一種變電站爬壁清洗機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)的制作方法

本發(fā)明涉及一種爬壁清洗機(jī)器人，特別是涉及一種爬壁、變道、實(shí)時(shí)檢測、自平衡等多功能相結(jié)合的變電站爬壁清洗機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

變電站彩鋼板清洗行業(yè)由于工作環(huán)境苛刻，清洗作業(yè)限制因素太多，目前還是主要以人工清洗為主。由于彩鋼板往往高達(dá)數(shù)十米，清洗人員一般需要搭乘吊籃或升降臺進(jìn)行清洗作業(yè)，該方式工作效率低、勞動強(qiáng)度大、人工成本高，并且人工高空作業(yè)存在相當(dāng)?shù)陌踩[患。

在現(xiàn)有技術(shù)中，市場上比較常見的柔索懸吊式爬壁機(jī)器人往往通過在清洗壁面頂端安裝導(dǎo)軌滑臺或可移動小車，用來控制爬壁機(jī)器人的橫向移動，并且柔索的卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)也安裝在滑臺或小車上，爬壁清洗機(jī)器人本身不具備運(yùn)動功能，只是被動地在柔索的牽引下進(jìn)行往復(fù)上下運(yùn)動。然而，這種結(jié)構(gòu)勢必導(dǎo)致位于頂端的牽引裝置較重且占據(jù)一定空間，對于一些作業(yè)環(huán)境比如變電站的彩鋼板，頂端作業(yè)空間有限，無法安放牽引裝置，因此極大限制了該種類型的爬壁清洗機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域。此外，傳統(tǒng)的柔索懸吊式爬壁機(jī)器人為了保證機(jī)器人主體在作業(yè)過程中保持平衡，一般選擇采用雙柔索懸吊，且保持雙柔索始終等長，即平行或等腰懸吊，這種懸吊方式的爬壁機(jī)器人換道清洗時(shí)必然需要平移吊點(diǎn)，具有吊點(diǎn)移動頻繁的缺點(diǎn)。再者，現(xiàn)有的爬壁機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)和主體往往一體化設(shè)計(jì)，不可拆卸，一般只執(zhí)行特定任務(wù)，導(dǎo)致爬壁機(jī)器人功能單一，適應(yīng)性不強(qiáng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種變電站爬壁清洗機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)，該主體機(jī)構(gòu)用于變電站彩鋼板爬壁、變道、自平衡等清洗作業(yè)。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種變電站爬壁清洗機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)，包括第一電氣控制柜、第二電氣控制柜、位姿調(diào)節(jié)系統(tǒng)、伺服卷揚(yáng)系統(tǒng)、供液系統(tǒng)以及主梁。第一電氣控制柜和第二電氣控制柜相對設(shè)置，位姿調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)置于上述兩個(gè)電氣控制柜之間。其中，變電站爬壁清洗機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)利用相應(yīng)的柔索懸吊于變電站彩鋼板頂端的兩個(gè)支點(diǎn)，通過卷筒對柔索的卷揚(yáng)實(shí)現(xiàn)上升和下降；伺服卷揚(yáng)系統(tǒng)驅(qū)動卷筒的轉(zhuǎn)動和變速；位姿調(diào)節(jié)系統(tǒng)負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)監(jiān)測柔索的長度變化量以及柔索的傾角值，并對所述傾角值進(jìn)行角度校正；第一電氣控制柜和第二電氣控制柜安裝有控制器、驅(qū)動器、傾角儀和電源，用于負(fù)責(zé)爬壁清洗機(jī)器人的運(yùn)動控制和供能；所述供液系統(tǒng)負(fù)責(zé)為爬壁清洗機(jī)器人提供清洗所需的水和清洗劑；主梁負(fù)責(zé)支撐和連接所述變電站爬壁清洗機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)的位姿調(diào)節(jié)系統(tǒng)、伺服卷揚(yáng)系統(tǒng)和所述供液系統(tǒng)。

在一具體實(shí)施例，伺服卷揚(yáng)系統(tǒng)由卷筒、卷揚(yáng)伺服電機(jī)、往復(fù)絲杠、導(dǎo)向桿、第一滑塊、多個(gè)鏈輪以及安裝板組成。其中，卷筒通過螺栓固定在安裝板上，卷揚(yáng)伺服電機(jī)與卷筒對接且用于驅(qū)動卷筒的轉(zhuǎn)動，往復(fù)絲杠與卷筒平行安裝，導(dǎo)向桿與往復(fù)絲杠平行安裝且為第一滑塊起導(dǎo)向作用，第一滑塊套在往復(fù)絲杠和導(dǎo)向桿上，柔索穿過第一滑塊并隨第一滑塊水平往復(fù)運(yùn)動。

