爬壁机器人及风塔叶片除冰设备的制作方法

1.本实用新型涉及机器人技术领域，尤其涉及一种爬壁机器人及风塔叶片除冰设备。


背景技术：

2.目前我国的船舶、海上平台、风力发电机等设备的维护、清洗、防锈、除冰、检测等工作都是靠人工携带设备升到高空完成，这种作业方式效率低下、劳动强度大，并且存在较大危险性，一旦发生意外，就会导致不可挽回的生命和财产损失。爬壁机器人将地面移动机器人技术与吸附技术结合起来，将壁面运动延伸到了竖直空间上。采用爬壁机器人携带设备吸附在壁面上完成相应的作业，可以使工人从危险的高空作业中解放出来，提高作业效率。
3.现有的爬壁机器人一般是履带式和轮式，机身多为刚性结构，只适用于平整的大平面，而船舶、海上平台、风塔的壁面属于复杂工作环境，存在着多曲率的曲面和焊缝等障碍物，而且，机器人爬行作业时不仅要克服自身的重量，还要克服所携带设备的重量以及高空中风的推力，这就要求机器人要有强劲的吸附力和负载能力。但是现有的爬壁机器人曲面适应力、越障能力和负载能力无法兼顾，因此在各种金属壁面的维护作业上作用有限。


技术实现要素：

4.本实用新型实施例提供了一种爬壁机器人及风塔叶片除冰设备，用于解决现有的爬壁机器人曲面适应力、越障能力和负载能力无法兼顾，在各种金属壁面的维护作业上作用有限的问题。
5.为此，根据本技术的一个方面，提供了一种爬壁机器人，包括：
6.机架，包括主架体和副架体，主架体的相对两侧分别铰接一副架体；
7.主吸附行走机构，两主吸附行走机构分别设置于两副架体上，主吸附行走机构包括驱动单元、主磁吸附单元和主动轮，驱动单元安装在副架体上，主动轮与驱动单元的驱动端连接，主磁吸附单元安装在驱动单元上，且当主动轮与壁面接触时，主磁吸附单元与壁面具有间隙；以及
8.辅吸附行走机构，设置于主架体的后端，辅吸附行走机构包括从动轮和辅磁吸附单元，从动轮和辅磁吸附单元均安装在主架体上，且当从动轮与壁面接触时，辅磁吸附单元与壁面具有间隙。
9.可选地，从动轮有两个，两个从动轮分别布置在辅磁吸附单元的相对两侧。
10.可选地，主吸附行走机构包括两个主动轮，两个主动轮分别布置在主磁吸附单元的相对两侧。
11.可选地，主架体与副架体之间通过铰链铰接，铰链包括连接轴、铰接座和铰接轴，连接轴与主架体的侧部连接，连接轴的端部设置有轴线沿爬壁机器人的爬行方向延伸的轴孔，铰接座与副架体的侧部连接，铰接座设置有轴线沿爬壁机器人的爬行方向延伸的铰接
孔，铰接轴穿过铰接孔和轴孔将铰接座与连接轴铰接。
12.可选地，主动轮均包括轮毂和包覆于轮毂的外圆周的弹性胶套，轮毂与驱动单元的驱动端连接。
13.可选地，从动轮为万向轮，万向轮包括转动设置于主架体上的万向轮架和转动设置于万向轮架上的滚轮。
14.可选地，爬壁机器人还包括控制柜，控制柜设置于主架体的后端并电连接于驱动单元。
15.根据本技术的另一个方面，提供了一种风塔叶片除冰设备，包括：
16.上述任一项的爬壁机器人；以及
17.除冰装置，设置于主架体上，除冰装置包括安装支架和喷头，安装支架的一端与主架体连接，喷头安装在安装支架的另一端。
18.可选地，安装支架包括固定支架、连接单元以及活动支架，固定支架的一端与主架体固定连接，固定支架的另一端通过连接单元与活动支架连接，喷头安装在活动支架远离固定支架的一端。
19.可选地，连接单元包括安装板和锁紧件，固定支架与安装板固定连接，活动支架与安装板转动连接，在活动支架的转动路径上至少具有伸出位置和折回位置，锁紧件安装在安装板上，且锁紧件能够将活动支架固定在伸出位置。
20.本技术提供的爬壁机器人及风塔叶片除冰设备的有益效果在于：与现有技术相比，本技术爬壁机器人，通过在主架体的相对两侧分别铰接一副架体，主吸附行走机构设置在副架体上，当机器人行走在不同曲率的曲面上时，主吸附行走机构会随壁面起伏而绕着铰接处摆动，使主动轮和从动轮与壁面紧密贴合，主磁吸附单元和辅磁吸附单元与壁面之间的间隙不会发生明显变化，保证机器人吸附稳定可靠，不会发生倾覆危险，进而可以使得机器人在各种壁面的维护作业上更加灵活，主磁吸附单元采用磁隙式吸附方式，主架体后端的辅磁吸附单元也采用磁隙式吸附方式以提供辅助吸附力，保证爬壁机器人行走灵活的前提下，提高了负载能力和越障能力。本技术风塔叶片除冰设备以该爬壁机器人作为平台并搭载除冰装置，能够有效地对风塔的叶片进行除冰作业。
