一种磁吸爬壁机器人的制作方法

本实用新型涉及机器人技术领域，尤其涉及一种磁吸爬壁机器人。

背景技术：

磁吸爬壁机器人在高空焊接、清洗作业中具有广泛的应用，其原理为借助磁性吸附力使得其主体附着在磁性壁面上，然后在行走组件的驱动下实现在磁性壁面上的行走。同时，配合清洗机构、焊接机构等作业机构完成特殊高空作业。

现有的磁吸爬壁机器人的吸附方式主要为永磁吸附、电磁吸附。其中，永磁吸附以吸附力大、结构简单可靠取得了广泛应用。但永磁吸附的吸附力不可调整，导致爬壁机器人在复杂磁性壁面上承受较大负载导致行走阻力较大。而电磁吸附的爬行机器人则实现了吸附力大小的灵活可控，因此该类机器人具有更为广泛的通用性。但是，其依然存在较多问题，主要体现在：对应焊接类机器人而言，在实际爬行焊接过程中，磁性壁面不同位置的温度存在很大差异，而磁性壁面温度过高，很容易导致永磁吸附力、电磁吸附力降低，进而存在磁吸爬壁机器人从磁性壁面上掉落摔坏的风险。

因此，亟需提出一种磁吸爬壁机器人，能够解决以上问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提出一种磁吸爬壁机器人，能够解决因磁性壁面温度过高导致吸附力降低，导致可能从磁性壁面上掉落摔坏的问题，其能够稳定的吸附于磁性壁面上，不易脱落。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种磁吸爬壁机器人，包括：

车架；

电磁吸附组件，设置于所述车架上；

行走组件，设置于所述车架上，用于驱动所述车架行走；

温度传感器，设置于所述车架上，所述温度传感器用于检测所述电磁吸附组件吸引的磁性壁面的温度；

控制组件，与所述温度传感器信号连接且与所述电磁吸附组件控制连接，所述控制组件被配置为根据所述温度传感器反馈的温度信号，控制所述电磁吸附组件的电磁吸附力，以用于电磁吸引所述磁性壁面。

可选地，所述磁吸爬壁机器人还包括：

永磁吸附组件，设置于所述车架或所述行走组件上，用于永磁吸引所述磁性壁面。

可选地，n个所述电磁吸附组件间隔分布于所述车架的底端，且n个所述温度传感器分别用于检测各所述电磁吸附组件吸引的所述磁性壁面的不同位置的温度，n≥2；

其中，所述控制组件被配置为根据各所述温度传感器反馈的温度信号，分别控制各所述电磁吸附组件的电磁吸附力。

可选地，所述磁吸爬壁机器人还包括：

姿态传感器，设置于所述车架上且与所述控制组件信号连接，所述姿态传感器用于检测所述车架的姿态；

其中，所述控制组件还被配置为根据所述姿态传感器反馈的姿态信号以及各所述温度传感器反馈的温度信号，分别控制各所述电磁吸附组件的电磁吸附力。

可选地，所述电磁吸附组件包括：

连接架，设置于所述车架的底端；

电磁壳体，可拆卸地设置于所述连接架上；

电磁体，设置于所述电磁壳体内。

可选地，所述电磁壳体包括：

主壳体，设置于所述连接架上，所述电磁体装配于所述主壳体内；

摩擦端盖，可拆卸地盖设于所述主壳体远离所述连接架的一端上，以使所述摩擦端盖的外端面朝向所述磁性壁面。

可选地，所述主壳体上开设有安装槽，所述电磁体装配于所述安装槽内，所述电磁壳体还包括槽盖，所述槽盖盖设于所述安装槽的槽口上。

可选地，所述电磁吸附组件上设置有滚动件，所述电磁吸附组件能够通过所述滚动件滚动接触所述磁性壁面。

可选地，所述电磁吸附组件上设置有至少两个所述滚动件，至少两个所述滚动件分布于所述电磁吸附组件的周侧。

可选地，所述滚动件为万向球或万向轮。

本实用新型的有益效果：

不同于现有的磁吸爬壁机器人，本实用新型的磁吸爬壁机器人包括电磁吸附组件、温度传感器、控制组件；温度传感器设于车架上，用于检测磁性壁面的温度；控制组件与温度传感器信号连接且与电磁吸附组件控制连接，其控制组件根据温度传感器反馈的温度信号，灵活控制调整电磁吸附组件的电磁吸附力，以保持充足的电磁吸附力，用于电磁吸引磁性壁面，进而解决了因磁性壁面温度过高导致吸附力降低，导致可能从磁性壁面上掉落摔坏的问题，其能够稳定的吸附于磁性壁面上，不易脱落。

