一種金屬表面攀爬檢測機器人的制作方法
【專利摘要】一種金屬表面攀爬檢測機器人，其機器人本體包括若干個關(guān)節(jié)模塊、兩個電磁吸附模塊和若干個行走舵機，各模塊依次按串聯(lián)方式連接。T型關(guān)節(jié)模塊的轉(zhuǎn)軸互相平行，兩端I型關(guān)節(jié)模塊的轉(zhuǎn)軸與之垂直，末端分別是電磁吸附模塊。通過各關(guān)節(jié)的協(xié)調(diào)運動和電磁吸附模塊的交替吸附，該機器人能在導(dǎo)磁金屬表面上攀爬。其上有檢測系統(tǒng)上的超聲波傳感器固定連接在一個電磁吸附模塊邊上，并采用總線方式與遠程控制器連接。當機器人無超聲波傳感器的一端吸附固定時，超聲波傳感器在各關(guān)節(jié)模塊的驅(qū)動下可沿金屬表面移動進行無損探傷。本實用新型的機器人同時具有攀爬和檢測功能，適用于替代人工在導(dǎo)磁性物體表面上工作，具有簡單、實用、便捷和安全等優(yōu)點。
【專利說明】
一種金屬表面攀爬檢測機器人
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及機器人技術(shù)領(lǐng)域，具體而言涉及一種金屬表面攀爬檢測機器人。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬表面檢測探傷是一項非常普遍和廣泛的作業(yè)和任務(wù)。各種大型金屬結(jié)構(gòu)件(例如鐵塔、橋梁和其它鋼結(jié)構(gòu)建筑等)經(jīng)常需要這種作業(yè)。工程機械業(yè)需要檢測探傷。僅以挖掘機為例，目前我國進口舊挖掘機的金額占挖掘機整機進口額90%以上，數(shù)量占國內(nèi)總銷量的35%以上。如此巨大數(shù)量的舊挖掘機將產(chǎn)生環(huán)境污染、能耗高等諸多問題，最為嚴重的是在生產(chǎn)安全方面存在隱患。挖掘機檢驗成為進出口檢驗檢疫的重要內(nèi)容之一，其中最重要的一個環(huán)節(jié)是對其結(jié)構(gòu)件的檢測。由于挖掘機工作環(huán)境惡劣，其結(jié)構(gòu)件極易腐蝕，同時在應(yīng)力的作用下容易產(chǎn)生疲勞，對生產(chǎn)安全造成很大隱患。因此，對舊挖掘機進行主要和關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件的檢測是保證其生產(chǎn)安全的重要前提。目前的檢測都是人工實現(xiàn)，有較大的局限和不足，主要體現(xiàn)在:I)檢測過程是一種高空作業(yè)，存在著較大的安全隱患，如跌落、夾傷、液壓油噴傷等;2)人工檢測速度慢、效率低，3)檢測質(zhì)量依賴于檢驗員的經(jīng)驗、技術(shù)水平和認真程度，一致性無法保障。因此，針對以上問題和不足，開發(fā)一種挖掘機無損檢測機器人系統(tǒng)，代替人工進行自動檢測，對提高檢測效率、質(zhì)量和解決安全問題都具有重大意義。
[0003]目前國內(nèi)外攀爬金屬墻面的機器人有輪式和履帶式等，吸附方式包括永磁式和負壓式。它們一般比較龐大，適合在連續(xù)和平坦無礙的大型墻面(例如大型鍋爐和船舶表面)上爬行，攀爬速度快，但轉(zhuǎn)向、越障、跨溝等方面能力較弱，不適合在鐵塔、橋梁和其它鋼材結(jié)構(gòu)建筑和工程機械上攀爬和作檢測。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型的任務(wù)是面向鐵塔、橋梁和工程機械表面上的高空檢測作業(yè)，開發(fā)一種能在導(dǎo)磁性物體表面攀爬并實施無損探傷檢測的小型機器人。根據(jù)仿生學原理，通過模仿尺蠖的攀爬動作，構(gòu)建一種結(jié)構(gòu)簡單、構(gòu)型易改、小巧靈活、控制容易、成本低廉的雙足攀爬機器人，并在其上安裝超聲波傳感器，實現(xiàn)檢測任務(wù)，為拓展機器人的新應(yīng)用探索一條簡單易行的途徑。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案。
