爬壁机器人吸附底盘.pdf

本发明涉及机器人技术领域，是一种爬壁机器人吸附底盘，其包括机架、履带和变磁吸附单元，履带能转动地安装在机架上，履带的外壁上固定安装有不少于两个的变磁吸附单元；机架的前端和后端分别固定安装有与变磁槽轮相配合的拨杆。本发明结构合理而紧凑，使用方便，其通过拨杆与变磁槽轮的配合改变变磁吸附单元的磁力方向，进而实现变磁吸附单元与风电塔筒表面的吸附和分离，从而实现该爬壁机器人吸附底盘沿风电塔筒表面的行走，该爬壁机器人吸附底盘可携带清理和维护设备对风电塔筒进行除锈、清洗和喷漆作业，维持风电塔筒表面的整洁美观，提高风机运行安全性，降低工人的劳动强度、缩短施工周期、降低运营成本、降低安全隐患。

权利要求书
1.  一种爬壁机器人吸附底盘，其特征在于包括机架、履带和变磁吸附单元，履带能转动地安装在机架上，履带的外壁上固定安装有不少于两个的变磁吸附单元，变磁吸附单元包括永磁体、上轭铁、下轭铁、左隔磁块、右隔磁块、左挡盖、右端盖，上轭铁、下轭铁、左隔磁块、右隔磁块首尾相连围成一个空心筒，永磁体能沿自身轴线转动地安装在空心筒内，左挡盖固定安装在空心筒的左端，右端盖能转动地安装在空心筒的右端，右端盖上固定安装有变磁槽轮，右端盖与永磁体固定连接；机架的前端和后端分别固定安装有与变磁槽轮相配合的拨杆。

2.  根据权利要求1所述的爬壁机器人吸附底盘，其特征在于机架的后端安装有驱动轴，驱动轴上固定安装有主动链轮，机架的前端安装有从动轴，从动轴上固定安装有从动链轮，履带为链条，链条安装在主动链轮和从动链轮上，机架的后端固定安装有伺服减速机，伺服减速机的动力输出端与驱动轴的动力输入端连接。

3.  根据权利要求1所述的爬壁机器人吸附底盘，其特征在于机架的左侧固定安装有左侧翼板，机架的右侧固定安装有右侧翼板，左侧翼板的后端与右侧翼板的后端之间安装有驱动轴，驱动轴的左端固定安装有第一主动链轮，驱动轴的右端固定安装有第二主动链轮；左侧翼板的前端安装有第一从动轴，第一从动轴上固定安装有第一从动链轮，右侧翼板的前端安装有第二从动轴，第二从动轴上固定安装有第二从动链轮；履带包括第一链条和第二链条，第一链条安装在第一主动链轮和第一从动链轮上，第二链条安装在第二主动链轮和第二从动链轮上，第一链条的外壁上固定安装有不少于两个的变磁吸附单元，第二链条的外壁上固定安装有不少于两个的变磁吸附单元，机架的后端固定安装有伺服减速机，伺服减速机的动力输出端与驱动轴的动力输入端连接。

4.  根据权利要求1所述的爬壁机器人吸附底盘，其特征在于机架的左侧固定安装有左侧翼板，机架的右侧固定安装有右侧翼板，左侧翼板的后端安装有第一驱动轴，第一驱动轴上固定安装有第一主动链轮，右侧翼板的后端安装有第二驱动轴，第二驱动轴上固定安装有第二主动链轮；左侧翼板的前端安装有第一从动轴，第一从动轴上固定安装有第一从动链轮，右侧翼板的前端安装有第二从动轴，第二从动轴上固定安装有第二从动链轮；履带包括第一链条和第二链条，第一链条安装在第一主动链轮和第一从动链轮上，第二链条安装在第二主动链轮和第二从动链轮上，第一链条的外壁上固定安装有不少于两个的变磁吸附单元，第二链条的外壁上固定安装有不少于两个的变磁吸附单元；机架的后端固定安装有第一伺服减速机和第二伺服减速机，第一伺服减速机的动力输出端与第一驱动轴的动力输入端连接，第二伺服减速机的动力输出端与第二驱动轴的动力输入端连接。

5.  根据权利要求1或2或3或4所述的爬壁机器人吸附底盘，其特征在于变磁槽轮上设有不少于两个的轮齿，轮齿为楔形块，楔形块厚度小的一端设有侧立面，楔形块厚度大的一端设有顶面，侧立面和顶面互相垂直，楔形块的斜面为圆弧面，相邻两个轮齿之间设有圆弧形凹槽，楔形块厚度大的一端为齿根。

