爬壁式抛丸机器人的制作方法

本发明涉及钢结构表面抛丸处理技术领域，具体涉及一种爬壁式抛丸机器人。

背景技术：

目前，针对如大型船舰、大型石油储罐等类平面的立面抛丸处理作业，通常是通过可在立面上攀爬或行走的抛丸机构来进行。现有技术中如申请号为201910469670.0的中国发明专利公开了一种垂直抛丸机，它主要包括行走机构和抛丸机构，其中行走机构为磁吸行走机构，安装在抛丸机构两侧，所述抛丸机构包括抛丸器、反射通道和分离器，其中抛丸器包括进丸管和出丸管，分离器包括进料口和下部的出料口，反射通道为v型通道，包括入射口、反射口、出射口；所述抛丸器的进丸管连接分离器的下料口，反射通道的入射口和出射口分别连接出丸管和进料口，反射通道的反射口对着加工面。

上述方案主要是通过磁吸行走机构活动吸附在立面上并带动抛丸机构行进，对路经的钢结构表面进行抛丸处理；虽然该垂直抛丸机实现了立面抛丸处理，但是该垂直抛丸机只能针对一些简单的工况进行抛丸处理，如钢结构表面平坦或者待处理表面竖直高度较高的工况，采用该垂直抛丸机可以沿钢结构表面竖直方向进行多次立面加工，最终完成其整个表面的抛丸处理。

在现实处理环境中，待加工的钢结构表面上工况较为复杂，如大型石油储罐外壁表面或者船舰内壁表面常常会加工焊接有多道加强筋，环面方向的加强筋、竖直面方向的加强筋或者一些交叉的加强筋，这些加工筋的分布在钢结构表面组合成了多种复杂的工况，此外也会遇到一些狭窄的通道(宽为450mm以下的通道)，这就要求带有行走机构的抛丸机不仅能在立面上前行，还要在遇到障碍(加强筋、窄通道)时穿过障碍或者避开绕过障碍，一方面需要在带有行走机构的抛丸机上增加导航功能或者远程控制功能，让行走机构可以根据实际工况选择合适的抛丸走行路径来避开障碍；另一方面需要保证整机宽度满足通过狭窄通道的要求，为了实现相应导航或控制功能，后会在整机上增加相应硬件结构，从而导致整机重量加重，不得不将磁吸行走机构进行改进，增加磁吸结构的数量，从而扩宽了整个底盘的宽度，无法通过狭窄通道，使得整机只能进行一些简单工况的表面处理。

针对上述无法适应钢结构立表面不同复杂工况下进行抛丸处理的缺陷，一直是国内技术突破瓶颈的关键所在，不仅需要考虑自重增大后底盘吸力不够，存在倾坠风险；同时集成了一些电器元件后会使上部分机身宽于底盘，不便于通过一些狭窄通道；还要考虑底盘在增磁扩宽后无法通过一些狭窄缺口，导致加工作业不顺利或者增加了加工处理难度或周期，此外，底盘增磁扩宽后使得底盘对钢结构表面吸附力更大，导致转向更加困难，适当减小底盘的磁吸力，又会出现转向时磁力不够而导致出现倾坠的可能，因此，如何保证在整机高集成度的前提下，能够通过狭窄通道，还能在转向时保持较好的稳定性是目前国内技术需要突破的地方。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种爬壁式抛丸机器人，能够保证在整机高集成度的前提下，能够通过狭窄通道，还能在转向时保持较好的稳定性，满足国内外钢结构表面复杂工况的立面抛丸处理的需求。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：爬壁式抛丸机器人，包括履带式磁吸行走机构和抛丸机构，履带式磁吸行走机构包括底盘行走总成以及安装在底盘行走总成两侧的磁吸同步履带组件，底盘行走总成上设置有装配口，所述抛丸机构安装在底盘行走总成上的装配口处并用于立面抛丸处理，所述底盘行走总成上设置有用于集成电器元件的安装槽，安装槽绕抛丸机构周向布置且位于磁吸同步履带组件的上方，所述底盘行走总成的前后两侧中的至少一侧安装有助力吸附机构。