[0006]—種金屬表面攀爬檢測機器人，包括機器人本體和檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述機器人本體包括若干個關(guān)節(jié)模塊、兩個電磁吸附模塊和若干個行走舵機，關(guān)節(jié)模塊和電磁吸附模塊依次按串聯(lián)方式連接，其中電磁吸附模塊位于兩端，行走舵機與關(guān)節(jié)模塊連接，用于驅(qū)動關(guān)節(jié)模塊轉(zhuǎn)軸，所述檢測系統(tǒng)包括超聲波傳感器、遠程控制器和傳感器舵機，超聲波傳感器固定連接在其中一個電磁吸附模塊邊上，與所遠程控制器連接，傳感器舵機與遠程控制器連接，用于驅(qū)動超聲波傳感器轉(zhuǎn)動。
[0007]優(yōu)選的，所述關(guān)節(jié)模塊包括T型關(guān)節(jié)模塊和I型關(guān)節(jié)模塊，T型關(guān)節(jié)模塊位于中間，其轉(zhuǎn)軸互相平行，I型關(guān)節(jié)模塊位于兩端，其轉(zhuǎn)軸與T型關(guān)節(jié)模塊轉(zhuǎn)軸垂直。
[0008]優(yōu)選的，所述關(guān)節(jié)模塊數(shù)量和所述行走舵機的數(shù)量相同。
[0009]優(yōu)選的，所述傳感器舵機安裝在電磁吸盤內(nèi)部。
[0010]優(yōu)選的，所述關(guān)節(jié)模塊數(shù)量為六個。
[0011]優(yōu)選的，所述電磁吸附模塊通過其中電流的通斷實現(xiàn)裝置對導(dǎo)磁金屬表面的吸附和脫附。
[0012]T型關(guān)節(jié)模塊可稱為擺動關(guān)節(jié)模塊，I型關(guān)節(jié)模塊可稱為回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊。機器人本體通過中間的T型關(guān)節(jié)模塊能彎曲和伸展，通過各關(guān)節(jié)的協(xié)調(diào)運動和電磁吸附模塊的交替吸附，該機器人能在導(dǎo)磁金屬表面上攀爬。當機器人無超聲波傳感器的一端吸附固定時，超聲波傳感器在各關(guān)節(jié)模塊的驅(qū)動下可沿金屬表面移動進行無損探傷。
[0013]優(yōu)選的，所述I型關(guān)節(jié)模塊由行走舵機驅(qū)動，運動和動力是由行走舵機的輸出軸并通過其上的輸出圓盤輸出，進而驅(qū)動緊固于行走舵機輸出圓盤上的另一關(guān)節(jié)模塊，產(chǎn)生繞行走舵機輸出軸軸線的旋轉(zhuǎn)運動。
[0014]優(yōu)選的，所述T型關(guān)節(jié)模塊由行走舵機驅(qū)動，運動和動力由行走舵機的輸出軸并通過其上的輸出圓盤輸出，進而使緊固于行走舵機輸出圓盤上的轉(zhuǎn)動支架繞行走舵機輸出軸轉(zhuǎn)動，帶動其他關(guān)節(jié)模塊，行走舵機的輸出軸與其輸出圓盤通過齒形花鍵連接。
[0015]優(yōu)選的，所述T型模塊之間連接或者T型模塊與I型模塊之間連接的接口和螺栓組是同一標準。
[0016]優(yōu)選的，所述I型關(guān)節(jié)模塊的轉(zhuǎn)軸與關(guān)節(jié)連桿的軸線重合或平行，所述T型關(guān)節(jié)模塊的轉(zhuǎn)軸與關(guān)節(jié)連桿的軸線互相垂直。
[0017]本實用新型的機器人中間T型關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動能使機器人本體伸展或彎曲，兩端的I型關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動則能改變末端電磁吸附模塊的方位。檢測時先用一個電磁吸附模塊穩(wěn)固地吸附在金屬表面上以支撐整個機器人，另一端運動，到目標位置后相應(yīng)的電磁吸附模塊進行吸附，然后前一個電磁吸附模塊松開和釋放，并運動到新的目標位置，如此循環(huán)，交替吸附，機器人就可在金屬表面上攀爬到指定的工作地點。隨后，一端的電磁吸附模塊(未連接超聲波傳感器的)固定在金屬面上，另一端電磁吸附模塊上的超聲波傳感器通過機器人本體和檢測頭的轉(zhuǎn)動，對檢測點進行探傷，并將檢測的數(shù)據(jù)實時的發(fā)送至遠端控制器。