6.  根据权利要求5所述的爬壁机器人吸附底盘，其特征在于变磁槽轮上沿周向均布有四个轮齿。

7.  根据权利要求1或2或3或4所述的爬壁机器人吸附底盘，其特征在于上轭铁的外壁、左隔磁块的外壁、下轭铁的外壁上固定安装有橡胶套；或/和，右端盖与永磁体通过键槽配合连接。

8.  根据权利要求5所述的爬壁机器人吸附底盘，其特征在于上轭铁的外壁、左隔磁块的外壁、下轭铁的外壁上固定安装有橡胶套；或/和，右端盖与永磁体通过键槽配合连接。

9.  根据权利要求6所述的爬壁机器人吸附底盘，其特征在于上轭铁的外壁、左隔磁块的外壁、下轭铁的外壁上固定安装有橡胶套；或/和，右端盖与永磁体通过键槽配合连接。

说明书爬壁机器人吸附底盘
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，是一种爬壁机器人吸附底盘。
背景技术
随着全球面临的气候危机日益明显，低碳经济成为世界的热门话题，而风力发电作为重要的清洁能源成为优先发展选择。在这样的国际大背景下，风电产业在近十年得到了迅猛的发展，新疆的风电产业更是呈现出投资主体剧增、发展异常迅猛的态势。根据《新疆自治区电力工业“十二五”规划》内容显示，至2015年新疆风电总装机规模将达到8690兆瓦，至2020年新疆风电总装机规模将达到10000兆瓦，基本形成哈密地区千万级风电基地和达坂城、小草湖、塔城、额尔齐斯等3-5个百万级大型风电基地。风电行业经爆发式发展后，各风场均建立了数量庞大的风力发电机组群，然而经野外长期风吹日晒、沙砾摩擦、盐碱侵蚀后，风电塔筒表面大多会出现脱漆乃至锈蚀现象，影响美观甚至可能危及风机运行安全，不能满足安全文明生产的管理要求。目前塔筒的清洗和维护工作采用的传统人工作业方式，劳动强度大，施工周期长，维护成本高、存在安全隐患等问题。
发明内容
本发明提供了一种爬壁机器人吸附底盘，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有风电塔筒清洗和维护过程中存在的劳动强度大、施工周期长、维护成本高、存在安全隐患的问题。
本发明的第一种技术方案是通过以下措施来实现的：一种爬壁机器人吸附底盘，包括机架、履带和变磁吸附单元，履带能转动地安装在机架上，履带的外壁上固定安装有不少于两个的变磁吸附单元，变磁吸附单元包括永磁体、上轭铁、下轭铁、左隔磁块、右隔磁块、左挡盖、右端盖，上轭铁、下轭铁、左隔磁块、右隔磁块首尾相连围成一个空心筒，永磁体能沿自身轴线转动地安装在空心筒内，左挡盖固定安装在空心筒的左端，右端盖能转动地安装在空心筒的右端，右端盖上固定安装有变磁槽轮，右端盖与永磁体固定连接；机架的前端和后端分别固定安装有与变磁槽轮相配合的拨杆。
下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：
上述机架的后端安装有驱动轴，驱动轴上固定安装有主动链轮，机架的前端安装有从动轴，从动轴上固定安装有从动链轮，履带为链条，链条安装在主动链轮和从动链轮上，机架的后端固定安装有伺服减速机，伺服减速机的动力输出端与驱动轴的动力输入端连接。
上述机架的左侧固定安装有左侧翼板，机架的右侧固定安装有右侧翼板，左侧翼板的后端与右侧翼板的后端之间安装有驱动轴，驱动轴的左端固定安装有第一主动链轮，驱动轴的右端固定安装有第二主动链轮；左侧翼板的前端安装有第一从动轴，第一从动轴上固定安装有第一从动链轮，右侧翼板的前端安装有第二从动轴，第二从动轴上固定安装有第二从动链轮；履带包括第一链条和第二链条，第一链条安装在第一主动链轮和第一从动链轮上，第二链条安装在第二主动链轮和第二从动链轮上，第一链条的外壁上固定安装有不少于两个的变磁吸附单元，第二链条的外壁上固定安装有不少于两个的变磁吸附单元，机架的后端固定安装有伺服减速机，伺服减速机的动力输出端与驱动轴的动力输入端连接。