附图说明
21.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.其中：
23.图1是本实用新型一实施例示出的爬壁机器人的结构示意图；
24.图2是本实用新型一实施例示出的爬壁机器人的另一视角的结构示意图；
25.图3是本实用新型一实施例示出的爬壁机器人的仰视图；
26.图4是本实用新型一实施例示出的爬壁机器人的侧视图；
27.图5是本实用新型一实施例示出的风塔叶片除冰设备的示意图；
28.图6是本实用新型一实施例示出的风塔叶片除冰设备的安装支架的部分结构示意
图；
29.图7是本实用新型一实施例示出的风塔叶片除冰设备的安装支架与喷头的连接示意图。
30.主要元件符号说明：
31.100、机架；110、主架体；120、副架体；
32.200、主吸附行走机构；210、驱动单元；211、电机；212、减速器；220、主磁吸附单元；230、主动轮；231、轮毂；232、弹性胶套；
33.300、辅吸附行走机构；310、从动轮；311、万向轮架；312、滚轮；320、辅磁吸附单元；
34.400、控制柜；
35.500、保护罩；
36.600、铰链；610、连接轴；620、铰接座；630、铰接轴；
37.700、除冰装置；710、安装支架；711、固定支架；7111、连接杆；7112、斜拉杆；712、连接单元；7121、安装板；7122、锁紧件；713、活动支架；720、喷头；730、固定连杆；740、角度调节组件；741、固定板；742、安装块；7421、调节孔。
具体实施方式
38.为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳的实施例。但是，本实用新型可以通过许多其他不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。
39.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
40.需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
41.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
42.正如背景技术中所记载的，现有的爬壁机器人一般是履带式和轮式，机身多为刚性结构，只适用于平整的大平面，而船舶、海上平台、风塔的壁面属于复杂工作环境，存在着多曲率的曲面和焊缝等障碍物，而且，机器人爬行作业时不仅要克服自身的重量，还要克服所携带设备的重量以及高空中风的推力，这就要求机器人要有强劲的吸附力和负载能力。但是现有的爬壁机器人曲面适应力、越障能力和负载能力无法兼顾，因此在各种金属壁面的维护作业上作用有限。
43.为了解决上述问题，根据本技术的一个方面，本技术的实施例提供了一种爬壁机器人，以兼顾曲面适应力、越障能力和负载能力，更好地在各种金属壁面上执行维护作业等
任务。
44.需要说明的是，该爬壁机器人通过搭载相应的作业设备，可用于金属表面的除锈、清洗、除冰、金属壁面的喷涂、检测等作业。
45.在本实用新型实施例中，如图1-4所示，该爬壁机器人包括机架100、主吸附行走机构200和辅吸附行走机构300。机架100包括主架体110和副架体120，主架体110的相对两侧分别铰接一副架体120；两主吸附行走机构200分别设置于两副架体120上，主吸附行走机构200包括驱动单元210、主磁吸附单元220和主动轮230，驱动单元210安装在副架体120上，主动轮230与驱动单元210的驱动端连接，主磁吸附单元220安装在驱动单元210上，且当主动轮230与壁面接触时，主磁吸附单元220与壁面具有间隙；辅吸附行走机构300设置于主架体110的后端，辅吸附行走机构300包括从动轮310和辅磁吸附单元320，从动轮310和辅磁吸附单元320均安装在主架体110上，且当从动轮310与壁面接触时，辅磁吸附单元320与壁面具有间隙。
