专利名称：风力机塔筒爬壁机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种爬壁机器人，尤其是一种风力机塔筒爬壁机器人，具体地说是能在垂直且纵向上微弯曲曲面上具备自动 传递轨道能力的爬壁机器人，属于爬壁机器人的技术领域。
背景技术：
目前，现有的爬壁机器人，爬壁吸附方式有真空吸附、负压吸附、磁吸附、推力吸附、粘性吸附和仿生学吸附。对于粘性吸附和仿生学吸附，虽然它们灵活性强、体积小，但它们的吸附力小还有待提高，这注定它们载重量小。在军事运用中，用于反恐机器人比较多。对于推力吸附现实中应用较少见，由于它借助于航空技术，推力指向壁面，它对壁面的垂直度和表面平整度要求较高，所以应用较少。对于真空吸附和负压吸附，它们之间吸附要求略有不同，但它们之间的共同点是都需要提供一个产生真空或负压的装置，这种装置对于爬壁机器人爬行范围是有要求的，如果爬行范围太广，这装置结构设计会很复杂，成本很高，不利于它工作。而磁吸附吸力较大，结构设计简单，重量较轻，对于电磁吸附，其控制灵活，所以对于需要带一定负载的爬壁机器人比较实用。目前爬壁机器人的运动方式有轮式、履带式及脚式三种。轮式移动速度较快，走行控制简单，着地面积小，维持吸附力较困难。履带式着地面积较大，对于壁面的适应性强，但体积较大。脚式移动较困难，移动速度慢，带载能力较强。各种移动方式和吸附方式的随机组合就有了各种各样的爬壁机器人，他们各有优缺点，根据它们的应用环境及使用条件选择合适结构的爬壁机器人。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种风力机塔筒爬壁机器人，其结构紧凑，能在风力机塔筒上升降，使用成本低，安全可靠。按照本发明提供的技术方案，所述风力机塔筒爬壁机器人，包括机器人架体；所述机器人架体内设有电磁吸附机构，机器人架体能通过电磁吸附机构吸附于风力机塔筒上，所述电磁吸附机构包括第一吸附轨道及第二吸附轨道，机器人架体内设有爬壁机构，所述爬壁机构与第一吸附轨道、第二吸附轨道匹配，机器人架体通过爬壁机构能在第一吸附轨道、第二吸附轨道上运动，以在风力机塔筒上升降；机器人架体上设有吸附轨道水平传送机构及吸附轨道垂直传送机构，所述吸附轨道水平传送机构对称分布于机器人架体的两端，吸附轨道垂直传送机构位于吸附轨道水平传送机构之间，且吸附轨道垂直传送机构位于机器人架体的外侧；第一吸附轨道、第二吸附轨道能通过吸附轨道水平传送机构、吸附轨道垂直传送机构传送后在风力机塔筒上交替排布；机器人架体上设有工作台，所述工作台上设有机械手，所述机械手能在工作台上运动。所述爬壁机构包括爬壁驱动链轮及若干安装于机器人架体内的爬壁传动链轮，所述爬壁驱动链轮通过爬壁链条与爬壁传动链轮相连；爬壁驱动链轮通过驱动链轮安装轴安装于机器人架体上，且驱动链轮安装轴的两端设有爬壁驱动电机；爬壁链条与第一吸附轨道、第二吸附轨道上的爬壁齿条相匹配。所述第一吸附轨道、第二吸附轨道均包括轨道架体，所述轨道架体上设有若干交错分布的铁芯，所述铁芯上均设有绕组；轨道架体上设有若干对称分布的传送定位孔。所述吸附轨道水平传送机构包括第一水平传送链轮、第二水平传送链轮及第三水平传送链轮，第一水平传送链轮、第二水平传送链轮及第三水平传送链轮呈三角状分布，第二水平链轮、第三水平链轮对称分布于机器人架体的端部，第一水平传送链轮、第二水平传送链轮及第三水平传送链轮通过水平传送链条相互连接；机器人架体上设有用于驱动第一水平传送链轮的水平传送驱动电机，所述水平传送驱动电机对称分布于机器人架体上；所述机器人架体上设有用于固定轨道架体的轨道固定机构，所述轨道固定机构位于第二水平传送链轮及第三水平传送链轮间。
所述轨道固定机构包括通过轴承安装于机器人架体上的定位轴，所述定位轴的一端穿过机器人架体上的水平定位轴导向孔后伸出机器人架体，另一端与定位板固定连接；定位轴能在水平定位轴导向孔内水平运动，定位轴伸出机器人架体外的端部设有定位叉，所述定位叉能与水平传送链条紧固连接；定位板邻近机器人架体的一侧设有轨道固定电磁铁，所述轨道固定电磁铁内设有对称分布的轨道固定复位弹簧，所述轨道固定复位弹簧上设有定位销，所述定位销与传送定位孔相匹配，且定位销能伸入传送定位孔内。所述吸附轨道垂直传送机构包括对称分布于机器人架体上的垂直定位轴导向孔，所述垂直定位轴导向孔沿机器人架体的长度分布，垂直定位轴导向孔内设有轨道固定机构，导轨固定装置的定位轴能在垂直定位轴导向孔内垂直运动；垂直定位轴导向孔的上端设有第一垂直传送链轮及第二垂直传送链轮，第一垂直传送链轮的下方设有第三垂直传送链轮，第三垂直传送链轮的下方设有第四垂直传送链轮，第一垂直传送链轮、第二垂直传送链轮、第三垂直传送链轮及第四垂直传送链轮通过垂直传送链条相互连接，机器人架体上设有用于驱动第四垂直传送链轮运动的垂直传送驱动电机，所述垂直传送驱动电机对称分布于机器人架体上。所述机械手包括前肢、小臂及大臂，所述大臂通过底座、机械手运动驱动机构安装于工作台上，机械手通过机械手运动驱动机构在工作台上运动；所述前肢包括第二前肢架，所述第二前肢架的一端设有第一前肢架，另一端设有小臂架，第二前肢架通过第一转轴与第一前肢架相连，第一前肢架能绕第一转轴转动，第二前肢架能相对小臂架转动；小臂架内的两端分别设有第一转动驱动电机及第第二转动驱动电机，第一转动驱动电机的输出轴穿过小臂架及第二前肢架后伸入第二前肢架内，第一转动驱动电机输出轴的端部设有第二圆锥齿轮，所述第二圆锥齿轮与第一转动轴上的第一圆锥齿轮相啮合，第一转动轴上设有用于将第一前肢架与第一转动轴固定的第一刹车机构；
