一种适应复杂壁面作业的非接触式磁吸附爬壁机器人制造技术

本发明专利技术提供一种适应复杂壁面作业的非接触式磁吸附爬壁机器人，包括车体、吸附装置、移动模块、机械手、无损探伤模块、打磨焊接模块、喷漆模块、控制传感模块，其中：爬壁机器人在作业过程中移动模块的履带能够自适应的贴合钢管内壁，同时车体的车架上安装有移动模块，吸附装置，机械手和控制传感模块，按照机器人爬壁作业的不同功能，可以更换无损探伤模块，打磨焊接模块和喷漆模块。本发明专利技术具有模块化设计，能够执行多种检测维护作业，负载大，吸附装置无需电源的特点，能够提供压力钢管爬壁，焊缝无损探伤，焊缝修复和焊缝表面涂层防腐的功能。

A non-contact magnetically adsorbed wall climbing robot adapted to complex wall operation

The invention provides a non-contact magnetic adsorption operation adapt to the complex wall climbing robot, which comprises a vehicle body, a suction device, module, mobile manipulator, nondestructive testing module, grinding welding module, control module, sensor module painting, which fit the inner wall of steel pipe wall climbing robot mobile module in the process of operation can be tracked adaptive, while the body frame is installed on the mobile module, adsorption device, manipulator and control sensor module, according to the different function of wall climbing robot operation, can replace the nondestructive testing module, grinding and spray welding module module. The invention has modularized design, and can perform various inspection and maintenance operations, with large load and no need of power supply for the adsorption device. It can provide pressure pipe climbing wall, nondestructive inspection of weld, repair of weld and anticorrosion of weld surface coating.

