适用于大型钢制结构件的表面清理作业爬壁机器人的制作方法

1.本实用新型涉及爬壁机器人技术领域，特别涉及一种适用于大型钢制结构件的表面清理作业爬壁机器人。


背景技术：

2.石油与天然气是国家能源战略的重要组成部分，其存储需要使用大量的大型钢制结构件等压力容器。近年来随着技术进步和存储需求增加，大型钢制结构件朝着大型化、复杂化方向发展，并且大型钢制结构件的数量呈不断上升的趋势。为了确保大型钢制结构件等大型钢制结构件的安全运行，tsgr7001-2013《压力容器定期检验规则》等多项国家标准及规范明确规定，在首次投用的3年内要对大型钢制结构件等压力容器进行检测，此后根据大型钢制结构件不同安全等级，每3年至6年检测一次。
3.无论是在大型钢制结构件的定期检测缺陷伤痕，还是焊接后对焊缝两侧区域的无损检测探伤，都需要对储罐表面的腐蚀区域进行清理。表面清理的目的首先是去除表面的灰尘、铁锈等腐蚀物；其次是将对应的腐蚀区域清理至表面露出金属光泽并达到一定的清理等级，以为后续探伤做好基础；最后是将清理产生的铁渣、灰尘等废弃物及时回收以便于大型钢制结构件的正常运行。
4.目前国内外大型钢制结构件表面清理作业方法主要采用传统的低效率、长周期、低安全性与高劳动强度的人工动力作业工具清理，而大型钢制结构件现场表面清理工程量大、工作条件恶劣、作业安全隐患高，表面清理质量不稳定。随着石油与天然气消费量的增大，我国大型大型钢制结构件密集建设，同时随着工业自动化水平的提高与机器人技术的发展，迫切需要用“机器换人”进行大型大型钢制结构件表面清理作业。现阶段的表面清理机器人用爬壁机器人或是搭载动力作业工具进行工作，或携带高压水枪通过水射流极高的冲击动能进行清理，无法应对中大型大型钢制结构件内部低含水量的作业环境，表面清理质量不稳定并且无法对铁锈等腐蚀物进行回收。因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种适用于大型钢制结构件的表面清理作业爬壁机器人，本表面清理作业爬壁机器人将爬壁机器人的表面清理和回收功能集成实施，提高机器人清理与回收的效率，保证表面清理质量，改善操作人员的工作环境，提高了工作的安全性与可靠性。
6.为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
7.一种适用于大型钢制结构件的表面清理作业爬壁机器人，包括运动平台、轭铁式永磁间隙吸附装置、不锈钢丝盘刷清理模组、风机回收模块和控制单元；所述运动平台包括机器人底板、运动驱动轮模组和运动从动轮模组，所述运动驱动轮模组和所述运动从动轮模组均设置在所述机器人底板的下表面，且所述运动驱动轮模组位于所述机器人底板的前
端，所述运动从动轮模组位于所述机器人底板的后端；所述轭铁式永磁间隙吸附装置设置在所述机器人底板的下表面，所述轭铁式永磁间隙吸附装置用于提供磁性吸附力；所述不锈钢丝盘刷清理模组设置在所述机器人底板的下表面，所述不锈钢丝盘刷清理模组用于清理所述大型钢制结构件的内外壁面；所述风机回收模块设置在所述机器人底板的上表面，所述风机回收模块用于回收所述不锈钢丝盘刷清理模组清理后产生的杂物；所述控制单元设置在所述机器人底板的上表面，所述控制单元用于控制所述运动驱动轮模组、所述不锈钢丝盘刷清理模组和所述风机回收模块。
8.进一步地，在上述的适用于大型钢制结构件的表面清理作业爬壁机器人中，所述运动驱动轮模组包括两个驱动轮单元，两个所述驱动轮单元分别固定设置在所述机器人底板下表面前端的两个顶角处，且两个所述驱动轮单元关于所述机器人底板的中轴线对称设置；每个所述驱动轮单元包括驱动轮轴、驱动轮、深沟球轴承、轴承支架、减速器、联轴器、电机支架和驱动电机；所述电机支架、所述轴承支架和所述减速器均固定设置在所述机器人底板的下表面上，所述驱动电机固定设置在所述电机支架上，所述驱动电机的输出端通过所述联轴器与所述减速器的输入端固定连接；所述深沟球轴承设置在所述轴承支架内，所述驱动轮轴的一端与所述减速器的输出端固定连接，所述深沟球轴承设置在所述驱动轮轴上，所述驱动轮固定设置在所述驱动轮轴的另一端；所述驱动轮位于所述减速器的内侧；所述减速器为蜗轮蜗杆减速器。