附图说明

图1是本实用新型提供的磁吸爬壁机器人的车架位置处的结构示意图；

图2是图1中a处的局部放大图；

图3是本实用新型提供的磁吸爬壁机器人的控制组件与温度传感器及姿态传感器的电路连接关系示意图。

图中：

x-车架的长度方向；

1-车架；2-电磁吸附组件；21-连接架；22-电磁壳体；221-主壳体；222-摩擦端盖；223-槽盖；3-滚动件；4-行走组件；41-驱动履带；5-永磁吸附组件；51-永磁单体；6-温度传感器；7-控制组件；8-姿态传感器。

具体实施方式

为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

如图1-3所示，本实施例提出了一种磁吸爬壁机器人以及基于该磁吸爬壁机器人的吸附控制方法，尤其是指应用于焊接领域的焊接类磁吸爬壁机器人。其中，磁吸爬壁机器人包括车架1、n个电磁吸附组件2、滚动件3、行走组件4、永磁吸附组件5、n个温度传感器6、控制组件7和姿态传感器8，n≥2，图中x表示车架1的长度方向。电磁吸附组件2设置于车架1上，电磁吸附组件2用于电磁吸引磁性壁面(图中未示出)，电磁吸附组件2上设置有滚动件3，各电磁吸附组件2能够通过滚动件3滚动接触磁性壁面。行走组件4设置于车架1上，行走组件4用于驱动车架1行走。永磁吸附组件5设置于车架1或行走组件4上。本实施例中，永磁吸附组件5设置于行走组件4上。永磁吸附组件5用于永磁吸引磁性壁面，进而通过永磁吸附组件5吸引磁性壁面，来为车架1附着在磁性壁面上提供基础的吸附力；各温度传感器6(图1-2中未示出)设置于车架1上，温度传感器6用于检测电磁吸附组件2吸引的磁性壁面的温度；控制组件7与各温度传感器6信号连接且与各电磁吸附组件2控制连接；此外，姿态传感器8设置于车架1上且与控制组件7信号连接，姿态传感器8用于检测车架1的姿态；控制组件7被配置为根据姿态传感器8反馈的姿态信号以及各温度传感器6反馈的温度信号，分别控制各电磁吸附组件2的电磁吸附力，其通过电磁吸附组件2提供电磁吸附力，电磁吸附组件2的吸附力灵活可调，能够保证车架1稳定的附着在磁性壁面上。且本实施例的磁吸爬壁机器人通过永磁吸附和电磁吸附相配合，使车架1能够附着在磁性壁面上，使用稳定性高且更加节能；同时，电磁吸附组件2通过滚动件3滚动接触磁性壁面，减少了电磁吸附组件2与磁性壁面之间的过度摩擦，进而提高电磁吸附组件2的使用寿命，且滚动接触阻力小，便于行动。

需要说明的是，由常规技术可知，永磁吸附组件5的永磁吸附力在一定温度区间范围内，会随温度的升高而降低(该过程可逆)；而温度升高一般也会导致电磁吸附组件2的内部电阻升高，进而导致电磁吸附组件2的吸附力降低，吸附一旦不稳，磁吸爬壁机器人便存在脱离摔坏的风险，甚至造成安全事故。因此，工作环境的温度情况直接影响磁吸爬壁机器人的吸附稳定性以及安全性。

而为了解决该问题，不同于现有的磁吸爬壁机器人，本实施例的磁吸爬壁机器人巧妙的增设了温度传感器6，且温度传感器6、控制组件7以及电磁吸附组件2能够协同配合灵活控制电磁吸附组件2的吸附力。具体的，控制组件7根据温度传感器6反馈的温度信号，灵活控制调整各电磁吸附组件2的电磁吸附力，以保持充足的电磁吸附力，用于电磁吸引磁性壁面，进而解决了因磁性壁面温度过高导致吸附力降低，导致可能从磁性壁面上掉落摔坏的问题，其能够稳定的吸附于磁性壁面上，不易脱落。

此外，更具体而言，对于不同温度对永磁吸附组件5和电磁吸附组件2的磁性吸附力的影响大小，可以通过实际试验测试获得，进而做出温度磁力经验曲线，然后结合试验结果确定不同温度下电磁吸附组件2的目标工作电流，通过调整电磁吸附组件2的实际的工作电流的方式来保证磁吸爬壁机器人整体吸附力的充足合理，最终表现为温度升高则提升工作电流，具体不再赘述。