小臂架内设置第二转动驱动电机的端部通过第二转轴与大臂架相连，小臂架能绕第二转轴转动；第二转动驱动电机的输出轴伸入大臂架内，且第二转动驱动电机的输出轴上设有第三圆锥齿轮，所述第三圆锥齿轮与第二转轴上的第四圆锥齿轮相啮合；
大臂架的下方设有底座，所述底座包括底座连接架，所述底座连接架通过第三转轴与大臂架相连，大臂架能绕第三转轴转动；大臂架内第三转动驱动电机的输出轴上设有第五圆锥齿轮，所述第五圆锥齿轮与第三转轴上的第六圆锥齿轮相啮合，且第六圆锥齿轮与第七圆锥齿轮相啮合，第七圆锥齿轮与第五圆锥齿轮位于第三转轴的两侧；第三转轴上设有用于将大臂架与第三转轴固定的第二刹车机构；第七圆锥齿轮位于第四转轴的一端端部，第四转轴通过空轴及轴向推力轴承安装于立柱内。所述机械手运动驱动机构包括位于工作台上的丝杠，所述丝杠上设有滑块，所述滑块能与丝杠相对运动；底座通过滑块安装于工作台上。所述机器人架体上设有用于保护机器人架体的应急机构，风力机塔筒上设有若干对称分布的塔筒支撑臂，所述塔筒支撑臂上设有应急支撑卡口，所述应急支撑卡口与应急机构内的应急拉绳相匹配。所述应急机构包括对称分布于机器人架体两侧的应急支撑臂，所述应急支撑臂上设有若干拉绳支撑架，应急拉绳的两端均设有配重球，应急拉绳通过拉绳支撑架及抓绳机构放置于应急支撑臂上。本发明的优点机器人架体通过电磁吸附机构位于风力机塔筒的外壁上，电磁吸附机构的第一吸附轨道、第二吸附轨道通过吸附轨道水平传送机构、吸附轨道垂直传送机 构进行传递，以使得机器人架体的爬壁轨道无限延伸，方便机器人架体在风力机塔筒外壁上升降，直至到达所需位置，机器人架体上的机械手能够携带检测设备，进行所需的检测操作；机器人架体上设有应急机构，通过应急机构与备用电源的配合，确保机器人架体的安全，结构紧凑，使用成本低，安全可靠。
图I本发明爬壁机器人在风力机塔筒上爬壁时的俯视图。图疒图9为本发明爬壁机器人的第一吸附轨道、第二吸附轨道在风力机塔筒上传送后交替排布的示意图，其中
图2为本发明第一吸附轨道在下，第二吸附轨道在上，爬壁机器人通过第一吸附轨道位于风力机塔筒上的示意图。图3为爬壁机器人在第一吸附轨道上爬壁上升的示意图。图4为爬壁机器人在第一吸附轨道上升并进入第二吸附轨道后的示意图。图5为爬壁机器人继续在第二吸附轨道上爬壁的示意图。图6为爬壁机器人在第二吸附轨道上爬壁并将第一吸附轨道进行下端水平传送的示意图。图7为爬壁机器人在第二吸附轨道上爬壁并将第一吸附轨道进行垂直传送的示意图。图8为爬壁机器人在第二吸附轨道上爬壁将使得第一吸附轨道传递到第二吸附轨道上方后的示意图。图9为本发明第一吸附轨道、第二吸附轨道的结构示意图。图10为本发明工作台的结构示意图。图11为本发明机械手的结构示意图。图12为本发明应急机构的结构示意图。图13为本发明轨道固定机构的结构示意图。图14为本发明抓绳机构的结构示意图。
具体实施例方式下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。如图f图14所示本发明包括机器人架体I、轨道导向槽2，电磁吸附机构3、导向轮4、导向轮安装轴5、塔筒支撑臂6、应急支撑卡口 7、机械手运动驱动电机8、机械手运动驱动机构9、机械手10、工作台11、垂直传送驱动电机12、爬壁驱动电机13、应急机构14、风力机塔筒15、链板16、管轴17、链轮18、驱动链轮安装轴19、第一吸附轨道20、第二吸附轨道21、爬壁齿条22、传送定位孔23、吸附轨道水平传送机构24、吸附轨道垂直传送机构25、水平传送驱动电机26、水平传送链条27、轨道固定机构28、第二水平传送链轮29、第三水平传送链轮30、水平定位轴导向孔31、前肢32、小臂33、大臂34、底座35、第三垂直传送链轮36、垂直传送链条37、第一垂直传送链轮38、第二垂直传送链轮39、铁芯连接架40、垂直定位轴导向孔41、轨道架体42、铁芯43、绕组44、铰链45、工作台连接臂46、滑块47、丝杠48、第一前肢架49、第二前肢架50、第一转轴51、第一圆锥齿轮52、第二圆锥齿轮53、第一刹车动板54、第一刹车片55、第一弹簧56、第一电磁铁57、第一转动驱动电机58、小臂架59、第 