【技术实现步骤摘要】
一种适应复杂壁面作业的非接触式磁吸附爬壁机器人
本专利技术设计爬壁机器人
，尤其设计一种适应复杂壁面作业的非接触式磁吸附爬壁机器人。
技术介绍
在水力发电行业中，水电站压力钢管的检测维修均是靠人工搭设脚手架进行，由于搭拆排架费用高，物资进出场困难，且工期长，无法满足检修维护工期的要求。由于水电站压力钢管直径大、斜管仰角大，人工检查十分困难，几乎无法实现。如在压力钢管内搭设满堂脚手架，必须将脚手架钢管与压力钢管内壁焊接，确保排架稳定，装、拆脚手架工程量巨大，搭拆排架费用极高，而且会损伤压力钢管内壁防腐涂层，搭拆脚手架过程中安全风险也极高，工期慢长，无法满足检修工期的要求。需要一种用于压力钢管焊缝检测与维护的爬壁机器人实现钢管内壁检测维护作业。现阶段的爬壁机器人一般采用负压吸附及电磁力方式进行对壁面的吸附，两种吸附方式均需要采用电源，一旦电源发生故障，机器人在爬行过程中可能出现危险甚至危害工作人员的生命安全，同时负压吸附对于压力钢管内壁的防腐涂层会产生损伤，且负压吸附的负载小无法满足爬壁机器人多任务作业的要求。经检索，申请号为201620787231.6的专利，公开一种新型磁吸附式爬壁轮及爬壁机器人，其中磁吸附式爬壁轮，包括电机、减速装置、主动轮和随动轮，所述主动轮设置在动力轴上，在所述动力轴下方设有瓦形磁铁。但是上述专利的瓦形磁铁吸附力小，无法满足大负载的作业要求，同时该机器人的爬壁方式不利于变曲率半径表面的自适应吸附。
技术实现思路
针对现有技术中爬壁机器人大负载吸附力不可靠和功能单一的问题，本专利技术提供一种具有无需电源的吸附功能、大负载、功能模块化的用于压力钢管焊缝检测与维护的爬壁机器人。为实现以上目的，本专利技术所述一种适应复杂壁面作业的非接触式磁吸附爬壁机器人，包括：车体，吸附装置，移动模块，机械手，无损探伤模块，打磨焊接模块，喷漆模块和控制传感模块；所述车体包括车架，所述吸附装置、移动模块、机械手和控制传感模块均安装于所述车架上；所述吸附装置固连于车架和移动模块上，所述爬壁机器人在压力钢管内壁作业时，所述吸附装置与压力钢管内壁有一间隙，所述吸附装置产生的磁场通过间隙以及压力钢管内壁产生磁力线回路进而提供吸附力；所述移动模块对称设置于车架的两侧，用于驱动车架，并在吸附装置提供的吸力下实现驱动所述爬壁机器人在压力钢管内壁的移动；所述打磨焊接模块用于压力钢管内壁的焊接、焊缝打磨；所述喷漆模块用于压力钢管内壁的喷涂；所述无损探伤模块安装在车架上，用于压力钢管内壁的焊缝无损检测；所述控制传感模块安装于车架上，包括控制系统和视觉感知系统，其中：所述控制系统用于控制所述爬壁机器人的行走与各功能下的作业实现；所述视觉感知系统用于追踪焊缝轨迹以修正所述爬壁机器人的爬行线路，同时用于感知所述爬壁机器人在焊接作业时打磨焊接模块的位置以及焊缝轨迹；所述机械手的一端固连在车架上，所述机械手的末端安装有机器人快换器，并通过所述机器人快换器更换安装喷漆模块或者打磨焊接模块，以完成所述爬壁机器人不同的作业需求。优选地，所述车体进一步包括曲轴、曲轴连杆及XZ移动平台，其中：所述车架与所述曲轴连杆通过所述曲轴连接，所述曲轴连杆绕所述曲轴的轴线摆动；所述XZ移动平台安装于所述车架上，所述XZ移动平台具有竖直Z方向和水平X方向两个方向的自由度，在所述爬壁机器人检测作业时，所述XZ移动平台用于调整所述无损探伤模块与焊缝之间的竖直与水平距离，从而提高探伤的准确度。优选地，所述移动模块包括履带、同步带轮、电机、支撑构件和移动模块曲轴，其中：所述电机、同步带轮均安装在所述支撑构件上，且所述电机的输出端连接所述同步带轮，所述履带安装在所述同步带轮上，所述电机驱动所述同步带轮转动从而驱动所述履带运动；所述移动模块曲轴安装在所述支撑构件上并位于所述同步带轮轮距间；所述移动模块通过所述移动模块曲轴与所述车体中的曲轴连杆两端连接，所述移动模块绕所述移动模块曲轴的轴线摆动，同时自适应的贴合不同曲率半径的压力钢管内壁表面，从而实现所述爬壁机器人在压力钢管内壁的全地形运动。更优选地，通过所述电机的差速控制实现所述爬壁机器人的转向。优选地，所述吸附装置包括车体吸附装置与履带吸附装置，其中：车体吸附装置固连于车架上，履带吸附装置固连于移动模块中的履带上。更优选地，通过调整所述吸附装置与压力钢管内壁的间隙大小调整所述吸附装置的吸附力大小。优选地，所述无损探伤模块包括超声波探伤设备、扫查架和探头，其中：探头安装于扫查架的两端，扫查架通过移动块安装在XZ移动平台上，超声波探伤设备安装于车架上。优选地，所述打磨焊接模块包括：焊机、送丝机、电源、气瓶、焊枪和角磨机，其中：焊枪和角磨机通过机器人快换器安装于机械手的末端，焊机、送丝机、电源和气瓶安装于车架上。优选地，所述喷漆模块包括喷枪和无气涂装机，其中：喷枪通过机器人快换器安装于机械手的末端，无气喷涂机安装于车架上。优选地，所述机械手为六自由度串联关节式机械臂。本专利技术所述的机器人能够实现压力钢管内壁的吸附、运动、焊缝无损检测、焊缝打磨、焊接、喷涂的功能。本专利技术所述的机器人通过模块化设计可以按照机器人的作业内容更换无损探伤模块、打磨焊接模块和喷漆模块这三种模块，实现不同的作业功能。本专利技术与现有技术相比较，具有以下有益效果：本专利技术以解决现有爬壁机器人大负载吸附力不可靠和功能单一的问题为切入点，提供了一种无需电源吸附装置，能够进行多种作业功能，大负载的用于压力钢管内壁焊缝检测与维护的爬壁机器人。本专利技术经过模块化设计，能够根据不同的作业内容更换无损探伤模块、打磨焊接模块和喷漆模块这三种模块，同时爬壁机器人移动模块能够自适应贴合不同曲率半径的压力钢管内壁。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术一实施例的爬壁机器人俯视示意图；图2为本专利技术一实施例的爬壁机器人仰视示意图；图3为本专利技术一实施例的爬壁机器人车体示意图；图4为本专利技术一实施例的爬壁机器人移动装置示意图；图中：车体1，吸附装置2，移动模块3，机械手4，无损探伤模块5，打磨焊接模块6，喷漆模块7，控制传感模块8，车架9、曲轴10，曲轴连杆11，XZ移动平台12，履带13，同步带轮14，电机15，支撑构件16，移动模块曲轴17。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。如图1-图2所示，一种用于适应复杂壁面作业的非接触式磁吸附爬壁机器人，包括：车体1，吸附装置2，移动模块3，机械手4，无损探伤模块5，打磨焊接模块6，喷漆模块7，以及控制传感模块8。所述车体1包括车架，所述车架作为载体；所述吸附装置2固连于车架和移动模块上，所述爬壁机器人在压力钢管内壁作业时，吸附装置与压力钢管内壁有一间隙，吸附装置产生的磁场通过间隙以及压力钢管内壁产生磁力线回路进而提供吸附力；所述移动模块3对称设置于车架的两侧，用于驱动车架，并在吸附装置提供的吸力下实现驱动所述爬壁机器人在压力钢管内壁的移动；所述无损探伤模块本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适应复杂壁面作业的非接触式磁吸附爬壁机器人，其特征在于，包括：车体，吸附装置，移动模块，机械手，无损探伤模块，打磨焊接模块，喷漆模块和控制传感模块；所述车体包括车架，所述吸附装置、移动模块、机械手、无损探伤模块和控制传感模块均安装于所述车架上；所述吸附装置固连于所述车架和所述移动模块上，所述爬壁机器人在压力钢管内壁作业时，所述吸附装置与压力钢管内壁有一间隙，所述吸附装置产生的磁场通过间隙以及压力钢管内壁产生磁力线回路进而提供吸附力；所述移动模块对称设置于车架的两侧，用于驱动车架，并在吸附装置提供的吸力下实现驱动所述爬壁机器人在压力钢管内壁的移动；所述打磨焊接模块用于压力钢管内壁的焊接、焊缝打磨；所述喷漆模块用于压力钢管内壁的喷涂；所述无损探伤模块，用于压力钢管内壁的焊缝无损检测；所述控制传感模块，包括控制系统和视觉感知系统，其中：所述控制系统用于控制所述爬壁机器人的行走与各功能下的作业实现；所述视觉感知系统用于追踪焊缝轨迹以修正所述爬壁机器人的爬行线路，同时用于感知所述爬壁机器人在焊接作业时打磨焊接模块的位置以及焊缝轨迹；所述机械手的一端固连在车架上，所述机械手的末端安装有机器人快换器，并通过所述机器人快换器更换安装喷漆模块或者打磨焊接模块，以完成所述爬壁机器人不同的作业需求。...

