專利名稱：管道形鍋爐管壁焊接用爬壁機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于智能化控制技術(shù)領(lǐng)域，具體講就是涉及一種管道形鍋爐管壁焊接用爬壁機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
如附圖I所示，有一種管道形鍋爐管壁是通過將數(shù)根小口徑管道并排焊接連接而成，在焊接作業(yè)時，要么利用人工往返于管道兩端，沿小口徑管道軸向完成一次焊接后，沿鍋爐管壁圓周方向移動進(jìn)行第二次焊接作業(yè)，循環(huán)進(jìn)行，進(jìn)而完成整個管道形鍋爐管壁的焊接工作，但是利用人工焊接，勞動強(qiáng)度過高，焊接精確度無法得到保證，影響了產(chǎn)品的質(zhì)量。另一種是采用焊接機(jī)器人進(jìn)行焊接作業(yè)，用焊接機(jī)器人進(jìn)行焊接作業(yè)時，需要焊接機(jī)器人具有沿管道形鍋爐管壁圓周切線方向和管道軸線方向雙向移動的功能，即當(dāng)焊接機(jī)器人進(jìn)行焊接并排小口徑管道時，首先需要完成沿管道軸線方向直線運(yùn)動，然后沿管道形鍋爐管壁圓周切線方向移動一段距離完成另一根小口徑管道的焊接工作，循環(huán)進(jìn)行，從而完成整個管道形鍋爐管壁的焊接工作；同時又要求這種焊接機(jī)器人在進(jìn)行焊接作業(yè)時，能夠穩(wěn)定的吸附在管道壁上，但是目前焊接機(jī)器人同時具有在管道軸向和周向移動的功能與在管道壁上吸附功能之間沒有能達(dá)到完美結(jié)合，焊接機(jī)器人的管道壁上吸附功能越好，焊接機(jī)器人移動時遇到的阻力就會越大，焊接機(jī)器人的移動性能就越差。·
中國專利申請?zhí)枮?00510086383. X的專利公開了一種非接觸磁吸附輪式爬壁機(jī)器人，包括輪式移動機(jī)構(gòu)和永磁吸附裝置，輪式移動機(jī)構(gòu)包括底盤，安裝在底盤上的驅(qū)動機(jī)構(gòu)、有驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動的驅(qū)動輪。所述驅(qū)動輪對稱布置，采用差動驅(qū)動方式，依靠驅(qū)動輪的差速實(shí)現(xiàn)在導(dǎo)磁壁面上的轉(zhuǎn)向；永磁吸附裝置安裝在所述底盤上，所述永磁吸附裝置安裝和導(dǎo)磁壁面間是非接觸的，磁能利用率高，吸附能力強(qiáng)，這種非接觸磁吸附輪式爬壁機(jī)器人負(fù)載能力強(qiáng)，運(yùn)動靈活性特別是轉(zhuǎn)向靈活性好，但是無法實(shí)現(xiàn)管道形鍋爐管壁焊接工作中要求的具有沿管道形鍋爐管壁圓周切線方向和管道軸線方向雙向移動的功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于管道形鍋爐管壁焊接的爬壁機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)，它能實(shí)現(xiàn)管道形鍋爐管壁焊接過程中要求的能夠在管道形鍋爐管壁圓周切線方向和管道軸線方向雙向移動的功能的同時又具有較高的吸附力，此種吸附力不會對爬壁機(jī)器人行走產(chǎn)生過大的阻力。技術(shù)方案為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的本發(fā)明設(shè)計(jì)一種管道形鍋爐管壁焊接用爬壁機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)，包括軸向行走機(jī)構(gòu)、周向行走機(jī)構(gòu)和磁吸附機(jī)構(gòu)，其特征在于所述軸向行走機(jī)構(gòu)裝在底盤上，周向行走機(jī)構(gòu)裝在底盤兩側(cè)，磁吸附機(jī)構(gòu)3裝在底盤4下方。