进一步地，所述安装槽包括中槽段以及连接在中槽段两侧的侧槽段，所述中槽段位于底盘行走总成的正上方，两侧的侧槽段分别位于两侧磁吸同步履带组件的正上方。

进一步地，所述中槽段两端分别与两侧的侧槽段相互连通，且中槽段的槽面为沉降面，中槽段与其两侧的侧槽段绕抛丸机构的抛丸电机水平周向分布。

进一步地，所述安装槽的侧壁上加工有至少一个散热孔，安装槽上密封有防尘盖，防尘盖包括安装槽密封部和抛丸机构密封部，所述安装槽密封部与安装槽的槽口形状适配并用于活动密封安装槽的槽口，所述抛丸机构密封部连接在安装槽密封部一侧并用于遮盖抛丸机构的回料仓。

进一步地，所述底盘行走总成的装配口处安装有减重支撑网板，减重支撑网板上开有用于抛丸机构冲击仓穿过的通孔。

进一步地，所述助力吸附机构包括连接基板、吸附基板以及至少一组连接件，连接基板与底盘行走总成固定连接，吸附基板下表面设置有多个吸附磁铁，至少一组连接件连接在吸附基板与连接基板之间并用于实现吸附基板相对连接基板转动。

进一步地，所述连接件包括上连接板和至少一块下连接板，上连接板一端与连接基板铰接，且上连接板上加工有与下连接板数量相等的过孔，每个过孔内均穿插有锁紧螺杆，至少一块下连接板竖直固定在吸附基板上表面，每块下连接板上均加工有条形孔，且每块下连接板上的条形孔与上连接板上对应位置的过孔正对并通过锁紧螺杆串接，锁紧螺杆一端配合有限位螺母。

进一步地，所述吸附基板下表面设置有多块隔板，相邻隔板之间形成与吸附磁铁形状适配的安装间隙，单个吸附磁铁设置在单个安装间隙内。

进一步地，多块隔板均匀排列在吸附基板下表面，且隔板一侧成型有插接凸起，所述吸附基板上加工有多个插接孔，所述隔板通过插接凸起插入至插孔内与吸附基板之间实现活动插接，所述吸附磁铁通过螺栓可拆卸地固定在相邻隔板之间的吸附基板下表面上。

进一步地，所述吸附基板下表面可拆卸地安装有多个助力滑动件，助力滑动件底部低于吸附磁铁下表面1～8mm。

进一步地，所述助力滑动件为万向滚珠轴承。

进一步地，所述吸附基板的至少一边侧安装有防护板。

进一步地，所述吸附基板上加工有至少一个螺纹孔，螺纹孔内配合有起撑螺杆。

进一步地，所述底盘行走总成下表面设置有用于收集少量泄漏钢丸的收集机构。

进一步地，所述收集机构包括收集板以及位于收集板两侧的侧翼板，两侧的侧翼板分别固定在底盘行走总成行走方向的下表面两侧并用于防止钢丸被吸附在磁吸同步履带组件上，所述收集板可拆卸地固定在底盘行走总成下表面上，且收集板上加工有至少一条分别与两侧侧翼板接通的收集槽。

进一步地，所述收集槽两条，两条收集槽一端分别与两侧的侧翼板接通，所述收集机构还包括尾翼磁吸板，尾翼磁吸板与两条收集槽另一端接通。

本发明具有的有益效果是：

1、通过将用于集成电器元件的安装槽设置在磁吸同步履带组件的上方，安装槽的u型或者c型形状不仅能很好的利用磁吸履带上方的空间，使整体在特定宽度要求下，将相应电器元件集成在安装槽内，避免目前现有技术中因为电器元件安放的位置不规整而引起整体上部分宽于底盘宽度而无法通过一些狭窄通道，而且安装槽还能将抛丸机构整体包覆，一方面利于走线，另一方面隔断通电机构并防止其造成一定磁干扰；

2、通过将安装槽固定在底盘行走总成上，不仅有利于提高安装槽整体的稳定性，还能使设置在其上的防尘盖更好地贴合抛丸机构，在高集成度的前提下为抛丸机构形成一定遮挡防护；

