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1、(10)申请公布号 CN 103373406 A (43)申请公布日 2013.10.30 CN 103373406 A *CN103373406A* (21)申请号 201210130261.6 (22)申请日 2012.04.27 B62D 57/024(2006.01) (71)申请人 顿向明 地址 200240 上海市闵行区东川路865弄31 号 502 室 (72)发明人 顿向明 山磊 (74)专利代理机构 上海智信专利代理有限公司 31002 代理人 邓琪 (54) 发明名称 一种爬壁机器人 (57) 摘要 本发明提供了一种爬壁机器人， 具有一行走 控制底盘， 该行走控制底盘包括 。
2、： 吸附装置， 用于 使爬壁机器人在任何方向上都能依附在储油罐 壁 ； 连杆机构， 与吸附装置机械连接， 通过连杆机 构的运动， 使爬壁机器人在储油罐壁行走 ； 以及 多个驱动轮， 与储油罐壁接触， 且刚性连接至连杆 机构， 当连杆机构中的连杆沿某一支点顺时针或 逆时针旋转时， 驱动轮抬升或下压储油罐壁。 采用 本发明， 通过吸附装置将其牢固地依附在储油罐 壁的表面， 并且利用连杆机构的运动来带动驱动 轮向前滚动， 从而实现在储油罐壁任意方向上的 自由行走。 相比于现有技术， 该爬壁机器人可降低 储油罐壁的检测成本， 提高工作效率， 而且无需人 工在危险作业环境中进行油罐清洗和检测。 (51)。
3、Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103373406 A CN 103373406 A *CN103373406A* 1/1 页 2 1. 一种爬壁机器人， 适于在储油罐壁行走， 其特征在于， 所述爬壁机器人具有一行走控 制底盘， 并且该行走控制底盘包括 ： 吸附装置， 用于使所述爬壁机器人在任何方向上都能依附在所述储油罐壁 ； 连杆机构， 与所述吸附装置机械连接， 通过所述连杆机构的运动， 使所述爬壁机器人在 所述储油罐壁行走 ； 以及 。
4、多个驱动轮， 与所述储油罐壁接触， 且刚性连接至所述连杆机构， 当所述连杆机构中的 连杆沿某一支点顺时针或逆时针旋转时， 所述驱动轮抬升或下压所述储油罐壁。 2. 根据权利要求 1 所述的爬壁机器人， 其特征在于， 所述连杆机构包括一第一连杆和 一第二连杆， 所述多个驱动轮包括一第一驱动轮、 一第二驱动轮和一第三驱动轮， 其中， 所述第一驱动轮和所述第三驱动轮分别位于所述爬壁机器人的头部和尾部， 所 述第二驱动轮位于所述爬壁机器人的中部， 所述第一连杆的一端连接至所述第一驱动轮， 所述第二连杆的一端连接至所述第三驱动轮， 并且所述第一连杆和所述第二连杆藉由一连 接板连接至所述第二驱动轮。 3.。
5、 根据权利要求 1 所述的爬壁机器人， 其特征在于， 所述行走控制底盘还包括 ： 驱动电机， 用于提供所述爬壁机器人沿所述储油罐壁行走时的驱动力， 该驱动力藉由 传动机构传送至所述多个驱动轮 ； 以及 转向电机， 用于提供所述爬壁机器人在所述储油罐壁转向时的转向力， 该转向力藉由 相应的转向摆杆传送至所述多个驱动轮， 以调整所述驱动轮的转向角度。 4. 根据权利要求 1 所述的爬壁机器人， 其特征在于， 所述吸附装置还包括 ： 磁铁， 与所述储油罐壁构成磁性吸引的两磁极， 从而产生磁吸力 ； 压力传感器， 用于检测所述磁吸力的变化 ； 以及 磁铁电机， 当所述储油罐壁出现焊缝时， 根据所述磁吸。
6、力的变化来调节所述磁铁与所 述储油罐壁之间的距离。 5. 根据权利要求 4 所述的爬壁机器人， 其特征在于， 当所述压力传感器检测到磁吸力 减小时， 所述磁铁电机将磁铁向下推出， 以便缩短所述磁铁与所述储油罐壁的距离， 使调整 后的磁吸力增加至一预设阈值。 6. 根据权利要求 4 所述的爬壁机器人， 其特征在于， 当所述压力传感器检测到磁吸力 增加时， 所述磁铁电机将磁铁向上拉起， 以便增大所述磁铁与所述储油罐壁的距离， 使调整 后的磁吸力减小至一预设阈值。 7. 根据权利要求 1 所述的爬壁机器人， 其特征在于， 当所述储油罐壁出现焊缝时， 藉由 所述连杆机构来减小爬壁机器人行走时的颠簸幅度。
