一種牽引式金屬壁面工作爬壁機器人的制作方法

本發(fā)明涉及機器人技術(shù)領域，具體涉及一種牽引式金屬壁面工作爬壁機器人。

背景技術(shù)：

為了延長船舶的使用壽命，保證船舶的安全航行，船舶必須定期進塢進行修理。而船舶進塢修理過程中必不可少的一大環(huán)節(jié)就是除銹，即除去船體表面鋼板上的鐵銹、油污、舊漆皮等，為提高噴涂質(zhì)量作表面預處理。

目前，國內(nèi)各大修船企業(yè)普遍采用的除銹方法是人工干噴砂除銹,即利用壓縮空氣，人工手持噴槍運動，將有壓鋼制容器內(nèi)的干砂輸送至噴槍，使銅礦砂以每秒幾十米的高速沖擊鋼板表面，快速除去鐵銹層。但是其存在很多弊端，除銹均為人工持槍高空作業(yè)，工人乘用的高架車長期在粉塵惡劣環(huán)境中使用也會發(fā)生故障，同時由于追求作業(yè)速度，就要大排氣量動力，噴槍的反沖力就往往超過200N，大于普通人的承受能力，長期在高架車上作業(yè)就非常危險，直接威脅著工人的生命。同時，噴砂會產(chǎn)生大量的粉塵，使得除銹工人容易患上眼疾和肺病。這就使得機器人代替人工作業(yè)迫在眉睫。

基于吸盤式電磁鐵吸附原理，在通電狀態(tài)下產(chǎn)生強大的電磁吸力，使機器人吸附在船舶壁面，斷電時，磁性消失，機器人可自由移動。該電磁鐵結(jié)構(gòu)合理、緊湊，吸盤式電磁鐵線圈置于軟磁材料外殼之中并以環(huán)氧澆封，具有體積小、吸力大、牢固、可靠、全密封、環(huán)境適應性強等特點，該系列電磁鐵可進行遠程操作，動作簡單靈敏，功能穩(wěn)定可靠。但現(xiàn)有爬壁機器人主要采用的是永磁鐵輪式機構(gòu)，其負載能力小，越障能力差，不適合船舶這種大型表面工作。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有爬壁機器人的局限性，本發(fā)明目的在于提供一種牽引式金屬壁面工作爬壁機器人。爬壁機器人采用吸盤式電磁鐵產(chǎn)生吸引力吸附于船舶表面，采用齒輪齒條機構(gòu)與牽引繩實現(xiàn)機器人的行走功能，采用直線電機實現(xiàn)機器人支撐足的相互交替，采用球鉸實現(xiàn)電磁鐵與船舶壁面的平穩(wěn)接觸。采用外接動力牽引，能承受很大的重力，行走時兩排電磁鐵交替工作，定點工作時四排電磁鐵一起工作，使得工作時機器人更加穩(wěn)定可靠。

為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種牽引式金屬壁面工作爬壁機器人，包括牽引機構(gòu)和爬行機構(gòu)，所述牽引機構(gòu)通過牽引繩將爬行機構(gòu)懸吊于金屬壁面上。

所述爬行機構(gòu)包括框架、固定滑塊、直線導軌、支撐架、齒條、齒輪、直線電機、支撐柱、支撐板、球鉸、電磁鐵、傳動軸，在所述框架的左右邊框上安裝有八個固定滑塊，每兩個固定滑塊為一組，與一條直線導軌相配合，使得直線導軌能夠沿固定滑塊滑動，框架的左右邊框均有兩條直線導軌平行安裝；在所述框架的左右邊框的兩條直線導軌之間安裝有兩根傳動軸，傳動軸下端安裝有齒輪；所述直線導軌下部安裝有支撐架，支撐架為U型，其水平方向一側(cè)通過螺釘安裝有齒條，與齒輪嚙合，支撐架底部安裝有八根支撐柱，支撐柱上安裝有支撐板，支撐板能夠沿支撐柱上下移動，在支撐架的空腔中安裝有兩個直線電機，直線電機活動端與支撐板固定連接，直線電機轉(zhuǎn)動帶動支撐板上下移動，爬行機構(gòu)的足部結(jié)構(gòu)為多個球鉸依次固定在支撐板上，球鉸下部安裝有電磁鐵，球鉸帶動電磁鐵進行小范圍的轉(zhuǎn)動，以適應曲線壁面。

所述牽引機構(gòu)包括卷揚機、行走驅(qū)動電機、滾筒、滾輪、滾輪支架、牽引小車車體，所述卷揚機和行走驅(qū)動電機安裝在牽引小車車體內(nèi)部，所述滾筒固定在牽引小車車體邊緣，滾輪通過滾輪支架固定在牽引小車車體外部。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下突出的實質(zhì)性特點和顯著的優(yōu)點：

1．機器人的控制簡單，只需要控制卷揚機的工作狀態(tài)和電磁鐵便可實現(xiàn)機器人兩個自由度的行走。

2．機器人的結(jié)構(gòu)簡單，機器人成矩形，對稱分布，每一個方向都只有固定滑塊、直線導軌、直線電機、支撐板、電磁鐵等零件，結(jié)構(gòu)簡單。