【技术特征摘要】
1.一种适应复杂壁面作业的非接触式磁吸附爬壁机器人，其特征在于，包括：车体，吸附装置，移动模块，机械手，无损探伤模块，打磨焊接模块，喷漆模块和控制传感模块；所述车体包括车架，所述吸附装置、移动模块、机械手、无损探伤模块和控制传感模块均安装于所述车架上；所述吸附装置固连于所述车架和所述移动模块上，所述爬壁机器人在压力钢管内壁作业时，所述吸附装置与压力钢管内壁有一间隙，所述吸附装置产生的磁场通过间隙以及压力钢管内壁产生磁力线回路进而提供吸附力；所述移动模块对称设置于车架的两侧，用于驱动车架，并在吸附装置提供的吸力下实现驱动所述爬壁机器人在压力钢管内壁的移动；所述打磨焊接模块用于压力钢管内壁的焊接、焊缝打磨；所述喷漆模块用于压力钢管内壁的喷涂；所述无损探伤模块，用于压力钢管内壁的焊缝无损检测；所述控制传感模块，包括控制系统和视觉感知系统，其中：所述控制系统用于控制所述爬壁机器人的行走与各功能下的作业实现；所述视觉感知系统用于追踪焊缝轨迹以修正所述爬壁机器人的爬行线路，同时用于感知所述爬壁机器人在焊接作业时打磨焊接模块的位置以及焊缝轨迹；所述机械手的一端固连在车架上，所述机械手的末端安装有机器人快换器，并通过所述机器人快换器更换安装喷漆模块或者打磨焊接模块，以完成所述爬壁机器人不同的作业需求。2.根据权利要求1所述的一种适应复杂壁面作业的非接触式磁吸附爬壁机器人，其特征在于，所述车体进一步包括曲轴、曲轴连杆及XZ移动平台，其中：所述车架与所述曲轴连杆通过所述曲轴连接，所述曲轴连杆绕所述曲轴的轴线摆动；所述XZ移动平台安装于所述车架上，所述XZ移动平台具有竖直Z方向和水平X方向两个方向的自由度，在所述爬壁机器人检测作业时，所述XZ移动平台用于调整所述无损探伤模块与焊缝之间的竖直与水平距离。3.根据权利要求2所述的一种适应复杂壁面作业的非接触式磁吸附爬壁机器人，其特征在于，所述移动模块包括履带、同步带轮、电机、支撑构件和移动模块曲轴，其中：所述电机、同步带轮均安装在所述支...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵言正，缪晖华，刘鹏，闫维新，胡晓波，李培兴，管恩广，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31