軸向行走機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動電機(jī)，驅(qū)動電機(jī)裝在底盤上，驅(qū)動電機(jī)輸出軸右側(cè)上通過第一萬向聯(lián)軸器裝有第一軸向行走輪，左側(cè)輸出軸上依次裝有十字連軸器、帶軸承座軸承、第二萬向聯(lián)軸器和第二軸向行走輪，所述帶軸承座軸承固定在底盤上，所述軸向行走機(jī)構(gòu)與提起機(jī)構(gòu)連接，提起機(jī)構(gòu)包括提桿，提桿兩端頭分別裝在靠近第一軸向行走輪和第二軸向行走輪的軸桿內(nèi)側(cè)位置，提桿上裝有絲杠螺母機(jī)構(gòu)，在絲杠螺母機(jī)構(gòu)下方底盤上裝有伺服電機(jī)，伺服電機(jī)和絲杠螺母機(jī)構(gòu)連接。周向行走機(jī)構(gòu)包括履帶式鏈條，履帶式鏈條裝在第一傳動齒輪、第二傳動齒輪和第三傳動齒輪組成的周向傳動組件上，第一傳動齒輪裝在固定于底盤側(cè)壁上的周向驅(qū)動電機(jī)上，第二傳動齒輪和第三傳動齒輪分別裝在底盤下方兩側(cè)的固定桿上，所述履帶式鏈條內(nèi)裝有周向壓緊輪，周向壓緊輪與裝在底盤下方的固定連接桿連接在一起。所述磁吸附機(jī)構(gòu)包括把手、把手裝在底盤上與模塊轉(zhuǎn)軸連接在一起，模塊轉(zhuǎn)軸穿過同步帶輪，同步帶輪裝在同步帶內(nèi)，模塊轉(zhuǎn)軸上裝有磁吸附模塊，同步帶上安裝有磁吸附壓緊輪。軸向行走機(jī)構(gòu)中第一軸向行走輪和第二軸向行走輪轉(zhuǎn)動方向和周向行走機(jī)構(gòu)中履帶式鏈條運(yùn)動方向垂直。 進(jìn)一步，所述提桿受伺服電機(jī)控制可繞自身軸線轉(zhuǎn)動O 45°。進(jìn)一步，所述履帶式鏈條中的鏈條塊包括切向行走輪、切向行走輪20101a裝在走輪軸上，走輪軸兩端依次裝有軸套、推力軸承、滾針軸承和端部檔塊。所述切向行走輪兩端和端部檔塊間間隙在O. 3 O. 6mm ;所述切向行走輪下方左右兩側(cè)分別裝有下?lián)醢?，下?lián)醢迳瞎潭ㄓ袀?cè)鏈片，側(cè)鏈片間通過銷軸和銷軸套連接，滾子套裝在銷軸套上位于側(cè)鏈片之間。進(jìn)一步，所述第一軸向行走輪和第二軸向行走輪采用橡膠或塑性海綿體材料制作。進(jìn)一步,所述磁吸附模塊采用永磁體,永磁體為直徑IOmm,高IOmm的圓柱體,其N、S極沿圓柱體直徑方向分布。進(jìn)一步，所述把手抬起至死點(diǎn)時，磁吸附模塊永磁體N、S極處于水平位置，把手壓下至死點(diǎn)時，磁吸附模塊永磁體N、S極處于豎直位置。有益效果本發(fā)明提供的管道形鍋爐管壁焊接用爬壁機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)同時采用履帶式運(yùn)動機(jī)構(gòu)和輪式運(yùn)動機(jī)構(gòu)，保證機(jī)器人在管道內(nèi)運(yùn)動爬行時不打滑，具有較強(qiáng)的負(fù)載能力，同時磁吸附機(jī)構(gòu)采用雙穩(wěn)態(tài)永磁結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)通磁和斷磁兩種狀態(tài)的切換，避免了阻力過大影響機(jī)器人行走的缺點(diǎn)，增加了爬壁機(jī)器人行走的安全性和靈活性，滿足管道形鍋爐管壁焊接過程中對焊接機(jī)器人在管道形鍋爐管壁圓周切線方向和管道軸線方向雙向移動的功能同時又具有較高吸附力的要求，提高了工作效率，節(jié)約了人力、物力。


附圖I是現(xiàn)有管道形鍋爐管壁結(jié)構(gòu)示意圖。附圖2是本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)示意圖。附圖3是本發(fā)明中軸向行走機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。附圖4是本發(fā)明中周向行走機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。附圖5是本發(fā)明中磁吸附機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖6是本發(fā)明中磁吸附機(jī)構(gòu)中磁吸附模塊安裝結(jié)構(gòu)示意圖。附圖7是本發(fā)明中履帶式鏈條中的鏈條塊結(jié)構(gòu)示意圖。附圖8是本發(fā)明中履帶式鏈條中的鏈條塊爆炸圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。