[0018]本實用新型的機器人具有如下特點:
[0019]機器人本體采用串聯(lián)結(jié)構(gòu)，各組成部分依次連接，機器人首尾兩端對稱，首尾可互置，便于操作和控制。
[0020]機器人本體主要模塊組成，模塊之間的連接和緊固通過在各模塊中設(shè)計的統(tǒng)一接口和螺栓組實現(xiàn)，通過改變模塊的連接和組合得到多種機器人構(gòu)型。機器人的構(gòu)建簡單、方便且快速。
[0021]機器人的所有模塊由行走舵機和傳感器舵機驅(qū)動，控制簡單，編程、調(diào)試方便。
【附圖說明】
[0022]圖1是本實用新型的機器人外觀圖；
[0023]圖2是本實用新型的I型關(guān)節(jié)模塊外觀圖；
[0024]圖3是本實用新型的I型關(guān)節(jié)模塊爆炸圖；
[0025]圖4是本實用新型的T型關(guān)節(jié)模塊外觀圖；
[0026]圖5是本實用新型的T型關(guān)節(jié)模塊爆炸圖；
[0027]圖6是本實用新型的電磁吸附模塊和檢測系統(tǒng)爆炸圖；
[0028]圖7是本實用新型的機器人控制系統(tǒng)示意圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和實施方式對本實用新型作進一步說明，但是本實用新型的保護范圍并不局限于實施方式表述的范圍。
[0030]圖1示出了本實用新型的小型機器人的外觀圖和機構(gòu)示意圖。如圖所示，機器人包括機器人本體和檢測系統(tǒng)，其中機器人本體有六個模塊，由兩個I型關(guān)節(jié)模塊0-2和四個T型關(guān)節(jié)模塊0-1組成，兩端各接一個電磁吸附模塊0-3，各模塊依次以串聯(lián)方式連接，順序為:電磁吸附模塊一 I型關(guān)節(jié)模塊一T型關(guān)節(jié)模塊一T型關(guān)節(jié)模塊一T型關(guān)節(jié)模塊一T型關(guān)節(jié)模塊一 I型關(guān)節(jié)模塊一電磁吸附模塊，即中間為四個T型關(guān)節(jié)模塊0-1，兩端為I型關(guān)節(jié)模塊0-2再接電磁吸附模塊0-3;檢測系統(tǒng)0-4通過一個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)與電磁吸附模塊0-3連接。
[0031]I型關(guān)節(jié)由行走舵機驅(qū)動，運動和動力由行走舵機的輸出軸并通過其上的輸出圓盤輸出，進而驅(qū)動緊固于行走舵機輸出圓盤上的另一關(guān)節(jié)模塊，產(chǎn)生繞行走舵機輸出軸軸線的旋轉(zhuǎn)運動。T型關(guān)節(jié)也由行走舵機驅(qū)動，運動和動力由行走舵機的輸出軸并通過其上的輸出圓盤輸出，進而使緊固于行走舵機輸出圓盤上的轉(zhuǎn)動支架繞行走舵機輸出軸轉(zhuǎn)動，帶動通過螺栓組固定于其上的其它關(guān)節(jié)模塊。
[0032]圖2和圖3分別為I型關(guān)節(jié)模塊的外觀圖和爆炸圖。I型關(guān)節(jié)模塊的轉(zhuǎn)軸與關(guān)節(jié)連桿軸線重合或平行。零部件包括:轉(zhuǎn)動輔助架1-1、行走舵機輸出圓盤1-2、行走舵機1-3、螺栓1-4、螺母1-5、基架1-6、螺紋連接盤1-7、螺釘1-8、轉(zhuǎn)軸1-9。動力來自于行走舵機1-3，為外購標準件，自帶行走舵機輸出圓盤1-2。行走舵機1-3通過其上的安裝孔與基架1-6用螺栓固定。行走舵機1-3輸出軸與輸出圓盤1-2通過齒形花鍵連接，并在軸端用螺釘緊固。轉(zhuǎn)動輔助架1-1的一叉狀端通過螺釘固定于行走舵機輸出圓盤1-2上，另一端套在轉(zhuǎn)軸1-9上，為間隙配合，并通過轉(zhuǎn)軸1-9上的軸肩和螺紋連接盤1-7軸向固定，行走舵機1-3的輸出軸與轉(zhuǎn)軸1-9在同一直線上，轉(zhuǎn)動輔助架1-1便可繞此直線，在行走舵機輸出圓盤1-2的帶動下轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動輔助架1-1起輔助加固作用。