46.在本实用新型实施例中，该爬壁机器人通过在主架体110的相对两侧分别铰接一副架体120，主吸附行走机构200设置在副架体120上，当机器人行走在不同曲率的曲面上时，主吸附行走机构200会随壁面起伏而绕着铰接处摆动，使主动轮230和从动轮310与壁面紧密贴合，主磁吸附单元220和辅磁吸附单元320与壁面之间的间隙不会发生明显变化，保证机器人吸附稳定可靠，不会发生倾覆危险，进而可以使得机器人在各种壁面的维护作业上更加灵活，主磁吸附单元220采用磁隙式吸附方式，主架体110后端的辅磁吸附单元320也采用磁隙式吸附方式以提供辅助吸附力，保证爬壁机器人行走灵活的前提下，提高了负载能力和越障能力。
47.可以理解的是，两个主吸附行走机构200分别设置在主架体110两侧的两个副架体120上，辅吸附行走机构300设置在主架体110的后端，两个主磁吸附单元220和辅磁吸附单元320形成三角形分布，使得爬壁机器人能够稳定地吸附和行走在壁面上。
48.为了便于说明，在图1-2和图4中以箭头x示出了爬壁机器人的爬行方向，其中，主架体110的相对两侧即主架体110沿爬行方向的两侧，主架体110的前端即爬壁机器人在爬行时主架体110朝向爬行方向的一端，主架体110的后端即与前端相对的一端。
49.具体来说，机架100可采用材质较轻的材料(如碳纤维、铝合金等)制备，以减轻爬壁机器人自身的重量。
50.进一步地，两个副架体120对称铰接于主机架100的相对两侧，以使两个主吸附行走机构200对称布置在主机架100的相对两侧，辅吸附行走机构300在爬壁机器人的爬行方向上沿主架体110的中轴线设置，如此设置，两个主磁吸附单元220和辅磁吸附单元320呈等腰三角形分布，进一步提高了壁面清洗机器人吸附和行走在壁面上的稳定性。
51.在一种实施例中，如图1-2所示，从动轮310有两个，两个从动轮310分别布置在辅磁吸附单元320的相对两侧。主吸附行走机构200包括两个主动轮230，两个主动轮230分别布置在主磁吸附单元220的相对两侧。
52.通过将两个从动轮310分别布置在辅磁吸附单元320的相对两侧，以及将每个主吸附行走机构200的两个主动轮230分别布置在主磁吸附单元220的相对两侧，使得爬壁机器人在金属壁面上爬行时，主吸附行走机构200和辅吸附行走机构300与壁面接触更加稳定。
53.进一步地，为了使两个从动轮310在辅磁吸附单元320的吸附下与壁面之间受力均
匀，两个从动轮310对称布置在辅磁吸附单元320的相对两侧。同理，为了使每个主吸附行走机构200中的两个主动轮230在主磁吸附单元220的吸附下与壁面之间受力均匀，两个主动轮230对称布置在主磁吸附单元220的相对两侧。
54.在一种具体的实施例中，如图1和图3-4所示，从动轮310为万向轮，万向轮包括转动设置于主架体110上的万向轮架311和转动设置于万向轮架311上的滚轮312。
55.可以理解，万向轮架311可以自由旋转，这样根据主动轮230的行走路径，滚轮312可以自行摆动至合适的角度配合主动轮230行走，提高了爬壁机器人运动的灵活性。
56.在一种具体的实施例中，如图1-4所示，主动轮230均包括轮毂231和包覆于轮毂231的外圆周的弹性胶套232，轮毂231与驱动单元210的驱动端连接。
57.在爬壁机器人爬行过程中，当主动轮230遇到焊缝等障碍物时，主动轮230与焊缝的接触面较小，由于轮毂231外包覆的弹性胶套232有一定的柔软度，因此接触位置主动轮230的压缩量较大，主磁吸附单元220和与壁面间隙变化就不会太大，保证了吸附力，从动轮310越障时，前端的主磁吸附单元220会提供主要吸附力和反倾覆力矩。由此设计，进一步提高了爬壁机器人的越障能力。