二转动驱动电机60、第三圆锥齿轮61、第四圆锥齿轮62、第三转轴63、大臂架64、第三转动驱动电机65、第五圆锥齿轮66、第三转轴67、第六圆锥齿轮68、第七圆锥齿轮69、第二刹车动板70、第二刹车片71、第二弹簧72、第二电磁铁73、第四转轴74、空轴75、轴向推力轴承76、立柱77、固定座78、第三电磁铁79、铁片80、支撑杆81、支撑轮82、支撑拉绳83、抓绳机构84、抓绳安装壳体85、拉绳支撑架86、应急拉绳87、应急支撑臂88、配重球89、底座连接架90、定位销91、定位叉92、轴承93、定位轴94、轨道固定电磁铁95、轨道固定复位弹簧96、定位板97、上压板98、下压板99、喇叭口 100、导杆101、爬壁机构102、爬壁链条103、爬壁传动链轮104、第一水平传送链轮105及第四垂直传送链轮106。图I中风力机塔筒15呈曲面，曲面的结构增大了机器人爬壁的难度；为了能够在风力机塔筒15的外壁上爬升，机器人架体I内设有电磁吸附机构3，机器人架体I能通过电磁吸附机构3吸附于风力机塔筒15上，所述电磁吸附机构3包括第一吸附轨道20及第二吸附轨道21，机器人架体I内设有爬壁机构102，所述爬壁机构102与第一吸附轨道20、第二吸附轨道21匹配，机器人架体I通过爬壁机构102能在第一吸附轨道20、第二吸附轨道21上运动，以在风力机塔筒15上升降；机器人架体I上设有吸附轨道水平传送机构24及吸附轨道垂直传送机构25，所述吸附轨道水平传送机构24对称分布于机器人架体I的两端，吸附轨道垂直传送机构25位于吸附轨道水平传送机构24之间，且吸附轨道垂直传送机构25位于机器人架体I的外侧；第一吸附轨道20、第二吸附轨道21能通过吸附轨道水平传送机构24、吸附轨道垂直传送机构25传送后在风力机塔筒15上交替排布；机器人架体I上设有工作台11，所述工作台11上设有机械手10，所述机械手10能在工作台11上运动。如图9所示所述第一吸附轨道20及第二吸附轨道21的结构完全相同，通过第一吸附轨道20及第二吸附轨道21传递后的交替分布，能够使得机器人架体I的爬壁轨道无限延伸，从而能够在风力机塔筒15上不断升降。所述第一吸附轨道20、第二吸附轨道21均包括轨道架体42，所述轨道架体42上设有若干交错分布的铁芯43，铁芯43位于轨道架体42的铁芯连接架40之间，所述铁芯43上均设有绕组44 ;轨道架体42上设有若干对称分布的传送定位孔23。
当绕组44通电后，绕组44与铁芯43产生的磁力能够吸附在风力机塔筒15上，同时能够平衡位于轨道架体42上机器人架体I及相应结构的重力，达到支撑整个机器人架体I的结构。当第一吸附轨道20及第二吸附轨道21吸附在风力机塔筒15上，第一吸附轨道20及第二吸附轨道21产生的电磁吸附力同样能够支撑机器人架体I，使得机器人架体I能够在通过第一吸附轨道20、第二吸附轨道21在风力机塔筒15上爬壁升降。轨道架体42上设有对称分布的轨道导向槽2，所述轨道导向槽2沿轨道架体42的长度分布。第一吸附轨道20及第二吸附轨道21位于机器人架体I内，机器人架体I内设有对称分布的导向轮安装轴5，所述导向轮安装轴5的端部设有导向轮4，所述导向轮安装轴5及导向轮4能伸入轨道导向槽2内，当机器人架体I在轨道架体42上爬壁时，通过导向轮4与轨道导向槽2的对应配合，提高机器人架体I爬壁时的稳定性。所述爬壁机构102包括爬壁驱动链轮18及若干安装于机器人架体I内的爬壁传动链轮104，所述爬壁驱动链轮18通过爬壁链条103与爬壁传动链轮104相连；爬壁驱动链轮18通过驱动链轮安装轴19安装于机器人架体I上，且驱动链轮安装轴19的两端设有爬壁驱动电机13 ;爬壁链条103与第一吸附轨道20、第二吸附轨道21上的爬壁齿条22相匹配。爬壁驱动链轮18间设有若干管轴17，所述管轴17的端部通过链板16与爬壁驱动链轮18相连，以加强爬壁驱动链轮18的强度。爬壁时，爬壁驱动电机13驱动爬壁驱动链轮18，并通过爬壁链条103带动爬壁传动链轮104 ;由于爬壁链条103能与爬壁齿条22相匹配，爬壁链条103在爬壁驱动链轮18及爬壁驱动电机13作用下能够带动机器人架体I在第一吸附轨道20、第二吸附轨道21上爬壁，以实现在风力机塔筒15上升降的作用。如图2 图7所示所述吸附轨道水平传送机构24包括第一水平传送链轮105、第二水平传送链轮29及第三水平传送链轮30，第一水平传送链轮105、第二水平传送链轮29及第三水平传送链轮30呈三角状分布，第二水平链轮29、第三水平链轮30对称分布于机器人架体I的端部，第一水平传送链轮105、第二水平传送链轮29及第三水平传送链轮30通过水平传送链条27相互连接；机器人架体I上设有用于驱动第一水平传送链轮105的水平传送驱动电机26，所述水平传送驱动电机26对称分布于机器人架体I上；所述机器人架体I上设有用于固定轨道架体42的轨道固定机构28，所述轨道固定机构28位于第二水平传送链轮29及第三水平传送链轮30间。