具有曲面适应能力的磁吸附爬壁喷涂机器人及其使用方法与流程

1.本发明涉及工业机器人领域，尤其涉及一种具有曲面适应能力的磁吸附爬壁喷涂机器人及其使用方法。


背景技术：

2.爬壁机器人是能够在非水平壁面上爬行并进行作业来替代人工的特种机器人。大多应用在船体表面的喷涂、清洗、船体检测、焊接、除锈等作业任务或者大型储油罐表面的喷涂、喷砂、打磨、检测作业，高层建筑外表面的清洁、喷漆等。随着科学技术的不断发展，爬壁机器人的研究有着重要的意义和应用价值。
3.公开了一种用于大型储油罐外表面喷涂的爬壁机器人，爬壁机器人采用弹簧悬架结构，使得爬壁机器人在爬壁时有良好的越障能力，升降丝杠结构可以调节机器人磁吸附轮的角度，使得爬壁机器人对于壁面一直保持最大磁吸附力。在实际工程应用中，爬壁机器人大多并没有实现良好的减震和越障能力，当遇到曲面时不具备适应能力，且运动不够灵活，使得爬壁机器人的作业效率低，不能进行大面积的喷涂作业。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明的目的是提供一种具有曲面适应能力的磁吸附爬壁喷涂机器人，在具备罐体爬壁喷涂功能的同时，采用弹簧悬架结构，使得机器人拥有更强的越障能力，运动更加灵活，喷涂效率更高，爬壁机器人的升降丝杠可调节磁轮方向，使磁吸附轮对罐面保持最大的吸附力，行走更加稳定。
5.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种具有曲面适应能力的磁吸附爬壁喷涂机器人，包括主车身、独立弹簧悬架结构、升降丝杠、磁吸附轮、电机固定装置、喷涂机械臂、控制盒盖，主车身的四个车轮位各安装一个电机固定装置，内置电机，磁吸附轮安装于电机固定装置上，控制盒盖位于主车身中间位置，喷涂机械臂可活动的安装于控制盒盖上，一对磁吸附轮之间设有一个升降丝杠，升降丝杠通过独立弹簧悬架结构连接于磁吸附轮。
6.作为更进一步的优选方案，独立弹簧悬架结构包括弹簧减震器、弓形挂板、悬架支撑、滑块、杆件一、杆件二、杆件三、杆件四，悬架支撑安装在主车身上，弓形挂板安装于悬架支撑上，滑块位于升降丝杠上，滑块上朝向磁吸附轮两侧铰接有杆件一，杆件一通过杆件三铰接电机固定装置上部，杆件一与杆件三之间也为铰接，主车身底部通过杆件四铰接电机固定装置下部，杆件一与杆件三的铰接点和主车身与杆件四的铰接点之间铰接设有杆件二，弓形挂板一端与一个电机固定装置顶部之间设有弹簧减震器。
7.滑块通过与杆件一与杆件二、杆件三铰接共同构成了可调节的独立弹簧悬架结构。可调节的独立弹簧悬架结构的两侧与电机固定装置连接，每个电机固定装置都连接一个磁吸附轮，主车身通过与可调节的独立弹簧悬架结构、电机固定装置、磁吸附轮连接，构成了车身的整体结构。控制盒盖与主车身中间的控制盒配合安装，用于保护控制内部的控
制系统。控制盒盖上方安装喷涂机械臂。
8.两个悬架支撑固连在主车身上方，支撑着两个弓形挂板，弓形挂板左右各联接一个弹簧减震器，弹簧减震器的另一端与电机固定装置上的把手相连。连杆一、二、三相互铰接，其中连杆一的另一端与滑块连接，连杆三一端和电机固定装置的电机盖板的四个支耳连接，另一端与主车身铰接。
9.作为更进一步的优选方案，升降丝杠包括丝杠固定板、丝杠螺杆、丝杠螺母、电机、同步带轮，丝杠固定板固连在弓形挂板上，丝杠螺杆为立式的，可转动的设置于主车身和丝杠固定板之间，丝杠螺母螺纹连接于丝杠螺杆上，滑块套于丝杠螺母上，丝杠螺母可相对滑块转动，丝杠螺杆底部固定有同步带轮，一个升降丝杠的丝杠螺杆下方设有电机，两个升降丝杠的同步带轮之间绕有皮带。