3、通过在底盘行走总成前后两侧安装有助力吸附机构，不仅没有在拓宽底盘的前提下增加了整个底盘的吸附力，为整机通过狭窄通道或缺口提供了结构性条件，而且整机在转向时，助力吸附机构提供了一层稳定吸附力的保障，大大减小了整机倾坠的风险，并且由于在前后两侧设置助力吸附机构，可在稳定吸附力的保证下实现小转向半径的转弯动作，避免现有技术中为了保证足够吸附力而只能采用大转弯半径的情况；

4、通过在底盘行走总成下表面设置收集机构，可通过巧妙的方式将作业中少量无法进入回收通道的钢丸及时收集起来，避免钢丸对磁吸同步履带组件造成影响；

5、本发明结构紧凑、集成度高、吸附稳定且转向半径小，能够适应国内外绝大多数钢结构表面复杂工况的立面抛丸处理需求，在抛丸处理技术领域中是国内技术走向国际舞台又一里程碑式的发展。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中去除防尘盖的结构示意图；

图3为本发明中履带式磁吸行走机构的结构示意图；

图4为本发明的仰视示意图；

图5为本发明中助力吸附机构的结构示意图；

图6为本发明中助力吸附机构另一视角的结构示意图。

图中标记：1-底盘行走总成；2-磁吸同步履带组件；3-安装槽；4-防尘盖；5-助力吸附机构；6-抛丸机构；7-减重支撑网板；8-装配口；9-侧翼板；10-收集板；11-收集槽；12-尾翼磁吸板；13-助力滑动件；14-螺纹孔；31-中槽段；32-侧槽段；33-沉降面；34-散热孔；51-连接基板；52-吸附基板；53-上连接板；54-下连接板；55-条形孔；56-锁紧螺杆；57-隔板；58-吸附磁铁；59-防护板。

具体实施方式

如图1～图6所示，本实施例提供的爬壁式抛丸机器人包括履带式磁吸行走机构和抛丸机构6，履带式磁吸行走机构包括底盘行走总成1以及安装在底盘行走总成1两侧的磁吸同步履带组件2，底盘行走总成1上设置有装配口8，所述抛丸机构6安装在底盘行走总成1上的装配口8处并用于对钢结构的立表面进行抛丸处理，整机的大体组成结构或者总体设计理念与申请号为201910469670.0的中国发明专利公开的垂直抛丸机类似。但是该垂直抛丸机使用局限性太强，无法针对一些工况复杂的钢结构表面进行处理，同时该垂直抛丸机底盘吸附稳定性较差，在实际运用存在诸多弊端。因此，本申请更换了吸附底盘的结构形式，如申请号为201721690096.4的中国实用新型专利公开了一种磁吸附爬壁机器人底盘，该专利公开的磁吸附同步带具有较强的吸附稳定性，能够实现一定重量要求的爬壁作业。本申请在上述两种现有方案的基础上进行设计和改进，经过无数次的修改和测试检验，最终研发了本产品并较好地应用到了实际作业中。

由于为了适应狭窄通道或者缺口等工况，这就要求本申请的整机需要高集成度和较小的整机宽度，而增加了相应导航或者控制功能后，一些电器硬件没有规划好合适的安装位置或者连接位置，导致整机的上部分机身相应的连接支架或支杆较多，整体上部的形状结构看似比较混乱分散，无法通过一些特定形状、特定高度和特定宽度的通道或缺口，因此，本申请为了克服这一缺陷，对整机的形状做了相应改进。具体地，所述底盘行走总成1上设置有用于集成电器元件的安装槽3，安装槽3绕抛丸机构6周向布置且位于磁吸同步履带组件2的上方，不仅利用好了抛丸机构6上部与磁吸同步履带组件2上方之间留出的空间，而且使整体结构更加紧凑且集成度较高。本实施例中，所述安装槽3采用三段式连接形式，其包括中槽段31以及连接在中槽段31两侧的侧槽段32，中槽段31位于底盘行走总成1前端的正上方，两侧的侧槽段32分别位于两侧磁吸同步履带组件2前侧的正上方，充分利用了底盘行走总成1前部的空间。所述中槽段31两端分别与两侧的侧槽段32相互连通并组合c型或u型，中槽段31与侧槽段32的连接方式可采用一体成型或者可拆卸拼接地方式，其组合的整体通过多块连接钢板固定在底盘行走总成1上。所述中槽段31的槽面为沉降面33，这样可更好地利用了底盘行走总成1与磁吸同步履带组件2之间的高度差，进一步扩大了中槽段31内可使用的空间。当然，也可以通过增长侧槽段32的长度来增加使用空间。