如附圖2所示，一種管道形鍋爐管壁焊接用爬壁機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)，包括軸向行走機(jī)構(gòu)I、周向行走機(jī)構(gòu)2和磁吸附機(jī)構(gòu)3，其中，所述軸向行走機(jī)構(gòu)I裝在底盤4上，周向行走機(jī)構(gòu)2裝在底盤4兩側(cè)，磁吸附機(jī)構(gòu)3裝在底盤4下方?！と绺綀D3所示，所述軸向行走機(jī)構(gòu)I包括驅(qū)動電機(jī)101，驅(qū)動電機(jī)101裝在底盤4上，驅(qū)動電機(jī)101輸出軸右側(cè)上通過第一萬向聯(lián)軸器102裝有第一軸向行走輪103,左側(cè)輸出軸上依次裝有十字連軸器104、帶軸承座軸承105、第二萬向聯(lián)軸器106和第二軸向行走輪107，所述帶軸承座軸承105固定在底盤4上，所述軸向行走機(jī)構(gòu)I與提起機(jī)構(gòu)100連接，提起機(jī)構(gòu)100包括提桿108，提桿108兩端頭分別裝在靠近第一軸向行走輪103和第二軸向行走輪107的軸桿內(nèi)側(cè)位置，提桿108上裝有絲杠螺母機(jī)構(gòu)109，在絲杠螺母機(jī)構(gòu)109下方底盤上裝有伺服電機(jī)1010，伺服電機(jī)1010和絲杠螺母機(jī)構(gòu)109連接；所述提桿108受伺服電機(jī)1010控制可繞自身軸線轉(zhuǎn)動O 45°。所述第一軸向行走輪103和第二軸向行走輪107采用橡膠或塑性海綿體材料制作。如附圖4所示，所述周向行走機(jī)構(gòu)2包括履帶式鏈條201，履帶式鏈條201裝在第一傳動齒輪202、第二傳動齒輪203和第三傳動齒輪204組成的周向傳動組件上，第一傳動齒輪202裝在固定于底盤4側(cè)壁上的周向驅(qū)動電機(jī)205上，第二傳動齒輪203和第三傳動齒輪204分別裝在底盤4下方兩側(cè)的固定桿205上，所述履帶式鏈條201內(nèi)裝有周向壓緊輪206，周向壓緊輪206與裝在底盤4下方的固定連接桿207連接在一起。如附圖5和6所示，所述磁吸附機(jī)構(gòu)3包括把手301、把手301裝在底盤4上與模塊轉(zhuǎn)軸302連接在一起，模塊轉(zhuǎn)軸302穿過同步帶輪303，同步帶輪303裝在同步帶304內(nèi)，模塊轉(zhuǎn)軸302上裝有磁吸附模塊305，磁吸附模塊305采用永磁體，永磁體為直徑10mm，高IOmm的圓柱體,其N、S極沿圓柱體直徑方向分布；所述把手301抬起至死點(diǎn)時,磁吸附模塊305永磁體N、S極處于水平位置,把手301壓下至死點(diǎn)時,磁吸附模塊305永磁體N、S極處于豎直位置。同步帶304上還安裝有磁吸附壓緊輪306，其中，如附圖7和8所示，所述履帶式鏈條201中的鏈條塊20101包括切向行走輪20101a、切向行走輪20101a裝在走輪軸20101b上，走輪軸20101b兩端依次裝有軸套20101c、推力軸承20101d、滾針軸承20101e和端部檔塊20101f，所述切向行走輪20101a兩端和端部檔塊20101f間間隙在O. 3 O. 6mm，所述切向行走輪20101a下方左右兩側(cè)分別裝有下?lián)醢?0101g，下?lián)醢?0101g上固定有側(cè)鏈片20101h，側(cè)鏈片20101h間通過銷軸20101i和銷軸套20101i連接，滾子套裝在銷軸套20101k上位于側(cè)鏈片20101h間之間。所述軸向行走機(jī)構(gòu)I中第一軸向行走輪103和第二軸向行走輪107轉(zhuǎn)動方向和周向行走機(jī)構(gòu)2中履帶式鏈條201運(yùn)動方向垂直。