9.进一步地，在上述的适用于大型钢制结构件的表面清理作业爬壁机器人中，所述运动从动轮模组的数量为一个；所述运动从动轮模组固定设置在所述机器人底板的下表面后端的中部，且所述运动从动轮模组位于所述机器人底板的中轴线上，两个所述驱动轮单元与一个所述运动从动轮模组呈三角形布置；所述运动从动轮模组包括从动轮固定支架、连接支架、从动轮回转轴、从动轮轴、第一轭铁板、永磁体和两个从动轮；所述从动轮固定支架固定设置在所述机器人底板的下表面，所述从动轮回转轴竖直转动设置在所述从动轮固定支架内，所述从动轮回转轴通过所述连接支架与所述从动轮轴连接，两个所述从动轮分别设置在所述从动轮轴的两端，所述第一轭铁板与所述永磁体均设置在所述从动轮轴上，所述永磁体固定设置在所述第一轭铁板上，且所述永磁体位于两个所述从动轮之间；所述从动轮固定支架内部设置有轴承以与所述从动轮回转轴间隙配合来实现所述从动轮回转轴的竖直转动。
10.进一步地，在上述的适用于大型钢制结构件的表面清理作业爬壁机器人中，所述轭铁式永磁间隙吸附装置的个数为两个，两个所述轭铁式永磁间隙吸附装置关于所述机器人底板的中轴线对称设置，且两个所述轭铁式永磁间隙吸附装置位于两个所述驱动轮之间，两个所述轭铁式永磁间隙吸附装置与所述驱动轮位于同一水平线上；每个所述轭铁式永磁间隙吸附装置包括吸附单元间隙调节垂直杆、轭铁板转向轴、两个固定支架、第二轭铁板、永磁吸附体、螺母和轴支座；所述机器人底板上设有调节孔，所述吸附单元间隙调节垂直杆的一端设有螺纹，所述轴支座固定设置在所述机器人底板的下表面，所述吸附单元间隙调节垂直杆的一端依次穿过所述轴支座和所述调节孔并与所述螺母固定连接，所述吸附单元间隙调节垂直杆与所述轴支座螺纹连接，所述螺母位于所述机器人底板上表面的一侧；所述吸附单元间隙调节垂直杆的另一端与所述第二轭铁板转向轴固定连接，所述轭铁板转向轴的两端分别与两个所述固定支架固定连接，两个所述固定支架均固定设置在所述
第二轭铁板的一侧面上，所述永磁吸附体固定设置在所述第二轭铁板的另一侧面上；所述大型钢制结构件的体积大于3000m3；所述轭铁式永磁间隙吸附装置与所述大型钢制结构件之间的空气间隙为5mm-20mm。
11.进一步地，在上述的适用于大型钢制结构件的表面清理作业爬壁机器人中，所述不锈钢丝盘刷清理模组包括两个盘刷清理单元；两个所述盘刷清理单元均固定设置在所述机器人底板的下表面，每个所述盘刷清理单元包括清理电机固定支架、清理驱动电机、法兰、套筒、输出轴、不锈钢丝刷、弹簧和滑块；所述清理电机固定支架固定设置在所述机器人底板的下表面，所述清理驱动电机固定设置在所述清理电机固定支架上；所述法兰的一侧与所述清理驱动电机的输出端固定连接，所述法兰的另一侧与所述套筒固定连接；所述弹簧和所述滑块均设置在所述套筒内，且所述弹簧位于所述法兰与所述滑块之间，所述弹簧的两端分别与所述法兰和所述滑块接触，所述滑块与所述套筒的内壁滑动连接，所述套筒的一端设有输出孔，所述输出轴的一端位于所述套筒内，且所述输出轴的一端与所述滑块固定连接，所述输出轴的另一端穿过所述输出孔并与所述不锈钢丝刷固定连接；所述法兰的一侧开孔并通过螺钉与清理驱动电机的输出端固定连接，所述法兰的另一侧与所述套筒通过四个螺钉固定连接；所述法兰的另一侧设置有直径为14mm、高为2mm 的凸台，所述凸台插入所述套筒的另一端内并与所述套筒固定连接，所述弹簧的一端与所述凸台固定连接；所述滑块与所述输出轴的一端通过螺钉固定，且所述滑块与所述输出轴均使用304不锈钢制成；所述滑块与所述套筒内壁采用间隙配合，所述滑块可沿着所述套筒内壁上下滑动6mm-8mm；所述输出轴和所述输出孔的横截面形状均为方形，所述输出轴和所述输出孔之间采用间隙配合。
12.进一步地，在上述的适用于大型钢制结构件的表面清理作业爬壁机器人中，所述风机回收模块包括回收风机、回收软管、回收盒、回收滤袋、密封盒和密封排刷；所述密封盒固定设置在所述机器人底板的下表面，所述密封盒呈长方形且中间开孔，所述不锈钢丝盘刷清理模组位于所述密封盒的开孔中，所述密封排刷安装在所述密封盒上，且所述密封排刷围绕所述不锈钢丝盘刷清理模组的四周设置；所述回收盒固定设置在所述机器人底板的上表面，且所述回收盒两端设有回收软管安装孔，所述回收滤袋设置在所述回收盒内，所述回收风机设置在所述机器人底板的上表面，所述回收软管穿过所述回收软管安装孔与所述密封盒和所述回收盒均连接，所述回收风机用以实现所述杂物在所述密封盒、所述回收软管和所述回收盒内的流动。
13.进一步地，在上述的适用于大型钢制结构件的表面清理作业爬壁机器人中，还包括有视觉传感模块，所述的控制单元内设置有嵌入式处理器和嵌入式核心控制器；所述视觉传感模块与所述控制单元电性连接，所述视觉传感模块用于获取所述表面清理作业爬壁机器人前方的图像信息，并将所述图像信息反馈给所述嵌入式处理器进行处理，所述嵌入式核心控制器根据所述嵌入式处理器的处理结果来控制所述表面清理作业爬壁机器人工作。
