机；所述焊枪安装于所述滑块上，所述滑块连接于所述同步带导轨并通过所述同步带导轨与所述滑块步进电机传动连接；所述滑块步进电机固定于所述车架上；所述滑块步进电机连接所述PLC控制器。
5.根据权利要求1所述的轮履结合的爬壁机器人，其特征在于，所述相机支架组件包括一相机支架、一相机支座、一相机支架传动带和一相机支架步进电机；所述CCD摄像机和所述十字线激光标线器安装于所述相机支架上，所述相机支架的底部与所述相机支座枢接，且所述相机支架通过所述相机支架传动带与所述相机支架步进电机传动连接；所述相机支架步进电机连接所述PLC控制器。
6.根据权利要求1所述的轮履结合的爬壁机器人，其特征在于，所述电磁吸附式履带机构包括相连的电磁吸附式履带和履带驱动步进电机；所述履带驱动步进电机固定于所述车架上并连接所述PLC控制器。
7.根据权利要求6所述的轮履结合的爬壁机器人，其特征在于，所述电磁吸附式履带包括一正极架、一负极架和一履带；所述履带包括多个第二电磁铁；所述正极架和所述负极架分别可接触所述第二电磁铁的正极和负极。
8.根据权利要求1所述的轮履结合的爬壁机器人，其特征在于，还包括至少一握把，所述握把设置于所述车架上。
9.根据权利要求1所述的轮履结合的爬壁机器人，其特征在于，所述PLC控制器和所述CCD摄像机连接一计算机。
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