58.具体来说，轮毂231可由材质较轻的材料(如碳纤维、铝合金等)制备，以减轻爬壁机器人自身的重量，弹性胶套232可采用橡胶套或硅胶套等。
59.进一步地，在一些实施例中，如图1-4所示，弹性胶套232的表面设置有防滑纹，通过防滑纹可以提高整个主动轮230的防滑能力，使其能够更好地在光滑的壁面上行走。
60.在一种实施例中，如图1-4所示，主架体110与副架体120之间通过铰链600铰接，铰链600包括连接轴610、铰接座620和铰接轴630，连接轴610与主架体110的侧部连接，连接轴610的端部设置有轴线沿爬壁机器人的爬行方向延伸的轴孔，铰接座620与副架体120的侧部连接，铰接座620设置有轴线沿爬壁机器人的爬行方向延伸的铰接孔，铰接轴630穿过铰接孔和轴孔将铰接座620与连接轴610铰接。
61.可以理解，在连接轴610的端部设置轴线沿爬行方向延伸的轴孔，以及在铰接座620上设置有轴线沿爬行方向延伸的铰接孔，当铰接轴630穿过该铰接孔和轴孔后，铰接轴630的轴线也沿爬行方向延伸设置，如此，铰接座620与连接轴610之间相互转动时即以该铰接轴630为中心摆动，即实现左右方向的摆动，有利于当机器人行走至不同曲率的曲面上时，两侧的主动轮230会随壁面(如风力发电机的塔筒表面)起伏而绕着铰接轴630摆动，使主动轮230、从动轮310与壁面紧密贴合，防止发生倾覆。
62.在一种具体的实施例中，如图1-4所示，驱动单元210包括电机211和减速器212，减速器212的输入端与电机211的转轴连接，减速器212的输出端即为驱动单元210的驱动端，主动轮230安装在减速器212的输出端，主磁吸附单元220安装在减速器212朝向壁面的一侧。当然，驱动单元210也可为其他机构，只要能够驱动主动轮230转动即可，在此不做限定。
63.进一步地，为保护驱动单元210，副架体120上还设置有用于罩设驱动单元210的保护罩500。
64.在一些具体的实施例中，主磁吸附单元220和辅磁吸附单元320均包括钕铁硼永磁体(图中未示出)、磁铁保护套(图中未示出)和导磁轭铁块(图中未示出)，钕铁硼永磁体固定于导磁轭铁块上，磁铁保护套套接于钕铁硼永磁体之外。具体地，导磁轭铁块起到将钕铁硼永磁体对外安装(安装在驱动单元210/主架体110上)的作用，而磁铁保护套可以保护钕
铁硼永磁体，避免钕铁硼永磁体直接外露。
65.在一些实施例中，如图1-4所示，爬壁机器人还包括控制柜400，控制柜400设置于主架体110的后端并电连接于驱动单元210。
66.具体来说，通过控制柜400控制两主吸附行走机构200的驱动单元210，可以实现爬壁机器人的前进或者后退，此外，通过控制柜400控制调节两个驱动单元210，使得两个驱动单元210的驱动端存在速度差，可以实现转弯。
67.通过设置控制柜400，便于对整个爬壁机器人进行控制，将控制柜400设置在主架体110的后端，可降低整个爬壁机器人的重心，由此尽量减小机器人的倾覆力矩，使吸附更加可靠稳定。
68.根据本技术的另一个方面，本技术的实施例还提供了一种风塔叶片除冰设备，如图5-7所示，该风塔叶片除冰设备包括上述爬壁机器人以及除冰装置700。除冰装置700设置于主架体110上，除冰装置700包括安装支架710和喷头720，安装支架710的一端与主架体110连接，喷头720安装在安装支架710的另一端。
69.通过在爬壁机器人上搭载除冰装置700，将水管连接至除冰装置700的喷头720，通过向叶片喷射融冰剂达到叶片覆冰清除的目的。除冰装置700包括安装支架710和喷头720，结构简单，重量轻且风阻小，搭配上述爬壁机器人，能够稳定吸附在风电发电机的塔筒壁面上执行除冰作业。
70.进一步地，为降低除冰装置700的重量，安装支架710可采用材质较轻的材料(如碳纤维、铝合金等)进行制备。