由于抛丸机构6中的抛丸电机处连线较多(电机和砂阀连线较多)，所述中槽段31与其两侧的侧槽段32组合的c型槽绕抛丸机构6的抛丸电机水平周向分布，可使相应电器元件的连接导线或线缆能够直接穿入至安装槽3与相应电气控制件相连，直接减小了导线或线缆的线程，不仅避免出现误缠绕的情况，还能尽量减小导线产生的电磁干扰。

为了对安装槽3内的电器元件以及抛丸机构6进行防尘防护，所述安装槽3上密封有防尘盖4，该防尘盖4包括安装槽密封部和抛丸机构密封部，所述安装槽密封部与安装槽3的c型槽口形状适配并用于活动密封安装槽3的槽口，所述抛丸机构密封部优选为t型状，其可插入至安装槽密封部的c型缺口中并用于遮盖抛丸机构6的回料仓。防尘盖4的形状多种多样，安装槽密封部和抛丸机构密封部的连接方式也可以是一体成型或者可拆卸拼接，但是其中心理念是在防尘的同时与整机之间具有较高的集成度，防止过宽而无法通过相应通道或缺口。本实施例中，所述安装槽3中两侧的侧槽段32侧壁上均加工有散热孔34，提便于提高相应电器元件的散热效果。

为了相应减小整机的部分重量，所述底盘行走总成1的装配口8为矩形缺口，其尺寸面积为底盘行走总成1水平基面尺寸面积的三分之二到四分之三，该装配口8处安装有减重支撑网板7，减重支撑网板7的中部开有用于抛丸机构6冲击仓穿过的通孔，其余地方加工有减重孔，相对之间实心钢板的结构减小了一定重量，提高了底盘吸附的稳定性。

由于整机作业过程中，难免会有少量钢丸无法进入从冲击仓顺利进入之回收通道内，这些钢丸会停留在冲击口处并存在被磁吸同步履带组件2中磁吸同步带吸附的可能，一旦超过相应数量的钢丸被吸附在磁吸同步带上，不仅会对磁吸同步履带组件2正常行走造成影响，而且这些钢丸难以收集。在之前的测试检验中，单纯增加挡板虽然能阻挡钢丸被磁吸同步履带组件2吸走，但是当整机脱离立面时，钢丸会散落一地，还是增加了收集难度。因此本申请中，所述底盘行走总成1下表面设置有用于收集少量泄漏钢丸的收集机构，收集机构包括收集板10以及位于收集板10两侧的侧翼板9和位于收集板10尾侧的尾翼磁吸板12，两侧的侧翼板9分别固定在底盘行走总成1行走方向的下表面两侧并用于防止从冲击口处泄露的钢丸被吸附在磁吸同步履带组件2上，所述收集板10通过多颗螺栓可拆卸地固定在底盘行走总成1下表面上，所述尾翼磁吸板12采用永磁材料制作并固定在底盘行走总成1行走方向的下表面尾侧。本实施例中，所述收集板10上对称加工有两条收集槽11，收集槽11一端与对应侧的侧翼板9接通，另一端与尾翼磁吸板12接通，当钢丸撞击侧翼板9后沿侧翼板9的导向进入收集槽11内，并最终被稳定吸附在尾翼磁吸板12上以便于集中收集。