14.进一步地，在上述的适用于大型钢制结构件的表面清理作业爬壁机器人中，控制单元包括运动控制单元、表面清理控制单元、风机回收控制单元和视觉感知单元；所述运动控制单元用于控制所述运动驱动轮模组，所述表面清理控制单元用于控制所述不锈钢丝盘刷清理模组，所述风机回收控制单元用于控制所述风机回收模块，所述视觉感知单元用于
控制所述视觉传感模块。
15.进一步地，在上述的适用于大型钢制结构件的表面清理作业爬壁机器人中，所述第二轭铁板采用普通碳素结构钢材料q235制成并进行表面发黑处理，所述永磁吸附体采用稀土永磁材料钕铁硼制成，所述永磁吸附体的牌号为40-52，所述永磁吸附体沿厚度方向充磁；所述第二轭铁板转向轴上开设有固定孔，所述吸附单元间隙调节垂直杆的另一端插入所述固定孔以与所述第二轭铁板转向轴固定连接，所述固定支架通过螺钉与所述第二轭铁板固定连接；所述永磁吸附体的磁路采用轭铁型永磁体阵列。
16.进一步地，在上述的适用于大型钢制结构件的表面清理作业爬壁机器人中，还包括地面操作台，所述地面操作台与所述控制单元电性连接；所述地面操作台包括上位机显示屏、嵌入式工控机和操作摇杆，所述嵌入式工控机能够提供多个接口以扩展所述表面清理作业爬壁机器人的功能；所述上位机显示屏用于显示所述表面清理作业爬壁机器人的工况并能够实时设置所述表面清理作业爬壁机器人的运动与清理参数；所述操作摇杆用于操作所述表面清理作业爬壁机器人的运动轨迹；所述运动平台还包括两个把手，两个所述把手固定设置在所述机器人底板的上表面，且两个所述把手位于所述机器人底板上表面的边缘。
17.分析可知，本实用新型公开一种适用于大型钢制结构件的表面清理作业爬壁机器人的实施例实现了如下技术效果：
18.本适用于大型钢制结构件的表面清理作业爬壁机器人中的运动平台上设置有两个间隙可调的轭铁式永磁间隙吸附装置、一个风机回收模块、一个控制单元、两个盘刷清理单元、两个驱动轮单元以及一个运动从动轮模组，其中，两个驱动轮单元以及一个运动从动轮模组呈三角形设置在运动平台上，两个盘刷清理单元设置在机器人底板腹部下方，风机回收模块位于机器人底板腹部上方，从而实现钢制结构件表面清理后铁锈等腐蚀物直接回收，将清理与回收结合，提高清理作业的效率，同时改善机器人的作业环境。同时，本实用新型通过采用永磁间隙式吸附、双驱动轮差动移动和单从动轮辅助支撑的架构吸附于钢制结构件表面，使用电机直驱、弹簧缓冲的不锈钢丝盘刷结构进行表面清理，并通过高效风机、密封排刷、可循环使用滤袋实现铁锈等腐蚀物的快速回收。不锈钢丝盘刷清理模组位于本爬壁机器人的腹部，通过正反转抵消清理作业反作用力，实现高效表面清理。风机回收模块用于回收清理产生的铁锈等腐蚀物。控制单元用于实现爬壁机器人在大型钢制结构件壁面的运动控制与不锈钢丝盘刷清理模组清理参数调整，将爬壁机器人和表面清理设备结合起来，实现大型钢制结构件表面清理，有效提高大型钢制结构件表面清理工作效率并改善工作人员作业环境，提高了工作的安全性与可靠性。
附图说明
19.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。其中：
20.图1为本实用新型实施例中表面清理作业爬壁机器人的俯视示意图；
21.图2为本实用新型实施例中表面清理作业爬壁机器人的底视示意图；
22.图3为本实用新型实施例中表面清理作业爬壁机器人中运动平台的结构示意图；
23.图4为本实用新型实施例中表面清理作业爬壁机器人的运动驱动轮模组的结构示意图；
24.图5为本实用新型实施例中表面清理作业爬壁机器人的不锈钢丝盘刷清理模组的结构示意图；
25.图6为本实用新型实施例中表面清理作业爬壁机器人的不锈钢丝盘刷清理模组部分结构的爆炸图；
26.图7为本实用新型实施例中表面清理作业爬壁机器人的轭铁式永磁间隙吸附装置的结构示意图。
27.附图标记说明：
28.1-运动平台，2-轭铁式永磁间隙吸附装置，3-风机回收模块，4-控制单元， 5-运动驱动轮模组，6-不锈钢丝盘刷清理模组，7-运动从动轮模组，8-机器人底板，9-把手，10-驱动轮轴，11-驱动轮，12-轴承支架，13-减速器，14-联轴器，15-电机支架，16-驱动电机，17-清理电机固定支架，18-清理驱动电机， 19-法兰，20-套筒，21-输出轴，22-不锈钢丝刷，23-吸附单元间隙调节垂直杆，24-轭铁板转向轴，25-固定支架，26-第二轭铁板，27-永磁吸附体，28