机器人架体I两端的吸附轨道水平传送机构24对称分布，结构完全相同，只是两个吸附轨道水平传送机构24在传送方向的不同，以配合完成一个传递过程。如图13所示所述轨道固定机构28包括通过轴承93安装于机器人架体I上的定位轴94，所述定位轴94的一端穿过机器人架体I上的水平定位轴导向孔31后伸出机器人架体I，另一端与定位板97固定连接；定位轴94能在水平定位轴导向孔31内水平运动,定位轴94伸出机器人架体I外的端部设有定位叉92，所述定位叉92能与水平传送链条27紧固连接；定位板97邻近机器人架体I的一侧设有轨道固定电磁铁95，所述轨道固定电磁铁95内设有对称分布的轨道固定复位弹簧96，所述轨道固定复位弹簧96上设有定位销91，所述定位销91与传送定位孔23相匹配,且定位销91能伸入传送定位孔23内。水平传送时，轨道固定电磁铁95失电，在轨道固定复位弹簧96作用下，推动定位 销91伸入传送定位孔23内，当定位销91伸入轨道架体42的传送定位孔23后作为传送轨道架体42的支撑点；然后轨道架体42内的铁芯43断电，轨道架体42与风力机塔筒15及机器人架体I间不再具有电磁吸附力。同时，定位叉92的叉口能嵌置在水平传送链条27内，使得整个轨道固定机构28能与水平传送链条27紧固连接，当水平传送链条27在水平传送驱动电机26作用下运动时，水平传送链条27通过定位叉92带动轨道固定机构28同步运动，轨道固定机构28带动轨道架体42运动，定位轴94能在机器人架体I的水平定位轴导向孔31内运动，整个传送过程平稳可靠；通过调节水平传送驱动电机26输出轴的正反转，能够使得轨道架体42能够在所需的方向上传送。机器人架体I上设置对称分布的吸附轨道水平传送机构24，当位于机器人架体I下端的轨道架体42被从风力家塔筒15传送到机器人架体I的外侧后，机器人架体I上端的吸附轨道水平传送机构24能够将位于外侧的轨道架体42再次传送到风力机塔筒15上，当轨道架体42的铁芯43带电后重新吸附在风力机塔筒15的表面上，完成一次轨道架体42的传送，直至在风力机塔筒15上运动到所需位置。所述吸附轨道垂直传送机构25包括对称分布于机器人架体I上的垂直定位轴导向孔41，所述垂直定位轴导向孔41沿机器人架体I的长度分布，垂直定位轴导向孔41内设 有轨道固定机构28，导轨固定装置28的定位轴94能在垂直定位轴导向孔41内垂直运动；垂直定位轴导向孔41的上端设有第一垂直传送链轮38及第二垂直传送链轮39，第一垂直传送链轮38的下方设有第三垂直传送链轮36，第三垂直传送链轮36的下方设有第四垂直传送链轮106，第一垂直传送链轮38、第二垂直传送链轮39、第三垂直传送链轮36及第四垂直传送链轮106通过垂直传送链条37相互连接，机器人架体I上设有用于驱动第四垂直传送链轮106运动的垂直传送驱动电机12，所述垂直传送驱动电机12对称分布于机器人架体I上。第一垂直传送链轮38及第二垂直传送链轮39水平分布，通过增加垂直传送链条37传送转弯的路径使得垂直传送链条37在传送过程中的平稳。在机器人架体I端部的吸附轨道水平传送机构24到位后，位于机器人架体I端部的轨道固定机构28重新得电。当位于水平定位轴导向孔31内的轨道固定机构28得电后，轨道固定电磁铁95产生吸附力，轨道固定电磁铁95通过轨道固定复位弹簧96使得定位销91退出轨道架体42的传送定位孔23外；同时,位于垂直定位轴导向孔41内的轨道固定机构28失电。位于垂直定位轴导向孔41内的轨道固定机构28失电后，轨道固定电磁铁95不再具有吸附力，定位销91在固定轨道复位弹簧91作用下插入轨道架体42的传送定位孔23内，作为将轨道架体42在垂直方向上传送时的支撑点。在垂直方向传送时，垂直传送驱动电机12通过第四垂直传送链轮106带动垂直传送链条37垂直运动，轨道固定机构28内的定位叉92与垂直传送链条27紧固连接后，实现驱动轨道架体42在垂直方向上的升降，直至在机器人架体I运动所需位置。如图10所示所述机械手10通过机械手运动驱动结构9安装于工作台11上，机械手10能通过机械手运动驱动机构9在工作台11上运动，以便机械手10执行相应的操作。所述机械手运动驱动机构9包括位于工作台11上的丝杠48，所述丝杠48上设有滑块47，所述滑块47能与丝杠48相对运动；滑块47与丝杠48的配合采用丝杠螺母配合的形式。工作台11的端部设有机械手运动驱动电机8，机械手运动驱动电机8的输出轴能驱动丝杠48转动。工作台11上设有对称分布的工作台连接臂46，工作台连接臂46上均设有铰链45，工作台11通过铰链45与机器人架体I相连接。
