本發明涉及一種海上平臺干式樁腿內壁爬行機器人，屬于機械設計領域。

背景技術：

樁腿是維持海上平臺穩固與安全的重大基礎部件。實際應用中，受平臺系統的移位與落座，船舶碰撞，平臺系統偏載，海生物附著，海水、風浪、潮流侵蝕等因素的影響，樁腿會出現銹蝕、破裂、變形、局部變薄、應力集中等方面的問題，這些問題若得不到及時處理，會在內外因素共同作用下而不斷的惡化與擴大，進而危機樁腿乃至整個平臺系統的安全。因此，開發樁腿缺陷檢測系統，有利于樁腿結構安全隱患的及時發現與處理。

目前，樁腿缺陷與隱患的檢測主要分現場檢測和在塢檢修。現場檢測主要靠人工爬行及肉眼觀察等辦法，該方法通常伴隨著高空作業，操作難度大，效率低，具有一定的危險性，且可檢測范圍受限；在塢檢修比較徹底，但需要將平臺及樁腿拖進船塢進行，需要耗費大量的人力、財力。

本發明以某海上平臺干式樁腿內部結構為原型，該樁腿內部圓柱空間分為兩個半圓柱部分，其中一個半圓柱空間安裝有多層工作平臺、爬梯、護欄等結構，結構較為復雜，不適宜機器人的爬行。另一個半圓柱空間為上下直通式結構，內部結構較為簡單。基于以上結構，本發明開發一種可在樁腿內壁上下直通部分空間往復爬行的機器人，以搭載樁腿內壁缺陷檢測設備，實現樁腿內壁缺陷的巡回檢測功能。系統應用于平臺現場，可及時發現樁腿內壁缺陷，提高樁腿乃至整個平臺系統的安全性，節省樁腿檢修成本。

技術實現要素：

本發明以某海上平臺干式樁腿內部結構為應用原型，開發一種可在樁腿內壁往復爬行的機器人。機器人可適應樁腿內部半圓形爬行空間的限制，并可跨越兩節樁腿連接處的凸緣障礙。為實現上述目標，本發明采用以下技術方案：

機器人總體由上腿組、下腿組及軀干三部分組成。

機器人上腿組與下退組結構完全相同，主要由電磁吸盤（1）、三角底板（2）、腿組“U”型推板（3）、腿組架（16）、腿架底板（5）、“T”型腿桿（10）、“T”型滑槽（4）、腿部絲桿（9）、小步進電機（7）等部分組成。三條“T”型腿桿（10）的一端分別通過螺釘三角底板（2）相連，并呈三角形分布。三組電磁吸盤（1）分別通過螺釘固定于三角底板（2）的另一側，并呈三角形分布。三組“T”型滑槽（4）分別通過螺釘固定在腿組架（16）上，三條 “T”型腿桿（10）可分別在對應的“T”型滑槽（4）內軸向滑動。小步進電機（7）通過小電機支架（6）固定在腿架底板（5）的端部，小步進電機（7）輸出軸與腿部絲桿（9）彈性連接，腿部絲桿（9）兩端通過腿部軸承-軸承座（8）支撐，腿部軸承-軸承座（8）通過螺釘固定在腿架底板（5）上。腿組“U”型推板（3）為 “U”型結構，其開口端分別通過螺釘固定在腿部驅動螺母（24）的兩側面，其低端面通過螺釘固定于三角底板（2）的中心處。腿組架（16）與腿架底板（5）做為整體結構。

機器人軀干主要有大步進電機（11）、軀干底板（13）、滑軌（14）、滑槽（20）、軀干“U”型推板（19）、軀干絲桿（18）、軀干驅動螺母（17）等部件組成。大步進電機（11）通過大電機支架（12）固定在軀干底板（13）上，且電機輸出軸與軀干絲桿（18）之間為柔性連接。軀干絲桿（18）兩端分別由軀干軸承-軸承座（21、22）支撐，軀干軸承-軸承座（21、22）通過螺栓固定在軀干底板（13）上。軀干“U”型推板（19）的開口端分別通過螺釘固定在軀干驅動螺母（17）的兩側，軀干“U”型推板（19）的底端通過螺栓固定于下腿組件腿組架（16）的下平面。兩條矩形滑軌（14）對稱焊接在軀干“U”型推板（19）的兩側板上。兩個與滑軌（14）相匹配的滑槽（20）通過滑槽安裝板（15）固定在軀干底板（13）的下端。軀干底板底座（23）通過螺栓固定于上腿組件的腿組架（16）的上平面。