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弹簧，29-滑块，30-减重孔。
具体实施方式
29.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。各个示例通过本实用新型的解释的方式提供而非限制本实用新型。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本实用新型的范围或精神的情况下，可在本实用新型中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本实用新型包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。
30.在本实用新型的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。本实用新型中使用的术语“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连；可以是有线电连接、无线电连接，也可以是无线通信信号连接，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
31.所附附图中示出了本实用新型的一个或多个示例。详细描述使用了数字和字母标记来指代附图中的特征。附图和描述中的相似或类似标记的已经用于指代本实用新型的相似或类似的部分。如本文所用的那样，用语“第一”、“第二”、“第三”以及“第四”等可互换地使用，以将一个构件与另一个区分开，且不旨在表示单独构件的位置或重要性。
32.如图1至图7所示，根据本实用新型的实施例，提供了一种适用于大型钢制结构件的表面清理作业爬壁机器人，包括运动平台1、轭铁式永磁间隙吸附装置2、不锈钢丝盘刷清理模组6、风机回收模块3和控制单元4；运动平台1包括机器人底板8、运动驱动轮模组5和运动从动轮模组7，运动驱动轮模组5和运动从动轮模组7均设置在机器人底板8的下表面，且运动驱动轮模组5位于机器人底板8的前端，运动从动轮模组7位于机器人底板8的后端；轭铁式永磁间隙吸附装置2设置在机器人底板8的下表面，轭铁式永磁间隙吸附装置2用于提
供磁性吸附力；不锈钢丝盘刷清理模组6设置在机器人底板8的下表面，不锈钢丝盘刷清理模组6用于清理大型钢制结构件的内外壁面；风机回收模块3设置在机器人底板8的上表面，风机回收模块3 用于回收不锈钢丝盘刷清理模组6清理后产生的杂物；控制单元4设置在机器人底板8的上表面，控制单元4用于控制运动驱动轮模组5、不锈钢丝盘刷清理模组6和风机回收模块3。
33.在上述实施例中，大型钢制结构件指体积为3000m3以上的大型钢制结构件。运动平台1包括机器人底板8、设置在机器人底板8上的运动驱动轮模组5和设置在机器人底板8上的运动从动轮模组7，运动驱动轮模组5设置在运动平台1的前端，用于驱动运动平台1在大型钢制结构件壁面上全位置运动，运动从动轮模组7设置在运动平台后端，用于实现机器人灵活转向并提供一定的磁吸附力。轭铁式永磁间隙吸附装置2用于提供磁吸附力从而使爬壁机器人可靠吸附于大型钢制结构件内外壁面上。不锈钢丝盘刷清理模组 6可通过其内两个盘刷正反转抵消清理作业产生的反作用力，用于对大型钢制结构件内外壁面经腐蚀产生的铁锈灰尘的表面清理。风机回收模块3用于回收清理后的铁锈灰尘等腐蚀物。控制单元4用于控制运动驱动轮模组5、不锈钢丝盘刷清理模组6和风机回收模块3，控制单元4用于实现爬壁机器人在大型钢制结构件壁面的运动控制与不锈钢丝盘刷清理模组6清理参数调整，将爬壁机器人和表面清理设备结合起来，实现大型钢制结构件表面清理，有效提高大型钢制结构件表面清理工作效率并改善工作人员作业环境，提高了工作的安全性与可靠性。轭铁式永磁间隙吸附装置2、不锈钢丝盘刷清理模组6、风机回收模块3与控制单元4均安装于机器人底板8上，其中，轭铁式永磁间隙吸附装置2和不锈钢丝盘刷清理模组6设置在机器人底板8的下表面，风机回收模块3和控制单元4设置在机器人底板8的上表面。本适用于大型钢制结构件的表面清理作业爬壁机器人通过采用轭铁式永磁间隙吸附装置2、运动驱动轮模组5和运动从动轮模组7的架构吸附于钢制结构件表面，使用不锈钢丝盘刷清理模组6进行表面清理，并通过风机回收模块3 实现杂物的快速回收，这里杂物通常为铁锈等腐蚀物。同时，本爬壁机器人能够实现大型钢制结构件表面清理，可在大型钢制结构件内外壁面全位置可靠吸附、灵活运动，将爬壁机器人和表面清理设备结合起来，实现大型钢制结构件表面清理，有效提高大型钢制结构件表面清理工作效率并改善工作人员作业环境，提高了工作的安全性与可靠性。