如图11所示机械手10为执行机构，通过机械手10上携带的探测设备能对风力机进行相应的探测工作。所述机械手10包括前肢32、小臂33及大臂34，所述大臂34通过底座35、机械手运动驱动机构9安装于工作台11上，机械手10通过机械手运动驱动机构9在工作台11上运动；所述前肢32包括第二前肢架50，所述第二前肢架50的一端设有第一前肢架49，另一端设有小臂架59，第二前肢架50通过第一转轴51与第一前肢架49相连，第一前肢架49能绕第一转轴51转动，第二前肢架50能相对小臂架59转动；小臂架59内的两端分别设有第一转动驱动电机58及第第二转动驱动电机60,第一转动驱动电机58的输出轴穿过小臂架59及第二前肢架50后伸入第二前肢架50内，第一转动驱动电机50输出轴的端部设有第二圆锥齿轮53，所述第二圆锥齿轮53与第一转动轴51上的第一圆锥齿轮52相啮合，第一转动轴51上设有用于将第一前肢架49与第一转动轴51固定的第一刹车机构；
当第一转动驱动电机58的输出轴驱动第二圆锥齿轮53转动时，第二圆锥齿轮53与第一圆锥齿轮52啮合后，驱动第一圆锥齿轮52转动，继而第一圆锥齿轮52带动第一前肢架 49绕第一转轴51转动，以实现对前肢32的摆动驱动。所述第一刹车机构包括位于第一前肢架49固定连接的第一刹车动板54，第一刹车动板54的一侧设有第一电磁铁57，所述第一电磁铁57通过磁铁安装壳安装于第二前肢架50上，磁铁安装壳内设有第一弹簧56，第一电磁铁57与第一刹车板54间设有第一刹车片55。当第一电磁铁57得到时,第一电磁铁57的电磁吸附力作用力第一弹簧56上,使得第一刹车片55与第一刹车动板54远离；二档第一电磁铁57失电时，第一刹车片55在第一弹簧56的弹性力作用下与第一刹车动板54紧密接触，第一刹车动板54与第一刹车片55紧密接触后，使得第一前肢架49不能在绕第一转轴51转动。当第一刹车机构处于制动状态时，第一转动驱动电机58再驱动第二圆锥齿轮53转动时，由于第一刹车机构的作用，使得第一前肢架49及第二前肢架50绕第一转动驱动电机58的输出轴转动。小臂33包括小臂架59，小臂架59内设置第二转动驱动电机60的端部通过第二转轴63与大臂架64相连，小臂架59能绕第二转轴63转动；第二转动驱动电机60的输出轴伸入大臂架64内，且第二转动驱动电机60的输出轴上设有第三圆锥齿轮63，所述第三圆锥齿轮64与第二转轴63上的第四圆锥齿轮64相啮合；当第二转动驱动电机60的输出轴驱动第三圆锥齿轮63转动时，第三圆锥齿轮63与第四圆锥齿轮64的对应配合，使得小臂架59能绕第二转轴63转动，实现小臂架59的摆动。大臂34包括大臂架64，大臂架64的下方设有底座35，所述底座35包括底座连接架90，所述底座连接架90通过第三转轴67与大臂架64相连，大臂架64能绕第三转轴67转动；大臂架64内第三转动驱动电机65的输出轴上设有第五圆锥齿轮66，所述第五圆锥齿轮66与第三转轴67上的第六圆锥齿轮68相啮合，且第六圆锥齿轮68与第七圆锥齿轮69相啮合，第七圆锥齿轮69与第五圆锥齿轮66位于第三转轴67的两侧；第三转轴67上设有用于将大臂架64与第三转轴67固定的第二刹车机构；第七圆锥齿轮69位于第四转轴74的一端端部，第四转轴74通过空轴75及轴向推力轴承76安装于立柱77内。立柱77套在固定座78上，以形成底座35。第二刹车机构包括与大臂架64固定连接的第二刹车动板70，第二刹车动板70的一侧设有第二电磁铁73，所述第二电磁铁73通过磁铁安装壳安装于底座连接架90上，磁铁安装壳内设有第二弹簧72，第二电磁铁73与第二刹车板70间设有第二刹车片71。第二刹车机构的工作原理及过程与第一刹车机构相同，此处不再详述。当第二刹车机构未处于制动状态时，第三转动驱动电机65的输出轴驱动第五圆锥齿轮66转动,第五圆锥齿轮66驱动第六圆锥齿轮68，第六圆锥齿轮68使得大臂架64绕第三转轴67转动，同时第六圆锥齿轮68驱动第七圆锥齿轮69转动，第七圆锥齿轮69带动第四转轴74转动。当第二刹车机构处于制动状态时，第三转动驱动电机65再次驱动第五圆锥齿轮66转动时，大臂架64绕第四转轴74转动。如图I、图12及图14所示为了避免电磁吸附机构3在失去吸附作用时，机器人架体I在重力作用下下落时导致机器人架体I的破损，本发明机器人架体I上设有用于保护机器人架体I的应急机构14,风力机塔筒15上设有若干对称分布的塔筒支撑臂6,所述塔筒支撑臂6上设有应急支撑卡口 7，所述应急支撑卡口 7与应急机构14内的应急拉绳87相匹配。应急机构14包括对称分布于机器人架体I两侧的应急支撑臂88，所述应急支撑臂88上设有若干拉绳支撑架86，应急拉绳87的两端均设有配重球89，应急拉绳87通过拉绳支撑架86及抓绳机构84放置于应急支撑臂88上。应急拉绳87 一端的配重球89放置于机器人架体I上，另一端放置于应急支撑臂88上。所述抓绳机构84包括上压板98及下压板99，所述上压板98与下压板99对称分布，上压板98与下压板99间具有容纳应急拉绳87的间隙。上压板98与下压板99的端部 通过喇叭口 100连接成一体，喇叭口 100内设有导杆101，导杆101的一端伸入喇叭口 100内。导杆101伸出喇叭口 100的端部与支撑拉伸83相连。