與現有技術相比較，本發明具有以下優點：

1、由步進電機及絲桿-螺母機構實現機器人本體的伸縮，機器人爬行步長可以在絲桿最大行程范圍內任意調控。可根據樁腿內部結構情況實時調節縱向信息采集密度。另外，當檢測到機器人落腳處有障礙物時，可通過改變步長的方法跨越障礙。

2、腿腳桿及電磁吸盤均呈三角形分布，機構穩定可靠。

3、機器人整機驅動系統為純電動，系統可控性強，無泄漏污染，且機構小巧。

附圖說明

圖1 機器人整體裝配主視圖

圖2 機器人裝配右視圖

圖3 “U”型推板及滑塊機構主視圖

圖4 “U”型推板及滑塊機構左視圖

圖5軀干滑槽主視圖

圖6軀干滑槽剖面圖

圖7軀干底板機構主視圖

圖8 軀干底板右視圖

圖9 腿桿組件主視圖

圖10 腿桿組件右視圖

圖11腿桿“T”型滑槽主視圖

圖12腿桿“T”型滑槽左視圖

圖13腿組架主視圖

圖14腿組架左視圖

圖中： 1、電磁吸盤，2、三角底板，3、腿組“U”型推板，4、“T”型滑槽，5、腿架底板，6、小電機支架，7、小步進電機，8、腿部軸承-軸承座，9、腿部絲桿，10、“T”型腿桿，11、大步進電機，12、大電機支架，13、軀干底板，14、滑軌，15、滑槽安裝板，16、腿組架，17、軀干驅動螺母，18、軀干絲桿，19、軀干“U”型推板，20、滑槽，21,22、軀干軸承-軸承座，23、軀干底板底座，24、腿部驅動螺母。

具體實施方式

機器人總體由上腿組、下腿組及軀干三部分組成。

機器人上腿組與下退組結構完全相同，主要由電磁吸盤（1）、三角底板（2）、腿組“U”型推板（3）、腿組架（16）、腿架底板（5）、“T”型腿桿（10）、“T”型滑槽（4）、腿部絲桿（9）、小步進電機（7）等部分組成。三條“T”型腿桿（10）的一端分別通過螺釘三角底板（2）相連，并呈三角形分布。三組電磁吸盤（1）分別通過螺釘固定于三角底板（2）的另一側，并呈三角形分布。三組“T”型滑槽（4）分別通過螺釘固定在腿組架（16）上，三條 “T”型腿桿（10）可分別在對應的“T”型滑槽（4）內軸向滑動。小步進電機（7）通過小電機支架（6）固定在腿架底板（5）的端部，小步進電機（7）輸出軸與腿部絲桿（9）彈性連接，腿部絲桿（9）兩端通過腿部軸承-軸承座（8）支撐，腿部軸承-軸承座（8）通過螺釘固定在腿架底板（5）上。腿組“U”型推板（3）為 “U”型結構，其開口端分別通過螺釘固定在腿部驅動螺母（24）的兩側面，其低端面通過螺釘固定于三角底板（2）的中心處。腿組架（16）與腿架底板（5）做為整體結構。

機器人軀干主要有大步進電機（11）、軀干底板（13）、滑軌（14）、滑槽（20）、軀干“U”型推板（19）、軀干絲桿（18）、軀干驅動螺母（17）等部件組成。大步進電機（11）通過大電機支架（12）固定在軀干底板（13）上，且電機輸出軸與軀干絲桿（18）之間為柔性連接。軀干絲桿（18）兩端分別由軀干軸承-軸承座（21、22）支撐，軀干軸承-軸承座（21、22）通過螺栓固定在軀干底板（13）上。軀干“U”型推板（19）的開口端分別通過螺釘固定在軀干驅動螺母（17）的兩側，軀干“U”型推板（19）的底端通過螺栓固定于下腿組件腿組架（16）的下平面。兩條矩形滑軌（14）對稱焊接在軀干“U”型推板（19）的兩側板上。兩個與滑軌（14）相匹配的滑槽（20）通過滑槽安裝板（15）固定在軀干底板（13）的下端。軀干底板底座（23）通過螺栓固定于上腿組件的腿組架（16）的上平面。

以上所述為本發明的一個實例，我們還可對其機械結構進行一些變換，以應用于其它管式內壁結構的爬行。只要其機器人的機械結構設計思想同本發明所敘述的一致，均應視為本發明所包括的范圍。