34.优选地，如图1至图4所示，在本实用新型一个实施例中，运动驱动轮模组5包括两个驱动轮单元，两个驱动轮单元分别固定设置在机器人底板8 下表面前端的两个顶角处，且两个驱动轮单元关于机器人底板8的中轴线对称设置；每个驱动轮单元包括驱动轮轴10、驱动轮11、深沟球轴承、轴承支架12、减速器13、联轴器14、电机支架15和驱动电机16；电机支架15、轴承支架12和减速器13均固定设置在机器人底板8的下表面上，驱动电机 16固定设置在电机支架15上，驱动电机16的输出端通过联轴器14与减速器13的输入端固定连接；深沟球轴承设置在轴承支架12内，驱动轮轴10 的一端与减速器13的输出端固定连接，深沟球轴承设置在驱动轮轴10上，驱动轮11固定设置在驱动轮轴10的另一端；优选地，驱动轮11位于减速器 13的内侧；优选地，减速器13为蜗轮蜗杆减速器。
35.在上述实施例中，运动驱动轮模组5包括两个驱动轮单元，每个驱动轮单元包括驱动电机10、联轴器14、电机支架15、减速器16、深沟球轴承、轴承支架12、驱动轮轴10与驱动轮11；机器人底板8的前端两角分别设置一个驱动轮单元，驱动轮单元的减速器13的输入端
通过联轴器14连接驱动电机16，这里可将两个驱动轮单元分别记作第一驱动轮单元和第二驱动轮单元，这样第一驱动轮单元的减速器13的输入端通过第一联轴器连接第一驱动电机，第二驱动轮单元的减速器13的输入端通过第二联轴器连接第二驱动电机。减速器13可以是蜗轮蜗杆减速器，与轴承支架12同轴连接，降速的同时提高输出扭矩，并起到自锁作用；轴承支架12通过螺钉固定在机器人底板 8上，其内部装有深沟球轴承同驱动轮轴间隙配合，可用于支撑驱动轮轴10 并降低其旋转过程中的摩擦系数。驱动轮轴10连接减速器13的输出端、轴承支架12与驱动轮11。其中，两个驱动单元在机器人底板8上对称分布，并固定在机器人底板8上的安装孔上，如图2所示，左上角为第一驱动单元，右上角为第二驱动单元。如图4所示，以第一驱动单元为例，驱动电机16 与电机支架15固定，电机支架15安装于机器人底板8上，从而实现驱动电机16的固定，同时轴承支架12与蜗轮蜗杆减速器13均安装于机器人底板8 上。驱动电机16的输出轴通过联轴器14连接至蜗轮蜗杆减速器13的输入端，驱动轮轴10同轴连接驱动轮11、深沟球轴承(位于轴承支架12内部)与蜗轮蜗杆减速器13。当驱动电机工作时，转速与扭矩传入蜗轮蜗杆减速器13 的输入端，经过降速与提升扭矩后，传递给驱动轮轴10，从而使驱动轮13 转动，实现机器人在钢制结构件表面的运动。
36.优选地，如图1至图4所示，在本实用新型一个实施例中，运动从动轮模组7包括一个运动从动轮模组；运动从动轮模组固定设置在机器人底板8 的下表面后端的中部，且运动从动轮模组位于机器人底板8的中轴线上，两个驱动轮单元与一个运动从动轮模组呈三角形布置；运动从动轮模组包括从动轮固定支架、连接支架、从动轮回转轴、从动轮轴、第一轭铁板、永磁体与两个从动轮；从动轮固定支架固定设置在机器人底板8的下表面，从动轮回转轴竖直转动设置在从动轮固定支架内，从动轮回转轴通过连接支架与从动轮轴连接，两个从动轮分别设置在从动轮轴的两端，第一轭铁板与永磁体均设置在从动轮轴上，永磁体固定设置在第一轭铁板上，且永磁体位于两个从动轮之间；优选地，从动轮固定支架内部设置有轴承以与从动轮回转轴间隙配合来实现从动轮回转轴的竖直转动。
37.在上述实施例中，运动从动轮模组7包括一个运动从动轮模组，运动从动轮模组包括从动轮固定支架、连接支架、从动轮回转轴、从动轮轴、永磁体与两个从动轮；机器人底板的后端中部设置运动从动轮模组，从动轮固定支架内部装有轴承并与从动轮回转轴间隙配合以实现竖直转动，连接支架连接从动轮回转轴与从动轮轴，驱动轮轴与两从动轮同轴连接，永磁体安装在两从动轮之间以提供一定磁吸附力。双驱动轮单元与单运动从动轮模组呈三角形设置在机器人底板8上，机器人底板8上与三角形对应区域内设置有用于不锈钢丝盘刷清理模组6与风机回收模块3的作业孔。运动驱动轮模组5 对称设置于机器人底板8中轴线两侧，用于驱动运动平台1在大型钢制结构件表面进行全位置运动，运动从动轮模组7设置于机器人底板8中轴线上，起到三点支撑作用，同时提供一定的磁吸附力并且自由转动。运动从动轮模组7设置有固定间隙的永磁体，可以提供一定的磁吸附力抵消机器人制动时的翻转力，此种设置方式可以有效避免机器人发生力学失效，使爬壁机器人运动与作业安全可靠。