上述机架的左侧固定安装有左侧翼板，机架的右侧固定安装有右侧翼板，左侧翼板的后端安装有第一驱动轴，第一驱动轴上固定安装有第一主动链轮，右侧翼板的后端安装有第二驱动轴，第二驱动轴上固定安装有第二主动链轮；左侧翼板的前端安装有第一从动轴，第一从动轴上固定安装有第一从动链轮，右侧翼板的前端安装有第二从动轴，第二从动轴上固定安装有第二从动链轮；履带包括第一链条和第二链条，第一链条安装在第一主动链轮和第一从动链轮上，第二链条安装在第二主动链轮和第二从动链轮上，第一链条的外壁上固定安装有不少于两个的变磁吸附单元，第二链条的外壁上固定安装有不少于两个的变磁吸附单元；机架的后端固定安装有第一伺服减速机和第二伺服减速机，第一伺服减速机的动力输出端与第一驱动轴的动力输入端连接，第二伺服减速机的动力输出端与第二驱动轴的动力输入端连接。
上述变磁槽轮上设有不少于两个的轮齿，轮齿为楔形块，楔形块厚度小的一端设有侧立面，楔形块厚度大的一端设有顶面，侧立面和顶面互相垂直，楔形块的斜面为圆弧面，相邻两个轮齿之间设有圆弧形凹槽，楔形块厚度大的一端为齿根。
上述变磁槽轮上沿周向均布有四个轮齿。
上述上轭铁的外壁、左隔磁块的外壁、下轭铁的外壁上固定安装有橡胶套；或/和，右端盖与永磁体通过键槽配合连接。
本发明结构合理而紧凑，使用方便，其设计巧妙，通过拨杆与变磁槽轮的配合改变变磁吸附单元的磁力方向，进而实现变磁吸附单元与风电塔筒表面的吸附和分离，从而实现该爬壁机器人吸附底盘沿风电塔筒表面的行走，该爬壁机器人吸附底盘可携带清理和维护设备对风电塔筒进行除锈、清洗和喷漆作业，维持风电塔筒表面的整洁美观，提高风机运行安全性，满足安全生产的要求，降低工人的劳动强度、缩短施工周期、降低运营成本、降低安全隐患，具有安全、省力、简便、高效的特点。
附图说明
附图1为本发明实施例三的立体结构示意图。
附图2为附图1所示结构的主视结构示意图。
附图3为附图1所示结构的左视结构示意图。
附图4为附图1所示结构的仰视结构示意图。
附图5为附图1中变磁吸附单元的立体结构示意图。
附图6为附图5所示结构的主视结构示意图。
附图7为附图6中A-A向剖视结构示意图。
附图8为附图6中B-B向剖视结构示意图。
附图9为变磁吸附单元处于吸附状态的结构示意图。
附图10为变磁吸附单元处于未吸附状态的结构示意图。
附图中的编码分别为：1为机架，2为变磁吸附单元，3为永磁体，4为上轭铁，5为下轭铁，6为左隔磁块，7为右隔磁块，8为左挡盖，9为右端盖，10为变磁槽轮，11为拨杆，12为左侧翼板，13为右侧翼板，14为第一驱动轴，15为第一主动链轮，16为第二驱动轴，17为第二主动链轮，18为第一从动轴，19为第一从动链轮，20为第二从动轴，21为第二从动链轮，22为第一链条，23为第二链条，24为第一伺服减速机，25为第二伺服减速机，26为橡胶套，27为侧立面，28为顶面，29为斜面，圆弧形凹槽。
具体实施方式
本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。
在本发明中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图1的布图方式来进行描述的，如：前、后、上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图的布图方向来确定的。
下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述：
