变轴距磁吸爬壁机器人

本技术涉及大型金属结构表面的爬壁机器人，具体地说是一种变轴距磁吸爬壁机器人，可用于完成大型金属结构表面的作业任务。

背景技术：

1、桥(门)机等大型金属结构，因其长期化学腐蚀、交变应力等作用极易产生表面锈蚀，定期对其表面开展防腐作业已成为保障设备安全稳定运行的重要举措。目前，传统的检修作业方案多为搭设脚手架方式，建立作业平台，作业人员通过人工方式对拟防腐表面进行预处理；防腐完成后还要进行脚手架的拆除，脚手架使用过程中的安全管理压力大，高处作业较多，整个施工作业过程中风险较高，甚至有些部位因脚手架限制难以到达。为此，研制可在大型金属结构表面运行的爬壁机器人，能有效地完成各种作业任务，对提高作业效率具有重大意义。

技术实现思路

1、为了解决大型金属结构表面作业需搭设脚手架的难题，满足对金属结构表面检修作业等工作的需求，本实用新型的目的在于提供一种可在大型金属结构表面爬行的变轴距磁吸爬壁机器人。

2、本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

3、本实用新型包括变轴距机构、行走机构及转向机构，其中变轴距机构包括前固定板、后固定板、支撑轴及变轴距动力源，所述前固定板与后固定板通过支撑轴相连，所述前固定板或后固定板与支撑轴连动，所述后固定板或前固定板与支撑轴转动连接；所述前固定板的两端及后固定板的两端均安装有行走机构，所述前固定板两端的行走机构通过安装在前固定板上的转向机构连接、且同步在金属壁面上吸附并行走，所述后固定板两端的行走机构通过安装在后固定板上的转向机构连接、且同步在金属壁面上吸附并行走。

4、其中：所述变轴距机构还包括轴承支撑座及轴安装座，所述前固定板与支撑轴相连的一侧设有轴安装座，所述后固定板与支撑轴相连的一侧设有轴承支撑座，所述轴安装座的两侧均设有轴承支撑座，所述支撑轴由轴安装座及轴承支撑座穿过，所述支撑轴与轴安装座紧固连接，所述支撑轴通过轴承与轴承支撑座转动连接。

5、所述轴承包括推力轴承及深沟球轴承，所述轴承支撑座的一端内部通过深沟球轴承与支撑轴转动连接，所述轴承支撑座的另一端与轴安装座之间设有推力轴承，所述推力轴承的一侧由轴承支撑座的另一端支撑，所述推力轴承的另一侧固定在轴安装座上；所述轴承支撑座一端的端面上分别安装有用于固定深沟球轴承的轴承端盖及用于固定支撑轴的支撑轴端盖。

6、所述变轴距动力源包括变轴距电机及变轴距减速机，所述变轴距减速机安装在后固定板上，所述支撑轴由变轴距减速机穿过，并与所述变轴距减速机的输出孔固接，所述变轴距电机与变轴距减速机的输入端相连。

7、所述行走机构包括驱动轮底座、驱动动力源、驱动轮、磁轮电机、磁轮轴、磁轮及磁轮支撑座，所述驱动轮底座的上端与前固定板或后固定板转动连接，并与所述转向机构相连，所述驱动轮底座下端内部设有驱动轮，所述驱动轮的一侧与驱动轮底座的一侧转动连接，并与固定在所述驱动轮底座一侧的驱动动力源连接，所述驱动轮底座的另一侧固接有磁轮电机，所述驱动轮的内部分别设有磁轮轴、磁轮及磁轮支撑座，所述磁轮电机的输出轴与磁轮轴相连，所述磁轮安装在磁轮轴上、并与磁轮轴连动，所述磁轮轴的两端分别安装在两个磁轮支撑座上，两个所述磁轮支撑座分别与驱动轮转动连接，靠近所述磁轮电机的磁轮支撑座与驱动轮底座的另一侧转动连接。

8、所述磁轮为扇形磁性轮，扇形方向仅朝向需要吸附的金属壁面，通过所述磁轮电机带动磁轮旋转，能够改变所述行走机构的吸附方向。

9、所述驱动轮底座的上端通过深沟球轴承及推力轴承与前固定板或后固定板转动连接，所述深沟球轴承保证行走机构能够绕驱动轮底座的上端旋转，所述推力轴承能够保证深沟球轴承在轴向方向不承受力。