38.优选地，如图1至图7所示，在本实用新型一个实施例中，轭铁式永磁间隙吸附装置2的个数为两个，两个轭铁式永磁间隙吸附装置2关于机器人底板8的中轴线对称设置，且两个轭铁式永磁间隙吸附装置2位于两个驱动轮10之间，两个轭铁式永磁间隙吸附装置2与驱动轮10位于同一水平线上；每个轭铁式永磁间隙吸附装置2包括吸附单元间隙调节垂直杆
23、轭铁板转向轴24、两个固定支架25、第二轭铁板26、永磁吸附体27、螺母和轴支座；机器人底板8上设有调节孔，吸附单元间隙调节垂直杆23的一端设有螺纹，轴支座固定设置在机器人底板8的下表面，吸附单元间隙调节垂直杆23的一端依次穿过轴支座和调节孔并与螺母固定连接，吸附单元间隙调节垂直杆23 与轴支座螺纹连接，螺母位于机器人底板8上表面的一侧；吸附单元间隙调节垂直杆23的另一端与轭铁板转向轴24固定连接，轭铁板转向轴24的两端分别与两个固定支架25固定连接，两个固定支架25均固定设置在第二轭铁板26的一侧面上，永磁吸附体27固定设置在第二轭铁板26的另一侧面上；优选地，轭铁式永磁间隙吸附装置2与钢结构件之间的空气间隙为5mm-20mm；优选地，轭铁式永磁间隙吸附装置2与钢结构件之间的空气间隙为5mm-15mm；第二轭铁板26采用普通碳素结构钢材料q235制成并进行表面发黑处理，永磁吸附体27采用稀土永磁材料钕铁硼制成，永磁吸附体 27的牌号为40-52，永磁吸附体27沿厚度方向充磁；优选地，轭铁板转向轴 24上开设有固定孔，吸附单元间隙调节垂直杆23的另一端插入固定孔以与轭铁板转向轴24固定连接，固定支架25通过螺钉与第二轭铁板26固定连接；优选地，永磁吸附体27的磁路采用轭铁型永磁体阵列。
39.在上述实施例中，轭铁式永磁间隙吸附装置2有两个并对称固定设置在机器人底板8的下表面上，轭铁式永磁间隙吸附装置结构2安装于机器人底板8上，轭铁式永磁间隙吸附装置2上的永磁吸附体27设置在机器人底板8 的下方，不与钢制结构件表面接触。两个轭铁式永磁间隙吸附装置2设置于两个驱动轮10内侧与其平行，且驱动轮10与轭铁式永磁间隙吸附装置2位于同一水平线上。两个间隙可调的轭铁式永磁间隙吸附装置2安装于机器人底板8上，机器人在储罐壁面作业时，轭铁式永磁间隙吸附装置2不与钢制结构件表面直接接触而是存在一定空气间隙，轭铁对永磁体发散的磁路进行约束，从而使永磁吸附单元与铁磁性壁面形成相对闭合的回路，在本实施例中，轭铁式永磁间隙吸附装置2与钢制结构件之间的空气间隙优选在 5mm-15mm之间选取，可调整变化范围最高可达20mm，例如，轭铁式永磁间隙吸附装置2与钢结构件之间的空气间隙可以为5mm、8mm、10mm、 12mm、15mm、17mm、或20mm。轭铁式永磁间隙吸附装置2包括吸附单元间隙调节垂直杆23、轭铁板转向轴24、固定支架25、第二轭铁板26、永磁吸附体27，其中，吸附单元间隙调节垂直杆23的一端攻螺纹，通过轴支座安装于机器人底板8上，通过旋转机器人底板8上方的螺母可以实现调节轭铁式永磁间隙吸附装置2与钢制结构件表面的间隙大小，吸附单元间隙调节垂直杆23下方开孔用于实现与轭铁板转向轴24的固定。轭铁板转向轴24 与两个固定支架25同轴连接，固定支架25通过螺钉安装于第二轭铁板26 上，第二轭铁板26可使用普通碳素结构钢材料q235并进行表面发黑处理，永磁吸附体27可使用稀土永磁材料钕铁硼，牌号40-52均可，永磁吸附体 27需沿厚度方向充磁，并安装于第二轭铁板26上。通过调整轭铁式永磁间隙吸附装置2与钢制结构件表面的空气间隙的大小实现对吸附力大小的调整。优选地，轭铁式永磁间隙吸附装置2的永磁吸附体27磁路采用轭铁型永磁体阵列。
40.优选地，如图1至图6所示，在本实用新型一个实施例中，不锈钢丝盘刷清理模组6包括两个盘刷清理单元；两个盘刷清理单元均固定设置在机器人底板8的下表面，每个盘刷清理单元包括清理电机固定支架17、清理驱动电机18、法兰19、套筒20、输出轴21、不锈钢丝刷22、弹簧28和滑块29；清理电机固定支架17固定设置在机器人底板8的下表面，清理驱动电机18 固定设置在清理电机固定支架17上；法兰19的一侧与清理驱动电机18的输出端固定连接，法兰19的另一侧与套筒20固定连接；弹簧28和滑块29设置在套筒20内，弹簧28位于