在一具體實(shí)施例，卷筒由繞繩部、傳動部、離合桿和支撐桿組成。其中，所述繞繩部為圓筒狀結(jié)構(gòu)，兩側(cè)各有一個(gè)擋板限制所述柔索的范圍，所述傳動部位于所述繞繩部內(nèi)部并通過轉(zhuǎn)接裝置將卷揚(yáng)伺服電機(jī)的扭矩傳遞給卷筒左側(cè)的三級行星齒輪進(jìn)而驅(qū)動所述繞繩部轉(zhuǎn)動，離合桿位于卷筒左側(cè)以調(diào)節(jié)齒輪嚙合與分離，所述支撐桿的數(shù)量為兩個(gè)且用于增加卷筒的剛度。

在一具體實(shí)施例，位姿調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括梯形絲杠、位姿伺服電機(jī)、導(dǎo)軌、第二滑塊、轉(zhuǎn)動副和封裝板。其中，位姿伺服電機(jī)用于驅(qū)動梯形絲杠精確運(yùn)動，梯形絲杠安裝在導(dǎo)軌的下端且可自由轉(zhuǎn)動，導(dǎo)軌與兩個(gè)第二滑塊配合，使第二滑塊在導(dǎo)軌上水平移動，第二滑塊與梯形絲杠螺母固定連接并隨所述梯形絲杠螺母在梯形絲杠的驅(qū)動下水平運(yùn)動，轉(zhuǎn)動副有兩個(gè)且分別安裝在第二滑塊上方，轉(zhuǎn)動副的一端與第二滑塊固定，另一端與上方的封裝板固連，封裝板可繞轉(zhuǎn)動副在一定范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動。

在一具體實(shí)施例，封裝板由入口導(dǎo)向裝置、出口導(dǎo)向裝置、滑輪、增量式編碼器、絕對式編碼器和肋板組成。其中，入口導(dǎo)向裝置的數(shù)量為兩個(gè)，其內(nèi)部有4根轉(zhuǎn)軸并呈“井”字型排列，柔索從中間穿過；出口導(dǎo)向裝置的數(shù)量為兩個(gè)，并與滑輪和增量式編碼器同軸線裝配；絕對式編碼器與出口導(dǎo)向裝置連接，用來采集柔索的傾角值并反饋給控制器；滑輪跟隨柔索不斷轉(zhuǎn)動并改變?nèi)崴鞣较?；增量式編碼器與滑輪連接，用來采集滑輪轉(zhuǎn)動信號，進(jìn)而得到柔索的長度變化量并反饋給所述控制器；肋板負(fù)責(zé)增加封裝板的剛度和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

在一具體實(shí)施例，所述控制器負(fù)責(zé)控制位姿伺服電機(jī)運(yùn)動，并提供串行通信接口、輸入輸出接口、模擬量采集接口，所述驅(qū)動器還包括直流電機(jī)的驅(qū)動器，統(tǒng)一布置在第一電氣控制柜和第二電氣控制柜內(nèi)，所述傾角儀用于采集所述柔索的左右和前后傾角值從而確定所述爬壁清洗機(jī)器人的位姿信息，所述電源負(fù)責(zé)為各種電子器件供電。

在一具體實(shí)施例，所述供液系統(tǒng)由水箱、清洗劑箱、底置水泵和相關(guān)的管道組成，其中，水箱和清洗劑箱放置于主梁的底部，所述底置水泵負(fù)責(zé)將液體輸送到執(zhí)行模塊的噴頭進(jìn)行噴洗。

在一具體實(shí)施例，主梁分為上層、中層和下層，主梁的上層放置第一電氣控制柜和第二電氣控制柜，主梁的中層放置伺服卷揚(yáng)系統(tǒng)，且主梁的下層放置所述供液系統(tǒng)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下有益效果：

1)本發(fā)明的主體機(jī)構(gòu)設(shè)有伺服卷揚(yáng)系統(tǒng)，柔索收放依靠爬壁清洗機(jī)器人自身的卷揚(yáng)，從而避免了在變電站彩鋼板頂部安裝相應(yīng)的卷揚(yáng)或牽引裝置，對于頂部空間有限的變電站彩鋼板具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值；