需要说明的是，温度传感器6为现有的红外温度传感器，采用非接触的方式直接快速的完成对磁性壁面的温度的检测，具体不再赘述。

同样的，本实施例中的控制组件7为单片机，单片机(single-chipmicrocomputer)是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器cpu、随机存储器ram、只读存储器rom、多种i/o口和中断系统、定时器/计数器等功能可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、a/d转换器等电路集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域广泛应用，其集成度高、存储容量大、外部扩展能力强且控制功能强。在其它实施例中，也可以使用现有的plc控制器或者工控机。其中，可编程逻辑控制器(programmablelogiccontroller)，简称plc，为一种具有微处理机的数字电子设备，用于自动化控制的数字逻辑控制器，可以将控制指令随时加载内存内储存与执行。可编程控制器由内部cpu，指令及资料内存、输入输出单元、电源模组、数字模拟等单元所模组化组合成。工控机即工业控制计算机，具体不再赘述。

而姿态传感器8则是基于mems技术的高性能三维运动姿态测量系统。它包含三轴陀螺仪、三轴加速度计，三轴电子罗盘等运动传感器，通过内嵌的低功耗arm处理器得到经过温度补偿的三维姿态与方位等数据。利用基于四元数的三维算法和特殊数据融合技术，实时输出以四元数、欧拉角表示的零漂移三维姿态方位数据。lpms系列和iahrs-m0姿态传感器可广泛嵌入到航模无人机，机器人，机械云台，车辆船舶，地面及水下设备，虚拟现实，人体运动分析等需要自主测量三维姿态与方位的产品设备中。本实施例中的姿态传感器8可以检测车架1在磁性壁面上的倾斜布置方向，并将姿态信号发送给控制组件7，控制组件7根据车架1在磁性壁面上的姿态，着重提高相对位于上方位置的电磁吸附组件2的吸附力，进而提高车架1在磁性壁面上的稳定性。

具体而言，例如，如图1-3所示，电磁吸附组件2共有六个，六个电磁吸附组件2分成垂直于车架1的宽度方向的两列，每一列设三个电磁吸附组件2，每一列的三个电磁吸附组件2沿长度方向并排间隔设置。当磁性爬行机器人在磁性壁面上行走时，若车架1的长度方向沿竖直方向延伸，控制组件7调控各电磁吸附组件2的吸附力由下方向上方的方向逐个增大；若车架1的长度方向沿水平方向延伸时，则控制组件7调控使得位于最上方的三个电磁吸附组件2的吸附力大于位于下方的三个电磁吸附组件2的吸附力，进而实现根据在磁性壁面上的姿态来灵活调整不同电磁吸附组件2的吸附力，吸附更加稳定，磁性功耗更加合理。可以想到的是，本实施例中的电磁吸附组件2的数量为六个，在其它实施例中，也可以为两个、三个、四个、五个、七个或者更多个，电磁吸附组件2间隔分置于车架1的底端的不同位置即可。

本实施例通过电磁吸附组件2、温度传感器6、控制组件7以及姿态传感器8协同配合，控制组件7先通过姿态传感器8确定车架1的姿态，然后控制组件7根据前述方式初步设定各电磁吸附组件2的吸附力，再然后根据温度传感器6反馈的温度信号灵活控制各电磁吸附组件2的吸附力，提高温度较高的磁性壁面对应的电磁吸附组件2的工作电流，合理降低温度较低的磁性壁面对应的电磁吸附组件2的工作电流，即保证了吸附的稳定性，防止其发生脱离事故，也实现了电磁吸附功耗的合理调控分配。在其它实施例中，也可以只提高温度较高的磁性壁面对应的电磁吸附组件2的工作电流，不降低温度较低的磁性壁面对应的电磁吸附组件2的工作电流；同样，可以想到的是，控制组件7也可以同时根据姿态传感器8发送的姿态信号以及各温度传感器6反馈的温度信号，分别控制各电磁吸附组件2的工作电流，或者同步调控电磁吸附组件2的工作电流；亦或者，电磁吸附组件2起始具备初始设定工作电流，先根据各温度传感器6反馈的温度信号调整各电磁吸附组件2的工作电流，以对应相应的电磁吸附力，再根据姿态传感器8发送的姿态信号调整各电磁吸附组件2的工作电流，最终达到对电磁吸附力的控制，进而能够达到基本相同的技术效果。