法兰19与滑块29之间，弹簧28的两端分别与法兰19和滑块29接触，滑块29与套筒20的内壁滑动连接，套筒20的一端设有输出孔，输出轴21的一端位于套筒20内，且输出轴21的一端与滑块 29固定连接，输出轴21的另一端穿过输出孔并与不锈钢丝刷22固定连接；优选地，法兰19的一侧开孔并通过螺钉与清理驱动电机18的输出端固定连接，法兰19的另一侧与套筒20通过四个螺钉固定连接；优选地，法兰19 的另一侧设置有直径为14mm、高为2mm的凸台，凸台插入套筒20的另一端内并与套筒20固定连接，弹簧28的一端与凸台固定连接；优选地，滑块 29与输出轴21的一端通过螺钉固定，且滑块29与输出轴均使用304不锈钢制成；优选地，滑块29为圆柱形，滑块29与套筒内壁采用间隙配合，滑块 29可沿着套筒内壁上下滑动6mm-8mm；优选地，输出轴21和输出孔的横截面形状均为方形，这样确保滑块29不能从套筒20中掉落，输出轴21和输出孔之间采用间隙配合。
41.在上述实施例中，运动平台1的腹部安装有两个不锈钢丝盘刷清理模组 6，用于实现大型钢制结构件内外壁面的表面清理。不锈钢丝盘刷清理模组6 包括两个盘刷清理单元，每个清理单元包括清理电机固定支架17、清理驱动电机18、法兰19、弹簧28、套筒20、输出轴21、滑块29、不锈钢丝刷22；清理驱动电机18安装于清理电机固定支架17上，清理电机固定支架17安装在机器人底板8上，法兰19、套筒20与清理驱动电机18固定以实现同轴转动，套筒20内有弹簧28、滑块29与输出轴21，弹簧28通过伸缩移动以实现输出轴21的上下移动从而起到缓冲作用，不锈钢丝刷22与输出轴21固定以实现表面清理作业。法兰19一侧开孔用螺钉与清理驱动电机18输出轴孔固定，传递清理驱动电机18的转速与扭矩。法兰19与套筒20用四个螺钉固定使两者一起旋转，此外法兰底部有直径为14mm，高为2mm的凸台来确保两者同轴；套筒20里有弹簧28、滑块29与输出轴等，钢制结构件焊缝高度为3～4mm，当盘刷在清理过程中遇到障碍物或曲率变化造成高度变化时，弹簧28可以很好地起到缓冲作用，滑块29与输出轴21两者通过螺钉固定，均使用304不锈钢，综合力学性能较好，强度高，滑块29与套筒内壁采用间隙配合，可上下滑动6～8mm。输出轴21与套筒20输出孔均为方形，两者之间采用间隙配合，这种方式防止两者之间相对转动从而使输出轴只传递扭矩。不锈钢丝盘刷22安装于输出轴21上，随着清理驱动电机18的转动而进行表面清理作业。
42.优选地，如图1和图2所示，在本实用新型一个实施例中，风机回收模块3包括回收风机、回收软管、回收盒、回收滤袋、密封盒与密封排刷；密封盒固定设置在机器人底板8的下表面，密封盒呈长方形且中间开孔，不锈钢丝盘刷清理模组6位于密封盒的开孔中，密封排刷安装在密封盒上，且密封排刷围绕不锈钢丝盘刷清理模组6的四周设置；回收盒固定设置在机器人底板8的上表面，且回收盒两端设有回收软管安装孔，回收滤袋设置在回收盒内，回收风机设置在机器人底板8的上表面，回收软管穿过回收软管安装孔与密封盒和回收盒均连接，回收风机用以实现杂物在密封盒、回收软管和回收盒内的流动。
43.在上述实施例中，风机回收模块3安装于运动平台1腹部上方，风机回收模块4包括回收风机、回收软管、回收盒、回收滤袋、密封盒与密封排刷。密封盒呈长方形并固定设置在机器人底板8腹部下表面，密封排刷安装在密封盒上并围绕在不锈钢丝盘刷清理模组6四周以避免清理后的铁锈等腐蚀物四处飞溅。回收盒两端开孔并固定在机器人底板8腹部上表面，回收盒两端开孔(回收软管安装孔)作用是连接回收软管，其内部含有回收滤袋以实现腐蚀物的回收。回收软管连接密封盒、回收盒与回收风机以实现铁锈等腐蚀物的流动，风机安装在机器人底板8的上表面并通过高速旋转形成负压以实现固体与气体流动。其中，回收
风机通过高速旋转形成局部压差形成气流流动，从而使清理后的铁锈沿回收软管留在回收滤袋中，回收盒安装于机器人底板8的上方，内部设置有回收滤袋，回收滤袋透气性好，可将铁锈等腐蚀物回收。如图2所示，密封盒与密封排刷安装于机器人底板8腹部下方，呈长方形、中间开孔并位于两个盘刷清理单元的四周，从而形成良好的密封，避免铁锈等腐蚀物的飞溅。优选地，机器人底板8上开设有多个减重孔30，用来减轻本爬壁机器人的重量，其中，机器人底板8上开设的所有减重孔30 的总面积占机器人底板8总面积的40％-60％。优选地，机器人底板8上开设的所有减重孔30的总面积占机器人底板8总面积的50％。