3．機器人具有優(yōu)越的越障能力，機器人的支撐板類似于腳掌，可實現(xiàn)支撐足的交替，有利于越過障礙。

4．機器人足部采用球鉸，能夠調(diào)整電磁鐵位置，使電磁鐵很好的與弧度小的曲面貼合，使機器人行走穩(wěn)定。

5．機器人工作時吸附可靠，行走時機器人有兩排支撐板電磁鐵吸附，而在定點工作時，機器人所有電磁鐵通電吸附，大大增加了吸附力，使機器人吸附性能更好，工作更穩(wěn)定。

6．本發(fā)明立足于負載能力大、除銹效率高、吸附性能好、控制簡單、驅(qū)動靈活，在船舶壁面工作等方面具有廣闊的應用前景。

附圖說明

圖1為機器人結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為機器人爬壁部分結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為齒輪齒條結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為機器人腿部結(jié)構(gòu)以及腳部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為牽引小車示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例作進一步描述。

如圖1至圖4所示，一種牽引式金屬壁面工作爬壁機器人，包括牽引機構(gòu)和爬行機構(gòu)，所述牽引機構(gòu)通過牽引繩將爬行機構(gòu)懸吊于金屬壁面上。

所述爬行機構(gòu)包括框架1、固定滑塊2、直線導軌3、支撐架4、齒條5、齒輪6、直線電機7、支撐柱8、支撐板9、球鉸10、電磁鐵11、傳動軸12，在所述框架1的左右邊框上安裝有八個固定滑塊2，每兩個固定滑塊2為一組，與一條直線導軌3相配合，使得直線導軌3能夠沿固定滑塊2滑動，框架1的左右邊框均有兩條直線導軌3平行安裝；在所述框架1的左右邊框的兩條直線導軌3之間安裝有兩根傳動軸12，傳動軸12下端安裝有齒輪6；所述直線導軌3下部安裝有支撐架4，支撐架4為U型，其水平方向一側(cè)通過螺釘安裝有齒條5，與齒輪6嚙合，支撐架4底部安裝有八根支撐柱8，支撐柱8上安裝有支撐板9，支撐板9能夠沿支撐柱8上下移動，在支撐架4的空腔中安裝有兩個直線電機7，直線電機7活動端與支撐板9固定連接，直線電機7轉(zhuǎn)動帶動支撐板9上下移動，爬行機構(gòu)的足部結(jié)構(gòu)為多個球鉸10依次固定在支撐板9上，球鉸10下部安裝有電磁鐵11，球鉸10帶動電磁鐵11進行小范圍的轉(zhuǎn)動，以適應曲線壁面。

如圖5所示，所述牽引機構(gòu)包括卷揚機13、行走驅(qū)動電機14、滾筒15、滾輪16、滾輪支架17、牽引小車車體18，所述卷揚機13和行走驅(qū)動電機14安裝在牽引小車車體18內(nèi)部，所述滾筒15固定在牽引小車車體18邊緣，滾輪16通過滾輪支架17固定在牽引小車車體18外部。

本發(fā)明機器人的豎直行走狀態(tài)下的工作原理為：

第一支撐板9-1、第四支撐板9-4上電磁鐵通電，機器人吸附在船舶壁面上，牽引機構(gòu)的卷揚機13工作，拉動機器人上升，此時齒輪6轉(zhuǎn)動，帶動第二直線導軌3-2、第三直線導軌3-3上升，在第二直線導軌3-2、第三直線導軌3-3上升到上極限時，卷揚機13停止工作，第二支撐架4-2、第三支撐架4-3中直線電機伸出，帶動第二支撐板9-2、第三支撐板9-3伸出，第二支撐板9-2、第三支撐板9-3上電磁鐵通電，第一支撐板9-1、第四支撐板9-4上電磁鐵斷電，第一支撐架4-1、第四支撐架4-4中直線電機回轉(zhuǎn)帶動第一支撐板9-1、第四支撐板9-4縮回，卷揚機13轉(zhuǎn)動，帶動機器人繼續(xù)上升，依次重復上述步驟，達到機器人豎直行走的目的。

本發(fā)明機器人水平行走狀態(tài)下的工作原理為：

所有支撐板上電磁鐵11斷電，牽引小車車體18前進一段所需行走距離后停止運動，所有直線電機7正轉(zhuǎn)帶動支撐板9伸出，然后機器人上所有支撐板9上電磁鐵11通電，使機器人吸附在船舶壁面上，完成一次水平位移。

本發(fā)明機器人的工作原理為：

機器人定點工作時，機器人行走到預定工作位置時，所有直線電機7正轉(zhuǎn)帶動所有支撐板9伸出，所有電磁鐵11通電，機器人穩(wěn)定的吸附在船舶壁面上，機器人工作機構(gòu)開始工作；機器人移動工作時，機器人正常行走，搭載的機械手工作。