可以想到的是，在其它实施例中，也可以不设置姿态传感器8，即只通过电磁吸附组件2、温度传感器6和控制组件7三者的协同配合来实现对电磁吸附组件2的吸附力的控制，控制组件7根据各温度传感器6反馈的温度信号，控制各电磁吸附组件2的电磁吸附力，以用于电磁吸引磁性壁面，而不再考虑车架1的姿态对磁吸爬壁机器人在磁性壁面上吸附稳定性的影响。此时，电磁吸附组件2及温度传感器6的数量也可以只设计一个，也能够达到根据磁性壁面温度状况灵活调整电磁吸附组件2的电磁吸附力，进而稳定的吸附在磁性壁面上的技术效果。

而且，本实施例中，采用的是电磁吸附和永磁吸附相互配合的吸附方式实现吸附附着，其能够通过永磁吸附提供基础吸附力，再通过电磁吸附进一步增强吸附力，能够大大降低电磁吸附功耗。在其它实施例中，根据实际工作需要，也可以只使用电磁吸附组件2的电磁吸附方式，取消设置永磁吸附组件5。

而对于电磁吸附组件2的具体结构，如图1-2所示，电磁吸附组件2包括连接架21、电磁壳体22和电磁体(图中未示出)。连接架21通过连接轴(图中未标示)连接于车架1的底端，滚动件3设置于连接架21上，具体的，滚动件3通过螺栓可拆卸地紧固连接在连接架21上，装卸方便，便于维护。电磁壳体22可拆卸地设置于连接架21上，具体通过插销插接固定在连接架21上，进而可以实现对电磁壳体22的单独更换维护。电磁体设置于电磁壳体22内，电磁体通电后用于吸引磁性壁面。

此外，电磁壳体22摩擦损坏后，往往需要进行整体更换，因此维护成本依然较高。进一步地，如图1-2所示，本实施例中，电磁壳体22包括主壳体221和摩擦端盖222。主壳体221设置于连接架21上，电磁体装配于主壳体221内。更具体而言，主壳体221上开设有安装槽(图中未示出)，电磁体装配于安装槽内，电磁壳体22还包括槽盖223，槽盖223盖设于安装槽的槽口上，进而可以通过槽盖223把电磁体封装在主壳体221内。摩擦端盖222可拆卸地盖设于主壳体221远离连接架21的一端上，以使摩擦端盖222的外端面朝向磁性壁面，进而通过单独设置摩擦端盖222，实现对摩擦端盖222的单独更换维护，不需要同步更换主壳体221，维护成本更低。进一步地，本实施例的摩擦端盖222采用耐磨钢材材质，耐磨度高，不易损坏，使用寿命更高。

此外，具体而言，电磁体为现有的电磁体结构，其包括电磁铁芯、缠绕于电磁铁芯上的电磁线圈等元件，电磁线圈电连接与外部控制电源，通过改变电流大小便可以实现对电磁吸附力的改变。由于电磁体以及外部控制电源的结构均为现有结构，故不再对其进行赘述。

进一步地，如图1-2所示，电磁吸附组件2上设置有两个滚动件3，两个滚动件3分布于电磁吸附组件2的两侧。当两个滚动件3滚动抵靠在磁性壁面上时，能够使得位于两个滚动件3之间的电磁壳体22的摩擦端盖222处于相对悬空状态，进而尽量减少摩擦端盖222与磁性壁面之间的摩擦，有利于提高摩擦端盖222的使用寿命。可以想到的是，在其它实施例中，滚动件3的数量也可以为一个、三个、四个甚至更多个。

进一步地，如图1-2所示，本实施例中，滚动件3为万向球。万向球可以沿任一方向滚动，进而可以降低磁吸爬壁机器人在磁性壁面上运行时滚动件3与磁性壁面之间的阻力，运行更加轻松。可以想到的是，在其它实施例中，滚动件3也可以为万向轮。