2)本發(fā)明突破傳統(tǒng)的雙柔索等長的局限，柔索在作業(yè)過程中長度和傾角始終在變，兩根柔索獨(dú)立驅(qū)動，一次固定吊點(diǎn)可以進(jìn)行多次上下清洗作業(yè)，減少了固定吊點(diǎn)的次數(shù)，提高了工作效率；當(dāng)機(jī)器人爬壁不處于兩吊點(diǎn)中心線位置時(shí)，由于受力不平衡，主體會出現(xiàn)傾斜問題，本發(fā)明通過實(shí)時(shí)采集主體的位姿信息，并通過相應(yīng)的自平衡機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)平，保證機(jī)器人工作過程中始終處于正常的位姿；

3)本發(fā)明的主體結(jié)構(gòu)作為爬壁清洗作業(yè)的主體，預(yù)留有各種接口，除了支持清洗模塊，還可以支持其他功能模塊的作業(yè)，實(shí)現(xiàn)了爬壁機(jī)器人的多用途、寬領(lǐng)域、模塊化以及智能化作業(yè)。

附圖說明

讀者在參照附圖閱讀了本發(fā)明的具體實(shí)施方式以后，將會更清楚地了解本發(fā)明的各個(gè)方面。其中：

圖1示出本發(fā)明的變電站爬壁清洗機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖2示出圖1的變電站爬壁清洗機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)的伺服卷揚(yáng)系統(tǒng)的俯視圖。

圖3示出圖1的變電站爬壁清洗機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)的位姿調(diào)節(jié)系統(tǒng)的局部示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本申請所揭示的技術(shù)內(nèi)容更加詳盡與完備，可參照附圖以及本發(fā)明的下述各種具體實(shí)施例，附圖中相同的標(biāo)記代表相同或相似的組件。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，下文中所提供的實(shí)施例并非用來限制本發(fā)明所涵蓋的范圍。此外，附圖僅僅用于示意性地加以說明，并未依照其原尺寸進(jìn)行繪制。

下面參照附圖，對本發(fā)明各個(gè)方面的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

圖1示出本發(fā)明的變電站爬壁清洗機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)的示意圖。圖2示出圖1的變電站爬壁清洗機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)的伺服卷揚(yáng)系統(tǒng)的俯視圖。圖3示出圖1的變電站爬壁清洗機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)的位姿調(diào)節(jié)系統(tǒng)的局部示意圖。

參照圖1、圖2和圖3，本發(fā)明的變電站爬壁清洗機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)至少包括第一電氣控制柜1、第二電氣控制柜3、位姿調(diào)節(jié)系統(tǒng)2、伺服卷揚(yáng)系統(tǒng)4、供液系統(tǒng)以及主梁7。在圖1中，主梁7分為上層、中層和下層，主梁7的上層放置第一電氣控制柜1和第二電氣控制柜3，主梁7的中層放置伺服卷揚(yáng)系統(tǒng)4，且主梁7的下層放置供液系統(tǒng)。第一電氣控制柜1和第二電氣控制柜3相對設(shè)置，位姿調(diào)節(jié)系統(tǒng)2設(shè)置于上述兩個(gè)電氣控制柜1和3之間。

詳細(xì)而言，位姿調(diào)節(jié)系統(tǒng)2包括梯形絲杠2-6、位姿伺服電機(jī)2-5、導(dǎo)軌2-8、第二滑塊2-7、轉(zhuǎn)動副2-9和封裝板2-10。伺服卷揚(yáng)系統(tǒng)4由卷筒4-3、卷揚(yáng)伺服電機(jī)4-10、往復(fù)絲杠4-7、導(dǎo)向桿4-8、第一滑塊4-6、多個(gè)鏈輪4-1、4-2、4-4以及安裝板4-9組成。本發(fā)明的主體結(jié)構(gòu)利用相應(yīng)的柔索懸吊于變電站彩鋼板頂端的兩個(gè)支點(diǎn)，通過卷筒4-3對柔索的卷揚(yáng)實(shí)現(xiàn)上升和下降。例如，柔索從卷筒4-3出發(fā)，先后穿過第一滑塊4-6上的導(dǎo)向孔、入口導(dǎo)向裝置2-4，繞過滑輪2-11之后再從出口導(dǎo)向裝置2-1伸出。伺服卷揚(yáng)系統(tǒng)4驅(qū)動卷筒4-3的轉(zhuǎn)動和變速。位姿調(diào)節(jié)系統(tǒng)2負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)監(jiān)測柔索的長度變化量以及柔索的傾角值，并通過水平方向的導(dǎo)軌對傾角值進(jìn)行角度校正。第一電氣控制柜1和第二電氣控制柜3安裝有控制器、驅(qū)動器、傾角儀和電源，用于負(fù)責(zé)爬壁清洗機(jī)器人的運(yùn)動控制和供能。供液系統(tǒng)負(fù)責(zé)為爬壁清洗機(jī)器人提供清洗所需的水和清洗劑。主梁7負(fù)責(zé)支撐和連接變電站爬壁清洗機(jī)器人主體的位姿調(diào)節(jié)系統(tǒng)2、伺服卷揚(yáng)系統(tǒng)4和供液系統(tǒng)。供液系統(tǒng)由水箱5、清洗劑箱6、底置水泵和相關(guān)的管道組成。其中，水箱5和清洗劑箱6放置于主梁7的底部，底置水泵負(fù)責(zé)將液體輸送到執(zhí)行模塊的噴頭進(jìn)行噴洗。