行走舵機輸出圓盤1-2和轉(zhuǎn)動輔助架1-1上開有對應(yīng)的統(tǒng)一的螺紋孔和光孔，作為與其它模塊相連接的標準接口之一。螺紋連接盤1-7套于轉(zhuǎn)軸1-9上，其一面與轉(zhuǎn)動輔助架1-1相對，另一面緊貼基架1-6，通過螺釘1-8和轉(zhuǎn)軸1-9將轉(zhuǎn)動輔助架1-1、螺紋連接盤1-7和基架1-6固接。螺紋連接盤1-7與基架1-6上開有對應(yīng)的螺紋孔和光孔，作為與其它模塊相連接的另一標準接口。固定于行走舵機輸出圓盤1-2的其它模塊隨行走舵機輸出圓盤1-2相對于行走舵機本體產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，便實現(xiàn)了 I模塊的功能。
[0033]圖4和圖5分別為T型關(guān)節(jié)模塊的外觀圖和爆炸圖。T型關(guān)節(jié)模塊的轉(zhuǎn)軸與關(guān)節(jié)連桿的軸線互相垂直。零部件包括:轉(zhuǎn)動支架T-1、螺栓T-2、行走舵機輸出圓盤T-3、上基架T-4、下基架T-5、螺釘T-6、螺母T-7、墊片T-8、空心轉(zhuǎn)軸T-9、行走舵機T-1O。動力來自于行走舵機T-1O，其為外購標準件，自帶行走舵機輸出圓盤T-3。行走舵機T-1O輸出軸所在端面緊貼于上基架T-4內(nèi)面，并通過其上的安裝孔與上基架T-4、下基架T-5用螺栓固接。行走舵機T-1O輸出軸與輸出圓盤T-3通過齒形花鍵連接，并在軸端用螺釘緊固。轉(zhuǎn)動支架T-1的叉狀端通過螺釘固定于行走舵機輸出圓盤T-3上，另一端套于空心轉(zhuǎn)軸T-9上，為間隙配合，由空心轉(zhuǎn)軸T-9軸肩與墊片T-8軸向固定，空心轉(zhuǎn)軸T-9另一端支承于下基架T-5，通過螺釘T-6和螺母T-7固定于下基架T-5。行走舵機輸出圓盤T-3軸線與空心轉(zhuǎn)軸T-9軸線位于同一直線上，轉(zhuǎn)動支架T-1便可在行走舵機輸出圓盤T-3的驅(qū)動下，繞此直線作相對于行走舵機T-1O本體的轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動支架T-1腰部位置開有八個圓周均布的光孔，作為T關(guān)節(jié)與其它關(guān)節(jié)模塊相連接的標準接口之一，而上基架T-4和下基架T-5組合形成另一與其它關(guān)節(jié)模塊相連接的標準接口。當轉(zhuǎn)動支架T-1在行走舵機輸出圓盤T-3的驅(qū)動下產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動時，帶動連接于其上的其它關(guān)節(jié)模塊作相應(yīng)的轉(zhuǎn)動，便實現(xiàn)了 T模塊的功能。
[0034]圖6為電磁吸附模塊及檢測系統(tǒng)的外觀圖及其部分爆炸圖。零部件包括:超聲波傳感器D-1、傳感器舵機D-2、電磁吸盤X-2和端蓋X-1。超聲波傳感器轉(zhuǎn)動的動力來自于傳感器舵機D-2，其為外購標準件。傳感器舵機安裝在電磁吸盤內(nèi)部，通過打開其上端的端蓋X-1進行安裝和拆卸。端蓋X-1通過螺釘與機器人本體兩端的I型關(guān)節(jié)相連。
[0035]圖7為機器人控制系統(tǒng)示意圖。遠程控制器根據(jù)檢測位置，規(guī)劃機器人的攀爬路徑，計算出七個舵機的位置軌跡。當機器人到達預(yù)期的位置后，遠程控制通過數(shù)據(jù)采集裝置實時獲取超聲波檢測數(shù)據(jù)，判斷挖掘機待檢測部位的損傷情況。
[0036]以上描述僅為本申請的較佳實施例以及對所運用技術(shù)原理的說明。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解，本申請中所涉及的實用新型范圍，并不限于上述技術(shù)特征的特定組合而成的技術(shù)方案，同時也應(yīng)涵蓋在不脫離所述實用新型構(gòu)思的情況下，由上述技術(shù)特征或其等同特征進行任意組合而形成的其它技術(shù)方案。例如上述特征與本申請中公開的(但不限于)具有類似功能的技術(shù)特征進行互相替換而形成的技術(shù)方案。
【主權(quán)項】