10.作为更进一步的优选方案，磁吸附轮包括车轮壳、法兰固定轴、大铜环、大磁铁挂环、磁铁、轴承、固定法兰、小铜环、小磁铁挂环、车轮盖，车轮壳是一个薄壁壳体，中间为贯穿的凸台，车轮壳的外侧外壳与法兰固定轴的法兰面固连，法兰固定轴上安装有两个深沟角轴承，固定法兰一端密封车轮壳的凸台，另一端与车轮盖固连，车轮壳、法兰固定轴、固定法兰和车轮盖固连成一个整体，车轮壳凸台和固定法兰分别安装有大铜环和小铜环，大铜环和小铜环表面各自悬挂大磁铁挂环和小磁铁挂环，大磁铁挂环和小磁铁挂环之间设有悬挂磁铁。
11.作为更进一步的优选方案，电机固定装置包括电机支架、电机盖板、电机固定板、把手、减速电机，电机固定板安装在电机支架内，减速电机通过电机固定板固定，电机盖板扣在电机支架上，盖板上方固连把手，把手与弹簧减震器铰接。
12.作为更进一步的优选方案，电机固定装置还包括轮轴套一、轮轴套二，轮轴套一和轮轴套二里面密封有两个深沟球轴承，通过轮轴套一和轮轴套二的法兰固定磁吸附轮的法兰固定轴的位置。
13.作为更进一步的优选方案，喷涂机械臂包括机械臂底座、大臂、气动推杆、气动马达、气动推杆固定板、喷嘴、喷嘴连接板，机械臂底座内置电机驱动机械臂底座于控制盒盖上转动，机械臂底座上方与大臂连接，机械臂底座侧部与气动推杆一端连接，气动推杆的另一端与气动推杆固定板连接，气动推杆固定板固定在大臂中间段，大臂的末端固定着一个气动马达，喷嘴连接板一端与气动马达输出轴连接，另一端固定这一个喷嘴。
14.一种具有曲面适应能力的磁吸附爬壁喷涂机器人的使用方法，包括以下步骤：步骤一：当爬壁机器人吸附在壁面为圆弧形的罐壁表面时，通过主车身上安装的电机及同步带轮的传动，使升降丝杠的螺杆转动，从而调节丝杠螺母和滑块上升、下降，这样通过机架的杆件运动控制磁吸附轮的姿态，使每个磁吸附轮一直保持与罐壁表面的切面相垂直，对罐壁的磁吸附力最大；步骤二：当爬壁机器人遇到障碍物时，弹簧减震器的减震弹簧发生压缩变形，使得车轮向上抬起越过障碍物，而其他三个磁吸附轮不受到影响，减震弹簧在安装时有一定的预紧力，这样既能保证爬壁机器人的越障能力，又能保证爬壁机器人有足够的刚性。避免减震弹簧因为形变量太大而导致运动不稳定。
15.有益效果：与现有技术相比，本发明的优点是：该爬壁机器人为轮式行走，重量较轻，吸附力更大，运动灵活，易于加工。该爬壁机器人采用可调节的独立弹簧悬架结构，机器
人有较强的越障能力和曲面适应能力，可以在任意弧度的弧面上吸附，且机器人的四个磁吸附轮都能垂直于曲面切面。当磁吸附轮垂直于曲面切面时，磁吸附轮对壁面的吸附力最大，磁利用率也最高，吸附稳定。磁吸附轮外表面有一层防滑橡胶，这样可以增大磁吸附轮与壁面的防滑系数，增大摩擦力，防止机器人在运动过程中打滑。
附图说明
16.图1为本发明的正视结构示意图；图2为本发明的立体结构示意图；图3为本发明的俯视结构示意图；图4为本发明的可调节的独立弹簧悬架结构示意图；图5为本发明的独立弹簧悬架越障示意图；图6为本发明的机器人贴合壁面的示意图；图7为本发明的磁吸附轮轴测示意图；图8为本发明的磁吸附轮内部结构剖视图；图9为本发明的电机固定装置结构示意图；图10为本发明的电机固定装置内部结构示意图；图11为本发明的喷涂机械臂结构示意图。
具体实施方式
17.下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
18.一种具有曲面适应能力的磁吸附爬壁喷涂机器人，如图1～6所示，包括主车身7、独立弹簧悬架结构3、升降丝杠4、磁吸附轮1、电机固定装置2、喷涂机械臂6、控制盒盖5，主车身7的四个车轮位各安装一个电机固定装置2，内置电机，磁吸附轮1安装于电机固定装置2上，控制盒盖5位于主车身7中间位置，喷涂机械臂6可活动的安装于控制盒盖5上，一对磁吸附轮1之间设有一个升降丝杠4，升降丝杠4通过独立弹簧悬架结构3连接于磁吸附轮1。