卷筒4-3通過螺栓固定在安裝板4-9上，卷揚(yáng)伺服電機(jī)4-10與卷筒4-3對接且用于驅(qū)動卷筒4-3的轉(zhuǎn)動，往復(fù)絲杠4-7與卷筒4-3平行安裝，導(dǎo)向桿4-8與往復(fù)絲杠4-7平行安裝且為第一滑塊4-6起導(dǎo)向作用，第一滑塊4-6套在往復(fù)絲杠4-7和導(dǎo)向桿4-8上，柔索穿過第一滑塊4-6并隨第一滑塊4-6水平往復(fù)運(yùn)動。卷筒4-3由繞繩部、傳動部、離合桿4-5和支撐桿組成。繞繩部為圓筒狀結(jié)構(gòu)，兩側(cè)各有一個(gè)擋板限制柔索的范圍，傳動部位于繞繩部內(nèi)部并通過轉(zhuǎn)接裝置將卷揚(yáng)伺服電機(jī)4-10的扭矩傳遞給卷筒4-3左側(cè)的三級行星齒輪進(jìn)而驅(qū)動繞繩部轉(zhuǎn)動，離合桿4-5位于卷筒左側(cè)以調(diào)節(jié)齒輪嚙合與分離。支撐桿的數(shù)量為兩個(gè)且用于增加卷筒4-3的剛度。

在實(shí)際操作中，本發(fā)明的主體結(jié)構(gòu)放置在彩鋼板的底部，打開離合桿4-5，此時(shí)卷筒4-3可以自由轉(zhuǎn)動，把兩根柔索拉出分別固定到彩鋼板頂部的吊點(diǎn)上，再轉(zhuǎn)動離合桿4-5，將卷筒4-3鎖住。啟動兩臺卷揚(yáng)伺服電機(jī)4-10，卷揚(yáng)伺服電機(jī)4-10將扭矩傳遞給卷筒4-3內(nèi)部的三級行星齒輪帶動卷筒4-3轉(zhuǎn)動，柔索開始收縮。隨著柔索的不斷收縮，柔索在卷筒4-3上的繞點(diǎn)開始水平移動，卷筒轉(zhuǎn)速按一定的比例經(jīng)鏈輪4-1、4-2、4-4傳遞給往復(fù)絲杠4-7，使第一滑塊4-6和柔索繞點(diǎn)同步移動，當(dāng)?shù)谝换瑝K4-6平移到往復(fù)絲杠4-7端點(diǎn)，第一滑塊4-6進(jìn)入逆向螺旋槽開始反向平移，保證柔索均勻纏繞在卷筒4-3上。

位姿伺服電機(jī)2-5用于驅(qū)動梯形絲杠2-6精確運(yùn)動，梯形絲杠2-6安裝在導(dǎo)軌2-8的下端且可自由轉(zhuǎn)動，導(dǎo)軌2-8與兩個(gè)第二滑塊2-7配合，使第二滑塊2-7在導(dǎo)軌2-8上水平移動，第二滑塊2-7與梯形絲杠螺母固定連接并隨該梯形絲杠螺母在梯形絲杠2-6的驅(qū)動下水平運(yùn)動。轉(zhuǎn)動副2-9有兩個(gè)，且分別安裝在第二滑塊2-7上方，轉(zhuǎn)動副2-9的一端與第二滑塊2-7固定，另一端與上方的封裝板2-10固定連接。封裝板2-10可繞轉(zhuǎn)動副2-9在一定范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動。此外，封裝板2-10由入口導(dǎo)向裝置2-4、出口導(dǎo)向裝置2-1、滑輪2-11、增量式編碼器2-12、絕對式編碼器2-3和肋板2-2組成。其中，入口導(dǎo)向裝置2-4的數(shù)量為兩個(gè)，其內(nèi)部有4根轉(zhuǎn)軸并呈“井”字型排列，柔索從中間穿過。出口導(dǎo)向裝置2-1的數(shù)量為兩個(gè)，并與滑輪2-11和增量式編碼器2-12同軸線裝配。絕對式編碼器2-3與出口導(dǎo)向裝置2-1連接，用來采集柔索的傾角值并反饋給控制器?；?-11跟隨柔索不斷轉(zhuǎn)動并改變?nèi)崴鞣较颍隽渴骄幋a器2-12與滑輪2-11連接，用來采集滑輪2-11轉(zhuǎn)動信號，進(jìn)而得到柔索的長度變化量并反饋給電氣控制柜的控制器。肋板2-2負(fù)責(zé)增加封裝板2-10的剛度和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。控制器負(fù)責(zé)控制位姿伺服電機(jī)2-5運(yùn)動，并提供串行通信接口、輸入輸出接口、模擬量采集接口。驅(qū)動器還包括直流電機(jī)的驅(qū)動器，統(tǒng)一布置在第一電氣控制柜1和第二電氣控制柜3內(nèi)。傾角儀用于采集柔索的左右和前后傾角值從而確定爬壁清洗機(jī)器人的位姿信息，電源負(fù)責(zé)為各種電子器件供電。