支撑拉绳83的另一端与拉绳安装壳体85内的铁片80连接，拉绳安装壳体85固定于机器人架体I上，拉伸安装壳体85内设有第三电磁铁79，所述第三电磁铁79固定于机器人架体I上，铁片80能在拉绳安装壳体85内移动。拉绳安装壳体85上通过支撑杆81安装有支撑轮82，支撑拉绳83通过支撑轮82过渡。当第三电磁铁79处于带电状态时，第三电磁铁79的电磁吸附作用力能使得铁片80吸附于第三电磁铁79上，此时，支撑拉绳83能够通过导杆101撑起喇叭口 100，以通过上压板98及下压板99拉住应急拉绳。当第三电磁铁79处于失电状态时，第三电磁铁79与铁片80间失去电磁吸附作用力，铁片80会在支撑拉伸83作用下向远离第三电磁铁79的方向运动，同时，导杆101失去对喇叭口 100的支撑，应急拉绳87从上压板98及下压板99间逸出。应急拉伸87失去抓绳机构84的拉抓作用力后，在配重球89作用下将应急拉绳87拉直，并向下垂落。由于电磁吸附机构3失去了对风力机塔筒15及机器人架体I的电磁吸附作用，电磁吸附机构3及机器人架体I势必会在重力作用下下落，在机器人架体I下落过程中，应急拉绳87会卡在风力机塔筒15上的塔筒支撑臂6的应急支撑卡口 7内，通过两根应急拉伸87来支撑机器人架体1，避免造价昂贵的机器人架体I在失电瞬间就会破损。当在一定时间内，电磁吸附机构3重新活动电能后，电磁吸附机构3的电磁吸附力能够使得机器人架体I吸附在风力机塔筒15上，重新进行升降。在机器人架体I上设有应急电源，通过应急电源对电磁吸附机构3进行供电，应急电源与整个应急机构14对应配合，避免整个爬壁机器人在失去电能后垂直下落。为了提高供电的可靠性，本发明中的供电方式也可以无线供电的方式，无线供电的方式也为本技术领域所熟知。如图广图14所示工作时，将第一吸附轨道20及第二吸附轨道21通电，并依次固定到风力机塔筒15上；且将机器人架体I放置于下方的吸附轨道上，机器人架体I通过电磁吸附轨道3位于风力机塔筒15的外壁上。机器人架体I在爬壁机构102与电磁吸附轨道3对应配合在风力机塔筒15上升降。当机器人架体I爬完下方的第一吸附轨道20时，机器人架体I的前端为进入上方的第二吸附轨道21上。当机器人架体I刚全部走第二吸附轨道21上后，启动吸附轨道水平传送机构24，轨道固定机构28的定位销91插入轨道架体42的传送定位孔23内，此刻第一吸附轨道20失电，位于机器人架体I下端的吸附轨道水平传送机构24将第一吸附轨道20传送到机器人架体I的外侧，具体传送过程可以参考之前的描述。当吸附轨道水平传送机构24将第一吸附轨道20传送到外侧后，吸附轨道垂直传送机构25的轨道固定机构28的定位销91插入传送定位孔23内，吸附轨道水平传送机构24内的定位销91从对应的传送定位孔23内脱离，第一吸附轨道20在吸附轨道垂直传送机构25作用下传送到机器人架体I的另一端端部，具体传送过程参照上述描述。当第 一吸附轨道20在垂直方向传送到端部后，机器人架体I端部的轨道固定机构28的定位销91插入轨道架体42的传送定位孔23内，吸附轨道垂直传送机构25的定位销91从传送定位孔23脱离，第一吸附轨道20在吸附轨道水平传送机构24作用下传送值风力机塔筒15，此刻，第一吸附轨道20再次得电，通过第一吸附轨道20的吸附力吸附于风力机塔筒15上，并处于第二吸附轨道21的前端，再次与第二吸附轨道21构成机器人架体I爬壁的组合架体，随着机器人架体I不断升降，第一吸附轨道20与第二吸附轨道21不断重复上述传递交替过程。当机器人架体I爬到风力机塔筒15上所需的位置后，通过携带在机械手10上的探测机构对风力机塔筒15及风叶进行探测。当探测完成后，机器人架体I需要进行下降，机器人架体I的下降过程与上升过程相反，也是需要通过第一吸附轨道20与第二吸附轨道21的交替过程，此处不再详述。当机器人架体I在爬壁时，如果遇到断电等情况时，可以通过应急机构14进行应急，机器人架体I上设置一个备用电源，在它发生短暂断电时，备用电源启动。由于备用电源电量有限，如果在5分钟通电问题能解决，则整个机器人仍能按照正常工作程序工作。这种情况对整个爬壁机器人一点影响都没有，但如果在5分钟内机器人通电问题没能完成，那只能做最好打算，利用机械应急装置，保证机器人不被从高空掉落，将机器人悬吊在半空中，导轨因没有电提供，不能产生磁吸力，从而从高空中掉落，应急机构14的应急工作原理参照前述描述。在它工作过程中，爬壁机器人使用的驱动电机全是伺服电机，本发明主要用在百米高的塔筒上，从底端爬到顶端预计耗时20分钟左右，从底端爬到检测区域最下端预计15分钟左右。机器人在爬壁过程中，同步进行的动作还有自动导轨过程，在检测区域除了有上述两种动作之外，还有第三种动作就是检测装置进行探伤工作。电磁吸附机构3为爬壁机器人提供了足够大的吸力，保证爬壁机器人在爬壁过程中以及在检测区域工作时能稳定地固定在风力机塔筒15上。由于电磁吸附机构3吸力较大，它不仅能带动爬壁机器人本身，而且还能附带一定的负载，爬壁机构102为机器人在风力机塔筒15上自由运动提供了足够的动力，爬壁机构102与电磁吸附机构3配合工作，使爬壁机器人能沿预定轨迹到达指定区域去完成它指定任务。工作台11为检测装置提供了一个宽敞的活动平台，它配合机械手10的使用，在它们极限位置所围成的三维空间里能使检测装置到达任何一个位置。自备电源和应急机构14保证爬壁机器人在发生突发情况时能实现自救或降低最大损失。而机器人的电磁吸附机构3、吸附轨道水平传送机构24及吸 附轨道垂直传送机构25使第一吸附轨道20、第二吸附轨道21不断自动“接力”，使爬壁机器人的轨道由有限长变为无限长，大大地降低了机器人的总成本。