本發(fā)明的工作過程是當(dāng)進(jìn)行將小口徑管道并排焊接時，軸向行走機(jī)構(gòu)I中驅(qū)動電機(jī)101啟動，帶動第一軸向行走輪103和第二軸向行走輪107沿管道軸向方向行進(jìn)，直至完成小口徑管道的焊接，關(guān)閉驅(qū)動電機(jī)101，然后啟動伺服電機(jī)1010，由于行走輪式用萬向聯(lián)軸器與驅(qū)動電機(jī)相連接101，轉(zhuǎn)軸具備彎折的功能就可以通過絲杠螺母機(jī)構(gòu)109帶動提桿108將第一軸向行走輪103和第二軸向行走輪107抬起，接著啟動周向驅(qū)動電機(jī)205帶動周向傳動組件促使履帶式鏈條201沿管壁周向移動一段距離，可以開始接下來的小口徑管道并排焊接，避免了周向行走時，軸向行走機(jī)構(gòu)I對其產(chǎn)生阻力和干涉。當(dāng)需要磁吸附力時，抬起把手301使磁吸附模塊305永磁體的N、S極水平分布，磁吸附機(jī)構(gòu)3產(chǎn)生磁吸附力，當(dāng)不需要磁吸附力時壓下把手301使磁吸附模塊305永磁體的N、S極垂直分布,磁吸附力減弱。本發(fā)明提供的管道形鍋爐管壁焊接用爬壁機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)同時采用履帶式運(yùn)動機(jī)構(gòu)和輪式運(yùn)動機(jī)構(gòu)，保證機(jī)器人在管道內(nèi)運(yùn)動爬行時不打滑，具有較強(qiáng)的負(fù)載能力，同時磁吸附機(jī)構(gòu)采用雙穩(wěn)態(tài)永磁結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)通磁和斷磁兩種狀態(tài)的切換，這種磁力的變化是逐步的，可調(diào)節(jié)的，和整個機(jī)構(gòu)在軸向運(yùn)動時所要克服的阻力成正比，避免了阻力過大影響機(jī) 器人行走的缺點(diǎn)，增加了爬壁機(jī)器人行走的安全性和靈活性，滿足管道形鍋爐管壁焊接過程中對焊接機(jī)器人在管道形鍋爐管壁圓周切線方向和管道軸線方向雙向移動的功能同時又具有較高吸附力的要求，提高了工作效率，節(jié)約了人力、物力。
權(quán)利要求
1.一種管道形鍋爐管壁焊接用爬壁機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)，包括軸向行走機(jī)構(gòu)(I)、周向行走機(jī)構(gòu)(2)和磁吸附機(jī)構(gòu)(3)，其特征在于所述軸向行走機(jī)構(gòu)(I)裝在底盤(4)上，周向行走機(jī)構(gòu)(2)裝在底盤(4)兩側(cè)，磁吸附機(jī)構(gòu)(3)裝在底盤(4)下方；所述軸向行走機(jī)構(gòu)(I)包括驅(qū)動電機(jī)(101)，驅(qū)動電機(jī)(101)裝在底盤(4)上，驅(qū)動電機(jī)(101)輸出軸右側(cè)上通過第一萬向聯(lián)軸器(102)裝有第一軸向行走輪(103),左側(cè)輸出軸上依次裝有十字連軸器(104)、帶軸承座軸承(105)、第二萬向聯(lián)軸器(106)和第二軸向行走輪(107)，所述帶軸承座軸承(105)固定在底盤(4)上，所述軸向行走機(jī)構(gòu)(I)與提起機(jī)構(gòu)(100)連接，提起機(jī)構(gòu)(100)包括提桿(108)，提桿(108)兩端頭分別裝在靠近第一軸向行走輪(103)和第二軸向行走輪(107)的軸桿內(nèi)側(cè)位置，提桿(108)上裝有絲杠螺母機(jī)構(gòu)(109)，在絲杠螺母機(jī)構(gòu)(109)下方底盤上裝有伺服電機(jī)(1010)，伺服電機(jī)(1010)和絲杠螺母機(jī)構(gòu)(109)連接；所述周向行走機(jī)構(gòu)(2)包括履帶式鏈條(201)，履帶式鏈條(201)裝在第一傳動齒輪(202)、第二傳動齒輪(203)和第三傳動齒輪(204)組成的周向傳動組件上，第一傳動齒輪(202)裝在固定于底盤(4)側(cè)壁上的周向驅(qū)動電機(jī)(205)上，第二傳動齒輪(203)和第三傳動齒輪(204)分別裝在底盤(4)下方兩側(cè)的固定桿(205)上，所述履帶式鏈條(201)內(nèi)裝有周向壓緊輪(206)，周向壓緊輪(206)與裝在底盤(4)下方的固定連接桿(207)連接在一起;所述磁吸附機(jī)構(gòu)(3)包括把手(301)、把手(301)裝在底盤(4)上與模塊轉(zhuǎn)軸(302)連接在一起，模塊轉(zhuǎn)軸(302)穿過同步帶輪(303)，同步帶輪(303)裝在同步帶(304)內(nèi)，模塊轉(zhuǎn)軸(302)上裝有磁吸附模塊(305)，同步帶(304)上安裝有磁吸附壓緊輪(306)；所述軸向行走機(jī)構(gòu)(I)中第一軸向行走輪(103)和第二軸向行走輪(107)轉(zhuǎn)動方向和周向行走機(jī)構(gòu)(2)中履帶式鏈條(201)運(yùn)動方向垂直。