进一步地，如图1-2所示，行走组件4为履带式行走组件，履带式行走组件包括两条驱动履带41，永磁吸附组件5包括多个永磁单体51，两条驱动履带41上分别设置有多个永磁单体51，本实施例的永磁单体51分别可拆卸地装配在驱动履带41上，因此可以对各永磁单体51进行单独装卸更换，维护灵活。具体而言，如图1-2所示，永磁单体51包括永磁壳体和永磁体(图中未标示)。永磁壳体可拆卸地连接于驱动履带41上，永磁体可拆卸地装配于永磁壳体内。更具体地，永磁壳体通过螺栓紧固件固定连接于驱动履带41上。永磁壳体包括永磁壳体主体和永磁盖板(图中未标示)，永磁壳体容纳于永磁壳体主体内，永磁盖板通过紧固螺栓紧固连接于永磁壳体主体的开口上，进而可以便捷的实现对永磁壳体以及永磁体的单独拆装以及更换，维护成本低。

为了更为清楚的了解本实施例的基于该磁吸爬壁机器人的吸附控制方法，具体而言，当不装配姿态传感器8时，其包括以下步骤：

步骤s1：检测电磁吸附组件2吸引的磁性壁面的温度情况；即通过温度传感器6检测电磁吸附组件2吸引的磁性壁面的温度，并将温度信号发送给控制组件7。

步骤s2：判断电磁吸附组件2吸引的磁性壁面的温度情况，并根据电磁吸附组件2吸引的磁性壁面的温度情况，控制电磁吸附组件2的电磁吸附力，以用于电磁吸引磁性壁面；即通过控制组件7将获得的温度传感器6的温度信号和通过实际试验测试做出的温度磁力经验曲线进行比对，确定目标工作电流，当实际工作电流小于目标工作电流，则提升工作电流，当实际工作电流大于目标工作电流，则降低工作电流，进而实现对电磁吸附力的动态控制，避免温度对磁吸爬壁机器人在磁性壁面上吸附稳定性的影响。整个调整过程最终表现为：若磁性壁面的温度升高，则控制组件7提升电磁吸附组件2的工作电流；若磁性壁面的温度降低，则控制组件7适当降低电磁吸附组件2的工作电流。

进一步的，在不装配姿态传感器8时，可以设计n个电磁吸附组件2沿车架1的长度方向间隔布置于车架1的底端，并通过n个温度传感器6分别用于检测各电磁吸附组件2吸引的磁性壁面的不同位置的温度，n≥2，本实施例中n等于6，则其步骤s2的具体控制方式可以为：

分别判断各电磁吸附组件2吸引的磁性壁面的不同位置的温度情况；

通过控制组件7控制提升吸附于磁性壁面的温度升高位置处的电磁吸附组件2的工作电流，并通过控制组件7控制降低吸附于磁性壁面的温度下降位置处的电磁吸附组件2的工作电流。

当采用多个电磁吸附组件2时，可以通过多个温度传感器6对各电磁吸附组件2对应吸附的磁性壁面的不同位置的温度进行单独检测，并通过控制组件7分别进行单独控制，因此调整控制更加精准灵活。

进一步地，当设计设计姿态传感器8且具有如上的n个电磁吸附组件2和n个温度传感器6，本实施例中，n为6，则基于该磁吸爬壁机器人的吸附控制方法还可以包括以下步骤：

检测车架1在磁性壁面上的姿态；

判断车架1在磁性壁面上的姿态，并根据车架1在磁性壁面上的姿态，控制电磁吸附力，以用于电磁吸引磁性壁面；具体过程如前文所述，此处不再进行赘述。

即其通过进一步增加对车架1的姿态判断，并通过对车架1的姿态判断，来调整控制各电磁吸附组件2的电磁吸附力。例如，当磁性爬行机器人在磁性壁面上行走时，若车架1的长度方向沿竖直方向延伸，控制组件7调控各电磁吸附组件2的吸附力由下方向上方的方向逐个增大；若车架1的长度方向沿水平方向延伸时，则控制组件7调控使得位于最上方的三个电磁吸附组件2的吸附力大于位于下方的三个电磁吸附组件2的吸附力，进而实现根据在磁性壁面上的姿态来灵活调整不同电磁吸附组件2的吸附力，吸附更加稳定，磁性功耗更加合理。

同时，需要说明的是，在通过对车架1的姿态判断调整各电磁吸附组件2的电磁吸附力的步骤之前、之后或者同步过程中，可以通过控制组件7根据温度传感器6反馈的温度信号，控制电磁吸附组件2的工作电流(即控制电磁吸附力)，最终实现稳定吸附。本实施例中，通过对车架1的姿态判断调整各电磁吸附组件2的电磁吸附力的步骤位于通过控制组件7根据温度传感器6反馈的温度信号控制电磁吸附组件2的电磁吸附力的步骤之前。

以上内容仅为本实用新型的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。