权利要求
1.一种风力机塔筒爬壁机器人，包括机器人架体(I);其特征是所述机器人架体(I)内设有电磁吸附机构(3)，机器人架体(I)能通过电磁吸附机构(3)吸附于风力机塔筒(15)上，所述电磁吸附机构(3)包括第一吸附轨道(20)及第二吸附轨道(21)，机器人架体(I)内设有爬壁机构(102)，所述爬壁机构(102)与第一吸附轨道(20)、第二吸附轨道(21)匹配，机器人架体(I)通过爬壁机构(102)能在第一吸附轨道(20)、第二吸附轨道(21)上运动，以在风力机塔筒(15)上升降；机器人架体(I)上设有吸附轨道水平传送机构(24)及吸附轨道垂直传送机构(25)，所述吸附轨道水平传送机构(24)对称分布于机器人架体(I)的两端，吸附轨道垂直传送机构(25)位于吸附轨道水平传送机构(24)之间，且吸附轨道垂直传送机构(25)位于机器人架体(I)的外侧；第一吸附轨道(20)、第二吸附轨道(21)能通过吸附轨道水平传送机构(24)、吸附轨道垂直传送机构(25)传送后在风力机塔筒(15)上交替排布；机器人架体(I)上设有工作台(11)，所述工作台(11)上设有机械手(10)，所述机械手(10)能在工作台(11)上运动。
2.根据权利要求I所述的风力机塔筒爬壁机器人，其特征是所述爬壁机构(102)包括爬壁驱动链轮(18)及若干安装于机器人架体(I)内的爬壁传动链轮(104)，所述爬壁驱动链轮(18)通过爬壁链条(103)与爬壁传动链轮(104)相连；爬壁驱动链轮(18)通过驱动链轮安装轴(19)安装于机器人架体(I)上，且驱动链轮安装轴(19)的两端设有爬壁驱动电机(13);爬壁链条(103)与第一吸附轨道(20)、第二吸附轨道(21)上的爬壁齿条(22)相匹配。
3.根据权利要求I所述的风力机塔筒爬壁机器人，其特征是所述第一吸附轨道(20)、第二吸附轨道(21)均包括轨道架体(42)，所述轨道架体(42)上设有若干交错分布的铁芯(43)，所述铁芯(43)上均设有绕组(44);轨道架体(42)上设有若干对称分布的传送定位孔(23)。
4.根据权利要求3所述的风力机塔筒爬壁机器人，其特征是所述吸附轨道水平传送机构(24)包括第一水平传送链轮(105)、第二水平传送链轮(29)及第三水平传送链轮(30),第一水平传送链轮(105)、第二水平传送链轮(29)及第三水平传送链轮(30)呈三角状分布，第二水平链轮(29 )、第三水平链轮(30 )对称分布于机器人架体(I)的端部，第一水平传送链轮(105)、第二水平传送链轮(29)及第三水平传送链轮(30)通过水平传送链条(27)相互连接；机器人架体(I)上设有用于驱动第一水平传送链轮(105)的水平传送驱动电机(26 )，所述水平传送驱动电机(26 )对称分布于机器人架体(I)上；所述机器人架体(I)上设有用于固定轨道架体(42)的轨道固定机构(28)，所述轨道固定机构(28)位于第二水平传送链轮(29 )及第三水平传送链轮(30 )间。
5.根据权利要求4所述的风力机塔筒爬壁机器人，其特征是所述轨道固定机构(28)包括通过轴承(93)安装于机器人架体(I)上的定位轴(94)，所述定位轴(94)的一端穿过机器人架体(I)上的水平定位轴导向孔(31)后伸出机器人架体(1)，另一端与定位板(97)固定连接；定位轴(94 )能在水平定位轴导向孔(31)内水平运动，定位轴(94 )伸出机器人架体(I)外的端部设有定位叉(92)，所述定位叉(92)能与水平传送链条(27)紧固连接；定位板(97)邻近机器人架体(I)的一侧设有轨道固定电磁铁(95)，所述轨道固定电磁铁(95)内设有对称分布的轨道固定复位弹簧(96)，所述轨道固定复位弹簧(96)上设有定位销(91)，所述定位销(91)与传送定位孔(23)相匹配，且定位销(91)能伸入传送定位孔(23)内。