10、所述转向机构包括转向电机、输出齿轮、输入齿轮、输入带轮、输出带轮及传动带，所述转向电机固定在前固定板或后固定板上，所述转向电机的输出端连接有输出齿轮，所述输入齿轮和输入带轮同轴且均与前固定板或后固定板上的一个行走机构相连，所述输出带轮与前固定板或后固定板上的另一个行走机构相连，所述输出齿轮与输入齿轮形成齿轮啮合副，所述输出带轮与输入带轮通过传动带连接。

11、所述输出齿轮的一侧与转向电机的输出轴相连，所述输出齿轮的另一侧与前固定板或后固定板转动连接。

12、所述支撑轴通过变轴距动力源驱动旋转，改变所述前固定板与后固定板之间的相对角度，进而改变所述前固定板上行走机构与后固定板上行走机构之间的轴距。

13、本实用新型的优点与积极效果为：

14、1.本实用新型可用于多种金属结构表面的检测、防腐等任务，在金属结构表面全方位行走自如，具有模块化、结构紧凑简单轻便、运动灵活、适应性广泛，易于安装、操控精度高的特点。

15、2.本实用新型转向机构通过传动带将前后各自的两个行走机构连接，两个行走机构转向同步，可随时改变运动方向，整个机器人运动灵活。

16、3.本实用新型的扇形磁轮在不改变与金属壁面吸附力的前提下，一方面，减轻了重量，减小机器人的负载；另一方面，通过扇形磁轮旋转，改变吸附方向，可实现与金属壁面的吸附和脱离。

17、4.本实用新型变轴距机构可改变前后轮之间的轴距，实现跨越外90度金属壁面的目标。

技术特征：

1.一种变轴距磁吸爬壁机器人，其特征在于：包括变轴距机构(1)、行走机构(2)及转向机构(3)，其中变轴距机构(1)包括前固定板(4)、后固定板(5)、支撑轴(8)及变轴距动力源，所述前固定板(4)与后固定板(5)通过支撑轴(8)相连，所述前固定板(4)或后固定板(5)与支撑轴(8)连动，所述后固定板(5)或前固定板(4)与支撑轴(8)转动连接；所述前固定板(4)的两端及后固定板(5)的两端均安装有行走机构(2)，所述前固定板(4)两端的行走机构(2)通过安装在前固定板(4)上的转向机构(3)连接、且同步在金属壁面上吸附并行走，所述后固定板(5)两端的行走机构(2)通过安装在后固定板(5)上的转向机构(3)连接、且同步在金属壁面上吸附并行走。

2.根据权利要求1所述的变轴距磁吸爬壁机器人，其特征在于：所述变轴距机构(1)还包括轴承支撑座(9)及轴安装座(27)，所述前固定板(4)与支撑轴(8)相连的一侧设有轴安装座(27)，所述后固定板(5)与支撑轴(8)相连的一侧设有轴承支撑座(9)，所述轴安装座(27)的两侧均设有轴承支撑座(9)，所述支撑轴(8)由轴安装座(27)及轴承支撑座(9)穿过，所述支撑轴(8)与轴安装座(27)紧固连接，所述支撑轴(8)通过轴承与轴承支撑座(9)转动连接。

3.根据权利要求2所述的变轴距磁吸爬壁机器人，其特征在于：所述轴承包括推力轴承(28)及深沟球轴承(29)，所述轴承支撑座(9)的一端内部通过深沟球轴承(29)与支撑轴(8)转动连接，所述轴承支撑座(9)的另一端与轴安装座(27)之间设有推力轴承(28)，所述推力轴承(28)的一侧由轴承支撑座(9)的另一端支撑，所述推力轴承(28)的另一侧固定在轴安装座(27)上；所述轴承支撑座(9)一端的端面上分别安装有用于固定深沟球轴承(29)的轴承端盖(10)及用于固定支撑轴(8)的支撑轴端盖(11)。

4.根据权利要求1所述的变轴距磁吸爬壁机器人，其特征在于：所述变轴距动力源包括变轴距电机(6)及变轴距减速机(7)，所述变轴距减速机(7)安装在后固定板(5)上，所述支撑轴(8)由变轴距减速机(7)穿过，并与所述变轴距减速机(7)的输出孔固接，所述变轴距电机(6)与变轴距减速机(7)的输入端相连。