71.该风塔叶片除冰设备使用时，首先远程操纵爬壁机器人沿着塔筒上升到叶片位置，调整爬壁机器人的位置使安装支架710上的喷嘴对准叶片覆冰区域，开启水射流将融冰液喷至叶片覆冰处。期间可以通过移动爬壁机器人来辅助对焦。清洗完一扇一片后，需要旋转叶片，使另一扇叶片与爬壁机器人对齐，接着按照上述步骤执行下一片叶片的清洗。该爬壁机器人可以抵御严寒和强风，可以长时间驻留在风塔顶端，根据叶片结冰情况随时进行作业，省去了每次清洗运输、安装机器人的成本。
72.在一种实施例中，如图5-7所示，安装支架710包括固定支架711、连接单元712以及活动支架713，固定支架711的一端与主架体110固定连接，固定支架711的另一端通过连接单元712与活动支架713连接，喷头720安装在活动支架713远离固定支架711的一端。
73.具体来说，固定支架711包括两根连接杆7111和一根斜拉杆7112，两根连接杆7111分别设置在主架体110的后端的相对两侧，斜拉杆7112设置在主架体110的前端的中部，两根连接杆7111和一根斜拉杆7112远离爬壁机器人的一端与连接单元712连接。活动支架713有两根，两根活动支架713的一端与连接单元712连接，另一端各安装一个喷头720。
74.进一步地，安装支架710的重心靠近爬壁机器人的下部，这样尽量减小机器人的倾覆力矩，使吸附更加可靠稳定。
75.在一些实施例中，如图5-7所示，喷头720通过角度调节组件740安装在活动支架713上，喷头720能够通过角度调节组件740调节其在活动支架713上的角度，具体地，角度调节组件740包括固定板741、安装块742和锁紧螺钉(图中未示出)，固定板741固定在活动支架713的末端，且固定板741上设置有标示角度的刻度，安装块742转动连接在固定板741上，喷头720固定在安装块742上，固定板741上设置有安装孔，安装块742上设置有与安装孔对
应的弧形的调节孔7421，将喷头720转动至合适角度后，通过锁紧螺钉穿过调节孔7421和安装孔将安装块742在固定板741上的位置固定下来。
76.在一种具体的实施例中，如图5-6所示，连接单元712包括安装板7121和锁紧件7122，固定支架711与安装板7121固定连接，活动支架713与安装板7121转动连接，在活动支架713的转动路径上至少具有伸出位置和折回位置，锁紧件7122安装在安装板7121上，且锁紧件7122能够将活动支架713固定在伸出位置。
77.通过将活动支架713与安装板7121转动连接，并在安装板7121上设置能够将活动支架713固定在伸出位置的锁紧件7122，在运输过程中，打开锁紧件7122，将活动支架713转动至折回位置，能够缩短安装支架710的整体长度，便于运输。
78.进一步地，两活动支架713之间还设置有固定连杆730，通过固定连杆730能够将处于伸出位置的活动支架713固定呈一定夹角，提高活动支架713伸出后的稳定性。
79.综上，实施本实施例提供的爬壁机器人及风塔叶片除冰设备，至少具有以下有益技术效果：
80.本技术爬壁机器人，通过在主架体的相对两侧分别铰接一副架体，主吸附行走机构设置在副架体上，当机器人行走在不同曲率的曲面上时，主吸附行走机构会随壁面起伏而绕着铰接处摆动，使主动轮和从动轮与壁面紧密贴合，主磁吸附单元和辅磁吸附单元与壁面之间的间隙不会发生明显变化，保证机器人吸附稳定可靠，不会发生倾覆危险，进而可以使得机器人在各种壁面的维护作业上更加灵活，主磁吸附单元采用磁隙式吸附方式，主架体后端的辅磁吸附单元也采用磁隙式吸附方式以提供辅助吸附力，保证爬壁机器人行走灵活的前提下，提高了负载能力和越障能力。本技术风塔叶片除冰设备以该爬壁机器人作为平台并搭载除冰装置，能够有效地对风塔的叶片进行除冰作业。
81.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
82.以上实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。