舉例而言，本發(fā)明的爬壁清洗機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)在上升過程中，兩端柔索的傾角不斷變化，出口導(dǎo)向裝置2-1跟隨柔索不斷轉(zhuǎn)動，安裝在出口導(dǎo)向裝置2-1上的絕對式編碼器2-3采集到柔索的傾角值并反饋給控制器；同時(shí)，滑輪2-11在柔索的摩擦下同步轉(zhuǎn)動，通過安裝在滑輪2-11上的增量式編碼器2-12可以采集到柔索的長度變化量并反饋給控制器。放置于電氣控制柜中的傾角儀不斷將左右、前后傾角值傳送給控制器，當(dāng)控制器監(jiān)測到主體發(fā)生傾斜，則控制位姿伺服電機(jī)2-5驅(qū)動梯形絲杠2-6轉(zhuǎn)動，梯形絲杠螺母帶動整個(gè)封裝板2-10在導(dǎo)軌2-8上平移，直到控制器檢測到左右傾角值一致，此時(shí)停止位姿伺服電機(jī)2-5。在爬壁過程中，轉(zhuǎn)動副2-9可以前后轉(zhuǎn)動，以適應(yīng)主體的前后擺動。

此外，當(dāng)機(jī)器人主體在完成一個(gè)彩鋼板縱道上的清洗作業(yè)，需要變更到下一個(gè)縱道時(shí)，一側(cè)的卷筒4-3慢速繞繩，另一側(cè)的卷筒4-3慢速放繩，達(dá)到預(yù)定位置后，電氣控制柜的控制器不斷地讀取傾角儀的傾角值，控制兩側(cè)的卷揚(yáng)伺服電機(jī)4-10轉(zhuǎn)動，直到主體位姿平衡。控制器再根據(jù)兩個(gè)絕對式編碼器2-3的傾角值，確定轉(zhuǎn)速控制函數(shù)，重新進(jìn)行爬壁作業(yè)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下有益效果：

1)本發(fā)明的主體機(jī)構(gòu)設(shè)有伺服卷揚(yáng)系統(tǒng)，柔索收放依靠爬壁清洗機(jī)器人自身的卷揚(yáng)，從而避免了在變電站彩鋼板頂部安裝相應(yīng)的卷揚(yáng)或牽引裝置，對于頂部空間有限的變電站彩鋼板具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值；

2)本發(fā)明突破傳統(tǒng)的雙柔索等長的局限，柔索在作業(yè)過程中長度和傾角始終在變，兩根柔索獨(dú)立驅(qū)動，一次固定吊點(diǎn)可以進(jìn)行多次上下清洗作業(yè)，減少了固定吊點(diǎn)的次數(shù)，提高了工作效率；當(dāng)機(jī)器人爬壁不處于兩吊點(diǎn)中心線位置時(shí)，由于受力不平衡，主體會出現(xiàn)傾斜問題，本發(fā)明通過實(shí)時(shí)采集主體的位姿信息，并通過相應(yīng)的自平衡機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)平，保證機(jī)器人工作過程中始終處于正常的位姿；

3)本發(fā)明的主體結(jié)構(gòu)作為爬壁清洗作業(yè)的主體結(jié)構(gòu)，預(yù)留有各種接口，除了支持清洗模塊，還可以支持其他功能模塊的作業(yè)，實(shí)現(xiàn)了爬壁機(jī)器人的多用途、寬領(lǐng)域、模塊化以及智能化作業(yè)。

上文中，參照附圖描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方式。但是，本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員能夠理解，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作各種變更和替換。這些變更和替換都落在本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍內(nèi)。