保证了整机较高的集成度以及符合相应的宽度要求，能够适应一些狭小通道或缺口的工况，但针对一些转弯半径较小的工况，目前传统的履带式磁吸行走机构还不能满足，其原因是在减小转弯半径后进行转向，其吸附力需大幅度减小，就行存在倾坠额风险，因此只能进行相对较大转弯半径的转向。为了克服这一缺陷，本申请中，所述底盘行走总成1的前后两侧中的至少一侧安装有助力吸附机构5，当整机重量较大时(超过200kg)选择在底盘行走总成1的前后两侧均安装有助力吸附机构5。所述助力吸附机构5可在小转弯半径转向时提供一定吸附力，并能适应一定角度的曲面吸附，具体地，助力吸附机构5包括连接基板51、吸附基板52以及两组连接件，连接基板51与底盘行走总成1的前侧壁或后侧壁固定连接，吸附基板52下表面设置有多个吸附磁铁58，两组连接件连接在吸附基板52与连接基板51之间并用于实现吸附基板52相对连接基板51转动，从而来适应一定角度的曲面吸附。

本实施例中，两组连接件不仅要实现铰接功能，还要保证相应的连接稳定性，所述连接件包括上连接板53和三块下连接板54，上连接板53采用u型板的形式，上连接板53的中部一侧与安装在连接基板51上铰座铰接并实现与连接基板51之间的相对转动，所述上连接板53两个端部相同位置上均加工有三个过孔，每个过孔内均穿插有锁紧螺杆56，三块下连接板54依次竖直固定在吸附基板52上表面，且每块下连接板54上均加工有条形孔55，下连接板54上端穿入至上连接板53两个端部之间，每块下连接板54上的条形孔55与上连接板53上对应位置的过孔正对并通过锁紧螺杆56串接，锁紧螺杆56一端配合有限位螺母。连接件的结构形式不仅可使吸附基板52相对连接基板51转动，还能使吸附基板52相对连接基板51上下小距离的移动，从而适应表面凹凸不平的曲面。

为了使吸附基板52下表面的多个吸附磁铁58便于安装或拆卸，所述吸附基板52下表面设置有多块隔板57，相邻隔板57之间形成与吸附磁铁58形状适配的安装间隙，单个吸附磁铁58设置在单个安装间隙内，具体地，多块隔板57呈矩形阵列均匀排列在吸附基板52下表面，且隔板57一侧成型有插接凸起，所述吸附基板52上加工有多个插接孔，所述隔板57通过插接凸起插入至插孔内与吸附基板52之间实现活动插接，所述吸附磁铁58通过沉头螺栓可拆卸地固定在相邻隔板57之间的吸附基板52下表面上，这样不仅可定位每块吸附磁铁58的安装位置，还能减小相应吸附磁铁58之间的磁吸力，便于安装和拆卸。

由于吸附磁铁58直接吸附在钢结构表面，不仅存在吸力较大且难以控制，而且前行到凹凸不平的曲面时，吸附磁铁58受外力挤压容易出现脆性碎裂的情况，因此，所述吸附基板52下表面可拆卸地安装有多个助力滑动件13，本实施例中，助力滑动件13为万向滚珠轴承，其滚珠底面低于吸附磁铁58下表面1～8mm，优选为5mm，不仅可利于吸附基板52在凹凸不平的曲面上行走，还能保证吸附磁铁58与钢结构表面之间磁力可控的前提下不直接接触，减小了吸附磁铁58碰撞损坏的可能。此外，整机在工作完毕后脱离钢结构立面时，由于存在较大磁力，需要多个辅助人员共同协助完成，为了避免出现伤手以及提供外拉支撑，所述吸附基板52左右两侧及前侧均安装有防护板59，以便于工作人员手拉提供支撑，防止出现吸附基板52直接压手的现象，同时，吸附基板52上加工有三个螺纹孔14，三个螺纹孔14内均配合有起撑螺杆(未图示)，通过旋转起撑螺杆，使吸附基板52脱离钢结构表面，这种脱离拆卸方式安全且省力。

以上所述仅是本发明优选的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何基于本发明所提供的技术方案和发明构思进行的改造和替换都应涵盖在本发明的保护范围内。应当注意，在附图中所图示的结构或部件不一定按比例绘制，同时本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述，以避免不必要地限制本发明。