44.优选地，如图1至图7所示，在本实用新型一个实施例中，还包括有视觉传感模块，的控制单元4内设置有嵌入式处理器和嵌入式核心控制器；视觉传感模块与控制单元4电性连接，视觉传感模块用于获取表面清理作业爬壁机器人前方的图像信息，并将图像信息反馈给嵌入式处理器进行处理，嵌入式核心控制器根据嵌入式处理器的处理结果来控制表面清理作业爬壁机器人工作。视觉传感模块与控制单元电性连接，可用于获取表面清理作业机器人前方的图像信息，并将图像信息反馈给控制单元4的嵌入式处理器，嵌入式核心控制器经图像处理后可控制机器人沿焊缝边循迹边清理，从而实现焊缝两侧区域的表面清理。
45.优选地，如图1至图7所示，在本实用新型一个实施例中，控制单元4 包括运动控制单元、表面清理控制单元、风机回收控制单元与视觉感知单元；运动控制单元用于控制运动驱动轮模组5，表面清理控制单元用于控制不锈钢丝盘刷清理模组6，风机回收控制单元用于控制风机回收模块3，视觉感知单元用于控制视觉传感模块。控制单元4安装于运动平台1上，控制单元4 包括运动控制单元、表面清理控制单元、风机回收控制单元与视觉感知单元。运动控制单元用于控制运动驱动电机16的转速，从而实现机器人在钢制结构件表面的直线或转向运动，大型钢制结构件指体积为3000m3以上的大型钢制结构件。表面清理控制单元用于控制清理驱动电机18的转向与转速，从而抵消清理作业的反作用力，实现高效表面清理作业。风机回收控制单元用于控制回收风机的转速，以实现回收风速与风量的调节，从而实现铁锈等腐蚀物回收。控制单元4可记录控制运行数据以反馈给上位机系统。
46.优选地，如图1至图7所示，在本实用新型一个实施例中，还包括地面操作台，地面操作台与控制单元4电性连接；地面操作台包括上位机显示屏、嵌入式工控机和操作摇杆，嵌入式工控机能够提供多个接口以扩展表面清理作业爬壁机器人的功能；上位机显示屏用于显示表面清理作业爬壁机器人的工况并能够实时设置表面清理作业爬壁机器人的运动与清理参数；操作摇杆用于操作表面清理作业爬壁机器人的运动轨迹；优选地，运动平台1还包括两个把手9，两个把手9固定设置在机器人底板8的上表面，且两个把手9 位于机器人底板8上表面的边缘。本表面清理爬壁机器人还包括地面操作台，地面操作台与控制单元4电性连接，包括上位机显示屏、嵌入式工控机、操作摇杆与键盘等外设。嵌入式工控机是地面操作台的核心控制单元，并为其他外设提供多个接口以扩展机器人功能。上位机显示屏用于显示爬壁机器人在大型钢构件前方工况并可实时设置机器人运动与清理参数。操作摇杆用于操作爬壁机器人运动轨迹。
47.从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：
48.本适用于大型钢制结构件的表面清理作业爬壁机器人中的运动平台1上设置有两个间隙可调的轭铁式永磁间隙吸附装置2、一个风机回收模块3、一个控制单元4、两个盘刷清理单元、两个驱动轮单元以及一个运动从动轮模组，其中，两个驱动轮单元以及一个运动
从动轮模组呈三角形设置在运动平台1上，两个盘刷清理单元设置在机器人底板8腹部下方，风机回收模块3 位于机器人底板8腹部上方，从而实现钢制结构件表面清理后铁锈等腐蚀物直接回收，将清理与回收结合，提高清理作业的效率，同时改善机器人的作业环境。同时，本实用新型通过采用永磁间隙式吸附、双驱动轮差动移动和单从动轮辅助支撑的架构吸附于钢制结构件表面，使用电机直驱、弹簧28 缓冲的不锈钢丝盘刷结构进行表面清理，并通过高效风机、密封排刷、可循环使用滤袋实现铁锈等腐蚀物的快速回收。不锈钢丝盘刷清理模组6位于本爬壁机器人的腹部，通过正反转抵消清理作业反作用力，实现高效表面清理。风机回收模块3用于回收清理产生的铁锈等腐蚀物。控制单元4用于实现爬壁机器人在大型钢制结构件壁面的运动控制与不锈钢丝盘刷清理模组6清理参数调整，将爬壁机器人和表面清理设备结合起来，实现大型钢制结构件表面清理，有效提高大型钢制结构件表面清理工作效率并改善工作人员作业环境，提高了工作的安全性与可靠性。
49.以上仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。