6.根据权利要求5所述的风力机塔筒爬壁机器人，其特征是所述吸附轨道垂直传送机构(25 )包括对称分布于机器人架体(I)上的垂直定位轴导向孔(41),所述垂直定位轴导向孔(41)沿机器人架体(I)的长度分布，垂直定位轴导向孔(41)内设有轨道固定机构(28)，导轨固定装置(28)的定位轴(94)能在垂直定位轴导向孔(41)内垂直运动；垂直定位轴导向孔(41)的上端设有第一垂直传送链轮(38)及第二垂直传送链轮(39)，第一垂直传送链轮(38)的下方设有第三垂直传送链轮(36)，第三垂直传送链轮(36)的下方设有第四垂直传送链轮(28)，第一垂直传送链轮(38)、第二垂直传送链轮(39)、第三垂直传送链轮(36 )及第四垂直传送链轮(106 )通过垂直传送链条(37 )相互连接，机器人架体(I)上设有用于驱动第四垂直传送链轮(106)运动的垂直传送驱动电机(12)，所述垂直传送驱动电机(12)对称分布于机器人架体(I)上。
7.根据权利要求I所述的风力机塔筒爬壁机器人，其特征是所述机械手(10)包括前肢(32)、小臂(33)及大臂(34)，所述大臂(34)通过底座(35)、机械手运动驱动机构(9)安装于工作台(11)上，机械手(10 )通过机械手运动驱动机构(9 )在工作台(11)上运动；所述前肢(32 )包括第二前肢架(50 )，所述第二前肢架(50 )的一端设有第一前肢架(49 )，另一端设有小臂架(59)，第二前肢架(50)通过第一转轴(51)与第一前肢架(49)相连，第一前肢架(49 )能绕第一转轴(51)转动，第二前肢架(50 )能相对小臂架(59 )转动；小臂架(59 )内的两端分别设有第一转动驱动电机(58)及第第二转动驱动电机(60)，第一转动驱动电机(58)的输出轴穿过小臂架(59)及第二前肢架(50)后伸入第二前肢架(50)内，第一转动驱动电机(50)输出轴的端部设有第二圆锥齿轮(53)，所述第二圆锥齿轮(53)与第一转动轴(51)上的第一圆锥齿轮(52)相啮合，第一转动轴(51)上设有用于将第一前肢架(49)与第一转动轴(51)固定的第一刹车机构； 小臂架(59)内设置第二转动驱动电机(60)的端部通过第二转轴(63)与大臂架(64)相连，小臂架(59)能绕第二转轴(63)转动；第二转动驱动电机(60)的输出轴伸入大臂架(64)内，且第二转动驱动电机(60)的输出轴上设有第三圆锥齿轮(63)，所述第三圆锥齿轮(64)与第二转轴(63)上的第四圆锥齿轮(64)相啮合； 大臂架(64)的下方设有底座(35 )，所述底座(35 )包括底座连接架(90 )，所述底座连接架(90 )通过第三转轴(67 )与大臂架(64)相连，大臂架(64)能绕第三转轴(67 )转动；大臂架(64)内第三转动驱动电机(65)的输出轴上设有第五圆锥齿轮(66)，所述第五圆锥齿轮(66)与第三转轴(67)上的第六圆锥齿轮(68)相啮合，且第六圆锥齿轮(68)与第七圆锥齿轮(69)相啮合，第七圆锥齿轮(69)与第五圆锥齿轮(66)位于第三转轴(67)的两侧；第三转轴(67)上设有用于将大臂架(64)与第三转轴(67)固定的第二刹车机构；第七圆锥齿轮(69)位于第四转轴(74)的一端端部，第四转轴(74)通过空轴(75)及轴向推力轴承(76)安装于立柱(77)内。
8.根据权利要求7所述的风力机塔筒爬壁机器人，其特征是所述机械手运动驱动机构(9 )包括位于工作台(11)上的丝杠(48 )，所述丝杠(48 )上设有滑块(47 )，所述滑块(47 )能与丝杠(48 )相对运动；底座(35 )通过滑块(47 )安装于工作台(11)上。
9.根据权利要求I所述的风力机塔筒爬壁机器人，其特征是所述机器人架体(I)上设有用于保护机器人架体(I)的应急机构(14),风力机塔筒(15)上设有若干对称分布的塔筒支撑臂(6 )，所述塔筒支撑臂(6 )上设有应急支撑卡口( 7 )，所述应急支撑卡口( 7 )与应急机构(14)内的应急拉绳(87)相匹配。
10.根据权利要求9所述的风力机塔筒爬壁机器人，其特征是所述应急机构(14)包括对称分布于机器人架体(I)两侧的应急支撑臂(88)，所述应急支撑臂(88)上设有若干拉绳支撑架(86 )，应急拉绳(87 )的两端均设有配重球(89 )，应急拉绳(87 )通过拉绳支撑架(86 )及抓绳机构放置于应急支撑臂(88)上。
全文摘要
本发明涉及一种风力机塔筒爬壁机器人，其包括机器人架体；机器人架体内设有电磁吸附机构，机器人架体能通过电磁吸附机构吸附于风力机塔筒上，电磁吸附机构包括第一吸附轨道及第二吸附轨道，机器人架体内设有爬壁机构，爬壁机构与第一吸附轨道、第二吸附轨道匹配，机器人架体通过爬壁机构能在第一吸附轨道、第二吸附轨道上运动，以在风力机塔筒上升降；机器人架体上设有吸附轨道水平传送机构及吸附轨道垂直传送机构，第一吸附轨道、第二吸附轨道能通过吸附轨道水平传送机构、吸附轨道垂直传送机构传送后在风力机塔筒上交替排布；机器人架体上设有工作台，工作台上设有机械手。本发明结构紧凑，能在风力机塔筒上升降，使用成本低，安全可靠。
文档编号B62D57/024GK102700645SQ201210174039
公开日2012年10月3日 申请日期2012年5月30日 优先权日2012年5月30日
发明者白瑞林, 闵宽亮 申请人:江南大学