2.如權(quán)利要求I所述的一種管道形鍋爐管壁焊接用爬壁機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)，其特征在于所述提桿(108)受伺服電機(jī)(1010)控制可繞自身軸線轉(zhuǎn)動O 45°。
3.如權(quán)利要求I所述的一種管道形鍋爐管壁焊接用爬壁機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)，其特征在于所述履帶式鏈條(201)中的鏈條塊(20101)包括切向行走輪(20101a)、切向行走輪(20101a)裝在走輪軸(20101b)上，走輪軸(20101b)兩端依次裝有軸套(20101c)、推力軸承(20101d)、滾針軸承(20101e)和端部檔塊(20101f)；所述切向行走輪(20101a)兩端和端部檔塊(20101f)間間隙在O. 3 O. 6mm ;所述切向行走輪(20101a)下方左右兩側(cè)分別裝有下?lián)醢?20101g)，下?lián)醢?20101g)上固定有側(cè)鏈片(20101h)，側(cè)鏈片(20101h)間通過銷軸(20101 )和銷軸套(20101J)連接，滾子套裝在銷軸套(20101k)上位于側(cè)鏈片(2010Ih)之間。
4.如權(quán)利要求I所述的一種管道形鍋爐管壁焊接用爬壁機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)，其特征在于所述第一軸向行走輪(103)和第二軸向行走輪(107)采用橡膠或塑性海綿體材料制作。
5.如權(quán)利要求I所述的一種管道形鍋爐管壁焊接用爬壁機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)，其特征在于所述磁吸附模塊(305)采用永磁體,永磁體為直徑IOmm,高IOmm的圓柱體,其N、S極沿圓柱體直徑方向分布。
6.如權(quán)利要求5所述的一種管道形鍋爐管壁焊接用爬壁機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)，其特征在于所述把手(301)抬起至死點(diǎn)時，磁吸附模塊(305)永磁體N、S極處于水平位置，把手( 301)壓下至死點(diǎn)時，磁吸附模塊(305)永磁體N、S極處于豎直位置。
全文摘要
一種管道形鍋爐管壁焊接用爬壁機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)，包括軸向行走機(jī)構(gòu)、周向行走機(jī)構(gòu)和磁吸附機(jī)構(gòu)，其特征在于所述軸向行走機(jī)構(gòu)裝在底盤上，周向行走機(jī)構(gòu)裝在底盤兩側(cè)，磁吸附機(jī)構(gòu)裝在底盤下方；本發(fā)明采用履帶式運(yùn)動機(jī)構(gòu)和輪式運(yùn)動機(jī)構(gòu)具有較強(qiáng)的負(fù)載能力，同時磁吸附機(jī)構(gòu)采用雙穩(wěn)態(tài)永磁結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)通磁和斷磁兩種狀態(tài)的切換，磁力的變化是逐步可調(diào)的，和整個機(jī)構(gòu)在軸向運(yùn)動時所要克服的阻力成正比，避免了阻力過大影響機(jī)器人行走的缺點(diǎn)，增加了爬壁機(jī)器人行走的安全性和靈活性，滿足管道形鍋爐管壁焊接過程中對焊接機(jī)器人在管道形鍋爐管壁圓周切線方向和管道軸線方向雙向移動的同時又具有較高吸附力的要求，提高了工作效率，節(jié)約了人力、物力。
文檔編號B23K37/02GK102923205SQ20121037873
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月8日
發(fā)明者杭魯濱, 蔡麗君, 茅健, 魏炳方, 黃江偉 申請人:上海工程技術(shù)大學(xué)