5.根据权利要求1所述的变轴距磁吸爬壁机器人，其特征在于：所述行走机构(2)包括驱动轮底座(12)、驱动动力源、驱动轮(15)、磁轮电机(16)、磁轮轴(17)、磁轮(18)及磁轮支撑座(19)，所述驱动轮底座(12)的上端与前固定板(4)或后固定板(5)转动连接，并与所述转向机构(3)相连，所述驱动轮底座(12)下端内部设有驱动轮(15)，所述驱动轮(15)的一侧与驱动轮底座(12)的一侧转动连接，并与固定在所述驱动轮底座(12)一侧的驱动动力源连接，所述驱动轮底座(12)的另一侧固接有磁轮电机(16)，所述驱动轮(15)的内部分别设有磁轮轴(17)、磁轮(18)及磁轮支撑座(19)，所述磁轮电机(16)的输出轴与磁轮轴(17)相连，所述磁轮(18)安装在磁轮轴(17)上、并与磁轮轴(17)连动，所述磁轮轴(17)的两端分别安装在两个磁轮支撑座(19)上，两个所述磁轮支撑座(19)分别与驱动轮(15)转动连接，靠近所述磁轮电机(16)的磁轮支撑座(19)与驱动轮底座(12)的另一侧转动连接。

6.根据权利要求5所述的变轴距磁吸爬壁机器人，其特征在于：所述磁轮(18)为扇形磁性轮，扇形方向仅朝向需要吸附的金属壁面，通过所述磁轮电机(16)带动磁轮(18)旋转，能够改变所述行走机构(2)的吸附方向。

7.根据权利要求5所述的变轴距磁吸爬壁机器人，其特征在于：所述驱动轮底座(12)的上端通过深沟球轴承及推力轴承与前固定板(4)或后固定板(5)转动连接，所述深沟球轴承保证行走机构(2)能够绕驱动轮底座(12)的上端旋转，所述推力轴承能够保证深沟球轴承在轴向方向不承受力。

8.根据权利要求1所述的变轴距磁吸爬壁机器人，其特征在于：所述转向机构(3)包括转向电机(20)、输出齿轮(22)、输入齿轮(23)、输入带轮(24)、输出带轮(25)及传动带(26)，所述转向电机(20)固定在前固定板(4)或后固定板(5)上，所述转向电机(20)的输出端连接有输出齿轮(22)，所述输入齿轮(23)和输入带轮(24)同轴且均与前固定板(4)或后固定板(5)上的一个行走机构(2)相连，所述输出带轮(25)与前固定板(4)或后固定板(5)上的另一个行走机构(2)相连，所述输出齿轮(22)与输入齿轮(23)形成齿轮啮合副，所述输出带轮(25)与输入带轮(24)通过传动带(26)连接。

9.根据权利要求8所述的变轴距磁吸爬壁机器人，其特征在于：所述输出齿轮(22)的一侧与转向电机(20)的输出轴相连，所述输出齿轮(22)的另一侧与前固定板(4)或后固定板(5)转动连接。

10.根据权利要求1所述的变轴距磁吸爬壁机器人，其特征在于：所述支撑轴(8)通过变轴距动力源驱动旋转，改变所述前固定板(4)与后固定板(5)之间的相对角度，进而改变所述前固定板(4)上行走机构(2)与后固定板(5)上行走机构(2)之间的轴距。

技术总结本技术涉及大型金属结构表面的爬壁机器人，具体地说是一种变轴距磁吸爬壁机器人，包括变轴距机构、行走机构及转向机构，变轴距机构包括前固定板、后固定板、支撑轴及变轴距动力源，前、后固定板通过支撑轴相连，一个固定板与支撑轴连动，另一个固定板与支撑轴转动连接；前、后固定板的两端均安装有行走机构，前固定板两端的行走机构通过安装在前固定板上的转向机构连接、且同步在金属壁面上吸附并行走，后固定板两端的行走机构通过安装在后固定板上的转向机构连接、且同步在金属壁面上吸附并行走。本技术具有模块化、结构紧凑简单轻便、运动灵活、适应性广泛，易于安装、操控精度高的特点。技术研发人员：王聪,郑怀兵,刘铜,梁志达,刘春,刘启宇受保护的技术使用者：中国科学院沈阳自动化研究所技术研发日：20231225技术公布日：2024/7/18