如附图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10所示，该爬壁机器人吸附底盘包括机架1、履带和变磁吸附单元2，履带能转动地安装在机架1上，履带的外壁上固定安装有不少于两个的变磁吸附单元2，变磁吸附单元2包括永磁体3、上轭铁4、下轭铁5、左隔磁块6、右隔磁块7、左挡盖8、右端盖9，上轭铁4、下轭铁5、左隔磁块6、右隔磁块7首尾相连围成一个空心筒，永磁体3能沿自身轴线转动地安装在空心筒内，左挡盖8固定安装在空心筒的左端，右端盖9能转动地安装在空心筒的右端，右端盖9上固定安装有变磁槽轮10，右端盖9与永磁体3固定连接；机架1的前端和后端分别固定安装有与变磁槽轮10相配合的拨杆11。履带的外壁上安装有变磁吸附单元2，与风电塔筒表面接触的变磁吸附单元2处于吸附状态，机架1前端和后端的拨杆11能够驱动变磁槽轮10转动，变磁槽轮10带动永磁体3转动，从而实现变磁吸附单元2磁力的开关，继而实现变磁吸附单元2与风电塔筒表面的吸附与脱离。工作时，先将该爬壁机器人吸附底盘安放在风电塔筒表面上，使与风电塔筒表面接触的变磁吸附单元2均处于吸附状态，该爬壁机器人吸附底盘沿风电塔筒表面行走时，若向前行走，则机架1前端的拨杆11就拨动将要与风电塔筒表面接触的变磁吸附单元2上的变磁槽轮10，将该变磁吸附单元2上的永磁体3转动一定角度，使该变磁吸附单元2变为吸附状态，从而与风电塔筒表面吸附；而机架1后端的拨杆11就拨动将要与风电塔筒表面脱离的变磁吸附单元2上的变磁槽轮10，将该变磁吸附单元2上的永磁体3转动一定角度，使该变磁吸附单元2为未吸附状态，从而与风电塔筒表面分离，这样，将要与风电塔筒表面接触的变磁吸附单元2通过拨杆11的作用变换磁力方向逐个与风电塔筒表面接触，将要与风电塔筒表面分离的变磁吸附单元2通过拨杆11的作用变换磁力方向逐个与风电塔筒表面分离，如此循环往复，就实现了该爬壁机器人吸附底盘向前的行走。同理，当该爬壁机器人吸附底盘向后行走时，机架1后端的拨杆11就拨动将要与风电塔筒表面接触的变磁吸附单元2的变磁槽轮10，使该变磁吸附单元2变为吸附状态；机架1前端的拨杆11就拨动将要与风电塔筒表面分离的变磁吸附单元2的变磁槽轮10，使该变磁吸附单元2为未吸附状态，循环往复，实现该爬壁机器人吸附底盘向后的行走。该爬壁机器人吸附底盘设计巧妙，通过拨杆11与变磁槽轮10的配合改变变磁吸附单元2的磁力方向，进而实现变磁吸附单元2与风电塔筒表面的吸附和分离，从而实现该爬壁机器人吸附底盘沿风电塔筒表面的行走，该爬壁机器人吸附底盘可携带清理和维护设备对风电塔筒进行除锈、清洗和喷漆作业，维持风电塔筒表面的整洁美观，提高风机运行安全性，满足安全生产的要求，降低工人的劳动强度、缩短施工周期、降低运营成本、降低安全隐患。
可根据实际需要，对上述爬壁机器人吸附底盘作进一步优化或/和改进：
实施例一：上述机架1的后端安装有驱动轴，驱动轴上固定安装有主动链轮，机架1的前端安装有从动轴，从动轴上固定安装有从动链轮，履带为链条，链条安装在主动链轮和从动链轮上，机架1的后端固定安装有伺服减速机，伺服减速机的动力输出端与驱动轴的动力输入端连接。本实施例所述的爬壁机器人吸附底盘采用单条履带，通过链轮链条传动，结构简单，造价低。伺服减速机驱动主动链轮转动，主动链轮通过链条带动从动链轮转动，链条带动变磁吸附单元2转动，从而实现该爬壁机器人吸附底盘在风电塔筒表面的行走和其他维护作业。
实施例二：上述机架1的左侧固定安装有左侧翼板12，机架1的右侧固定安装有右侧翼板13，左侧翼板12的后端与右侧翼板13的后端之间安装有驱动轴，驱动轴的左端固定安装有第一主动链轮15，驱动轴的右端固定安装有第二主动链轮17；左侧翼板12的前端安装有第一从动轴18，第一从动轴18上固定安装有第一从动链轮19，右侧翼板13的前端安装有第二从动轴20，第二从动轴20上固定安装有第二从动链轮21；履带包括第一链条22和第二链条23，第一链条22安装在第一主动链轮15和第一从动链轮19上，第二链条23安装在第二主动链轮17和第二从动链轮21上，第一链条22的外壁上固定安装有不少于两个的变磁吸附单元2，第二链条23的外壁上固定安装有不少于两个的变磁吸附单元2，机架1的后端固定安装有伺服减速机，伺服减速机的动力输出端与驱动轴的动力输入端连接。本实施例的履带包括第一链条22和第二链条23，伺服减速机带动驱动轴转动，驱动轴带动第一主动链轮15和第二主动链轮17转动，第一主动链轮15通过第一链条22带动第一从动链轮19转动，第二主动链轮17通过第二链条23带动第二从动链轮21转动，第一链条22带动安装在其上的变磁吸附单元2转动，第二链条23带动安装在其上的变磁吸附单元2转动，从而实现该爬壁机器人吸附底盘在风电塔筒表面的行走和维护作业。