19.主车身7为一个整体，中间是控制盒，上面有控制盒盖5来保护机器人的控制系统，主车身7前后两端分别与独立弹簧悬架结构3、升降丝杠4连接共同构成了爬壁机器人的主体结构，独立弹簧悬架结构3包括弹簧减震器9弓形挂板10、悬架支撑11、滑块12、杆件一13、杆件二14、杆件三15、杆件四21，悬架支撑11安装在主车身7上，弓形挂板10安装于悬架支撑11上，滑块12位于升降丝杠4上，滑块12上朝向磁吸附轮1两侧铰接有杆件一13，杆件一13通过杆件三15铰接电机固定装置2上部，杆件一13与杆件三15之间也为铰接，主车身7底部通过杆件四21铰接电机固定装置2下部，杆件一13与杆件三15的铰接点和主车身7与杆件四21的铰接点之间铰接设有杆件二14，其中滑块12与杆件一13、杆件二14铰接成一个六边形结构，六边形结构左右两边通过杆件三15与电机固定装置相连，弓形挂板10左右各连接一个弹簧减震器9，弹簧减震器9另一端连接电机固定装置2的把手2-4,当机器人遇到障碍物时，弹簧减震器9压缩，磁吸附轮1抬起完成越障。示意图如图四。
20.升降丝杠4包括丝杠固定板16、丝杠螺杆17、丝杠螺母18、电机19、同步带轮20，两个弓形挂板10上面固连着丝杠固定板16，丝杠螺杆安装在丝杠固定板16和主车身7之间，由
电机19驱动转动，一根丝杠螺杆17的下部设有同步带轮20，通过同步带传动，带动另一个升降丝杠4的同步带轮20和丝杠螺杆17转动，从而控制丝杠螺母18和滑块12升降，完成磁吸附轮1的姿态调节。
21.磁吸附轮1包括车轮壳1-1、法兰固定轴1-2、大铜环1-3、大磁铁挂环1-4、磁铁1-5、轴承1-6、固定法兰1-7、小铜环1-8、小磁铁挂环1-9、车轮盖1-10，车轮壳1-1是一个薄壁壳体，中间为贯穿的凸台，车轮壳1-1的左侧外壳与法兰固定轴1-2的法兰面固连，法兰固定轴1-2上安装有两个深沟角轴承1-6，固定法兰1-7一端密封车轮壳1-1的凸台，另一端与车轮盖1-10固连，保证车轮壳1-1、法兰固定轴1-2、固定法兰1-7和车轮盖1-10固连成一个整体。车轮壳1-1凸台和固定法兰1-7分别安装有大铜环1-3和小铜环1-8，大、小铜环表面又各自悬挂大磁铁挂环1-4和小磁铁挂环1-9，大、小磁铁挂环下面悬挂磁铁1-5。当减速电机带动法兰固定轴1-2转动时，通过法兰固定轴1-2带动整个车轮壳1-1转动，悬挂在法兰固定轴1-2凸台和固定法兰1-7凸台上的磁铁挂环下方安装了一块磁铁1-5，在车轮壳1-1转动时，磁铁1-5保持不动，两个铜环作用主要用来减小摩擦力。
22.电机固定装置2包括电机支架2-1、电机盖板2-2、电机固定板2-3、把手2-4、减速电机2-5，电机固定板2-3安装在电机支架2-1上，减速电机2-5通过电机固定板2-3固定，减速电机2-5上面安装锥齿轮与磁吸附轮1上的法兰固定轴1-2上的锥齿轮啮合，进行传动，电机盖板2-2扣在电机支架2-1上，盖板上方固连把手2-4。
23.喷涂机械臂6包括机械臂底座6-1、大臂6-2、气动推杆6-3、气动马达6-4、气动推杆固定板6-5、喷嘴6-6、喷嘴连接板6-7，机械臂底座6-1上方与大臂6-2连接，下方与气动推杆6-3一端连接，气动推杆6-3的另一端与气动推杆固定板6-5连接，气动推杆6-3由一体的气动马达控制伸缩运动，气动推杆固定板6-5固定在大臂6-2中间段。大臂6-2的末端固定着一个气动马达6-4，喷嘴连接板6-7一端与气动马达6-4输出轴连接，另一端固定这一个喷嘴6-6，实现喷嘴6-6俯仰活动。此喷涂机械臂有3个自由度，包括机械臂底座6-1的转动自由度，由气动推杆6-3控制的俯仰自由度，气动马达6-4输出端控制喷嘴6-6角度为第三个自由度。
24.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。