1.一種金屬表面攀爬檢測機器人，包括機器人本體和檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述機器人本體包括若干個關(guān)節(jié)模塊、兩個電磁吸附模塊和若干個行走舵機，關(guān)節(jié)模塊和電磁吸附模塊依次按串聯(lián)方式連接，其中電磁吸附模塊位于兩端，行走舵機與關(guān)節(jié)模塊連接，用于驅(qū)動關(guān)節(jié)模塊轉(zhuǎn)軸，所述檢測系統(tǒng)包括超聲波傳感器、遠程控制器和傳感器舵機，超聲波傳感器固定連接在其中一個電磁吸附模塊邊上，與所遠程控制器連接，傳感器舵機與遠程控制器連接，用于驅(qū)動超聲波傳感器轉(zhuǎn)動。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬表面攀爬檢測機器人，其特征在于，所述關(guān)節(jié)模塊包括T型關(guān)節(jié)模塊和I型關(guān)節(jié)模塊，T型關(guān)節(jié)模塊位于中間，其轉(zhuǎn)軸互相平行，I型關(guān)節(jié)模塊位于兩端，其轉(zhuǎn)軸與T型關(guān)節(jié)模塊轉(zhuǎn)軸垂直。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的金屬表面攀爬檢測機器人，其特征在于，所述關(guān)節(jié)模塊數(shù)量和所述行走舵機的數(shù)量相同。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的金屬表面攀爬檢測機器人，所述傳感器舵機安裝在電磁吸盤內(nèi)部。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的金屬表面攀爬檢測機器人，其特征在于，所述關(guān)節(jié)模塊數(shù)量為六個。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的金屬表面攀爬檢測機器人，其特征在于，所述電磁吸附模塊通過其中電流的通斷實現(xiàn)裝置對導(dǎo)磁金屬表面的吸附和脫附。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的金屬表面攀爬檢測機器人，其特征在于，所述I型關(guān)節(jié)模塊由行走舵機驅(qū)動，運動和動力是由行走舵機的輸出軸并通過其上的輸出圓盤輸出，進而驅(qū)動緊固于行走舵機輸出圓盤上的另一關(guān)節(jié)模塊，產(chǎn)生繞行走舵機輸出軸軸線的旋轉(zhuǎn)運動。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的金屬表面攀爬檢測機器人，其特征在于，所述T型關(guān)節(jié)模塊由行走舵機驅(qū)動，運動和動力由行走舵機的輸出軸并通過其上的輸出圓盤輸出，進而使緊固于行走舵機輸出圓盤上的轉(zhuǎn)動支架繞行走舵機輸出軸轉(zhuǎn)動，帶動其他關(guān)節(jié)模塊，行走舵機的輸出軸與其輸出圓盤通過齒形花鍵連接。9.根據(jù)權(quán)利要求2-8中任一權(quán)利要求的金屬表面攀爬檢測機器人，其特征在于，所述T型模塊之間連接或者T型模塊與I型模塊之間連接的接口和螺栓組是同一標準。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的金屬表面攀爬檢測機器人，其特征在于，所述I型關(guān)節(jié)模塊的轉(zhuǎn)軸與關(guān)節(jié)連桿的軸線重合或平行，所述T型關(guān)節(jié)模塊的轉(zhuǎn)軸與關(guān)節(jié)連桿的軸線互相垂直。
【文檔編號】G01N29/265GK205554358SQ201521141323
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2015年12月30日
【發(fā)明人】李 浩, 劉建瓴, 周娜, 管貽生, 李炳峰, 周雪峰, 畢志強
【申請人】廣東出入境檢驗檢疫局檢驗檢疫技術(shù)中心, 廣東工業(yè)大學