实施例三：如附图1、2、3、4、5、6、7、8所示，上述机架1的左侧固定安装有左侧翼板12，机架1的右侧固定安装有右侧翼板13，左侧翼板12的后端安装有第一驱动轴14，第一驱动轴14上固定安装有第一主动链轮15，右侧翼板13的后端安装有第二驱动轴16，第二驱动轴16上固定安装有第二主动链轮17；左侧翼板12的前端安装有第一从动轴18，第一从动轴18上固定安装有第一从动链轮19，右侧翼板13的前端安装有第二从动轴20，第二从动轴20上固定安装有第二从动链轮21；履带包括第一链条22和第二链条23，第一链条22安装在第一主动链轮15和第一从动链轮19上，第二链条23安装在第二主动链轮17和第二从动链轮21上，第一链条22的外壁上固定安装有不少于两个的变磁吸附单元2，第二链条23的外壁上固定安装有不少于两个的变磁吸附单元2；机架1的后端固定安装有第一伺服减速机24和第二伺服减速机25，第一伺服减速机24的动力输出端与第一驱动轴14的动力输入端连接，第二伺服减速机25的动力输出端与第二驱动轴16的动力输入端连接。本实施例的履带包括第一链条22和第二链条23，第一伺服电机带动第一驱动轴14转动，第一驱动轴14带动第一主动链轮15转动，第一链轮通过第一链条22带动第一从动链轮19转动，第一链条22带动安装在其上的变磁吸附单元2转动；第二伺服电机带动第二驱动轴16转动，第二驱动轴16带动第二主动轮转动，第二主动轮通过第二链条23带动第二从动轮转动，第二链条23带动安装在其上的变磁吸附单元2转动，从而实现该爬壁机器人吸附底盘在风电塔筒表面的行走，第一伺服电机和第二伺服电机可以同步转动，实现该爬壁机器人吸附底盘的直线行走；第一伺服电机和第二伺服电机也可以不同步转动，实现该爬壁机器人吸附底盘的转向。
如附图5所示，上述变磁槽轮10上设有不少于两个的轮齿，轮齿为楔形块，楔形块厚度小的一端设有侧立面27，楔形块厚度大的一端设有顶面28，侧立面27和顶面28互相垂直，楔形块的斜面29为圆弧面，相邻两个轮齿之间设有圆弧形凹槽30，楔形块厚度大的一端为齿根。这样，拨杆11能够更加方便地拨动变磁槽轮10转动。
如附图5、6、7、8所示，上述变磁槽轮10上沿周向均布有四个轮齿。这样，当变磁吸附单元2经过拨杆11时，拨杆11能够驱动变磁槽轮10转动90度，实现变磁吸附单元2磁力方向的改变，从而实现变磁吸附单元2与风电塔筒表面之间磁力的开关。
如附图5、6、7、8、9、10所示，上述上轭铁4的外壁、左隔磁块6的外壁、下轭铁5的外壁上固定安装有橡胶套26。橡胶套26包裹住变磁吸附单元2，能够防止变磁吸附单元2与风电塔筒表面硬接触，避免变磁吸附单元2破坏风电塔筒表面的漆面。
如附图8所示，上述右端盖9与永磁体3通过键槽配合连接。采用键连接，结构简单，传动方便。
以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。
本发明最佳实施例的使用过程：
如附图9所示，变磁吸附单元2的N极和S极之间形成沿水平方向的磁力线，上轭铁4和下轭铁5均位于磁力线上，能够加强该变磁吸附单元2与风电塔筒表面之间的磁力，此时，变磁吸附单元2吸附在风电塔筒表面上。
如附图10所示，此时变磁吸附单元2的永磁体3转动90度，变磁吸附单元2的N极和S极之间形成沿竖直方向的磁力线，左隔磁块6和右隔磁块7均位于磁力线上，变磁吸附单元2与风电塔筒表面之间的磁力很小，此时，变磁吸附单元2与风电塔筒表面处于未吸附状态，变磁吸附单元2与风电塔筒表面分离。