7、。 8. 根据权利要求 7 所述的爬壁机器人， 其特征在于， 所述焊缝为 T 型结构， 位于所述储 油罐的底部边缘板和侧板之间。 权 利 要 求 书 CN 103373406 A 2 1/4 页 3 一种爬壁机器人 技术领域 0001 本发明涉及行走机器人技术领域， 尤其涉及一种用于储油罐壁的爬壁机器人。 背景技术 0002 在石油化工行业中， 储油罐或储液罐是用来存储油品或化学溶液的容器。以油库 为例， 储油罐是主要的存储设备， 例如， 普通储油罐一般采用 A3F 的平炉沸腾钢 ； 寒冷地区 一般采用 A3 平炉镇静钢 ； 超过 10000 立方米的大容积储油罐采用高强度的低合金钢。无论 采。
8、用哪种钢作为储油罐的制成材料， 对储油罐的安全检测都是一项十分重要的工作， 尤其 是要加强储油罐焊缝及其附近微裂纹的检测。虽然裂纹很微小， 却会对储油罐造成极大危 害， 导致油罐破裂、 油品泄露、 爆炸等诸多严重后果。 0003 此外， 储油罐或储液罐中储存的物质大多具有易燃、 易爆和毒害性。 在使用一段时 间后， 油品中的杂质就会沉积在储油罐的罐底和罐壁上， 使储油罐的有效容量减少， 影响储 油罐的存储效率。 同时， 由于石化产品具有强腐蚀性， 容易对储油罐尤其是油罐内壁表面产 生腐蚀作用。需要指出的是， 由于储油罐底部边缘板和壁板之间常采用 T 型焊缝结构， 该 T 型焊缝内部的缺陷对储油。
9、罐的安全运行危害极大。因此， 储油罐需要定期进行检修并清除 罐内淤渣， 延长其使用寿命。 0004 在现有技术中， 传统的油罐清洗和检测方法主要通过人工完成， 然而， 人工清洗方 法劳动强度大、 施工周期长、 安全性差， 并且油品的回收率低， 还会造成周边环境被污染。 有 鉴于此， 如何基于机器人技术来设计出一种自动清洗和检测的机械装置， 从而解决或消除 现有方式中的缺陷， 是业内相关技术人员亟待解决的一项课题。 发明内容 0005 针对现有技术中在清洗和检测储油罐时所存在的上述缺陷， 本发明提供了一种用 于储油罐的爬壁机器人。 0006 依据本发明的一个方面， 提供了一种爬壁机器人， 适于在。
10、储油罐壁行走， 其中， 该 爬壁机器人具有一行走控制底盘， 并且该行走控制底盘包括 ： 0007 吸附装置， 用于使所述爬壁机器人在任何方向上都能依附在所述储油罐壁 ； 0008 连杆机构， 与所述吸附装置机械连接， 通过所述连杆机构的运动， 使所述爬壁机器 人在所述储油罐壁行走 ； 以及 0009 多个驱动轮， 与所述储油罐壁接触， 且刚性连接至所述连杆机构， 当所述连杆机构 中的连杆沿某一支点顺时针或逆时针旋转时， 所述驱动轮抬升或下压所述储油罐壁。 0010 在一实施例中， 连杆机构包括一第一连杆和一第二连杆， 所述多个驱动轮包括一 第一驱动轮、 一第二驱动轮和一第三驱动轮， 0011 。
11、其中， 所述第一驱动轮和所述第三驱动轮分别位于所述爬壁机器人的头部和尾 部， 所述第二驱动轮位于所述爬壁机器人的中部， 所述第一连杆的一端连接至所述第一驱 动轮， 所述第二连杆的一端连接至所述第三驱动轮， 并且所述第一连杆和所述第二连杆藉 说 明 书 CN 103373406 A 3 2/4 页 4 由一连接板连接至所述第二驱动轮。 0012 在一实施例中， 该行走控制底盘还包括 ： 驱动电机， 用于提供所述爬壁机器人沿所 述储油罐壁行走时的驱动力， 该驱动力藉由传动机构传送至所述多个驱动轮 ； 以及转向电 机， 用于提供所述爬壁机器人在所述储油罐壁转向时的转向力， 该转向力藉由相应的转向 摆。
12、杆传送至所述多个驱动轮， 以调整所述驱动轮的转向角度。 0013 在一实施例中， 该吸附装置还包括 ： 磁铁， 与所述储油罐壁构成磁性吸引的两磁 极， 从而产生磁吸力 ； 压力传感器， 用于检测所述磁吸力的变化 ； 以及磁铁电机， 当所述储 油罐壁出现焊缝时， 根据所述磁吸力的变化来调节所述磁铁与所述储油罐壁之间的距离。 例如， 当所述压力传感器检测到磁吸力减小时， 所述磁铁电机将磁铁向下推出， 以便缩短所 述磁铁与所述储油罐壁的距离， 使调整后的磁吸力增加至一预设阈值。 又如， 当所述压力传 感器检测到磁吸力增加时， 所述磁铁电机将磁铁向上拉起， 以便增大所述磁铁与所述储油 罐壁的距离， 使。
13、调整后的磁吸力减小至一预设阈值。 0014 在一实施例中， 当所述储油罐壁出现焊缝时， 藉由所述连杆机构来减小爬壁机器 人行走时的颠簸幅度。例如， 该焊缝为 T 型结构， 位于所述储油罐的底部边缘板和侧板之 间。 0015 采用本发明的爬壁机器人， 通过吸附装置将其牢固地依附在储油罐壁的表面， 并 且利用连杆机构的圆周运动来带动驱动轮向前滚动， 从而实现在储油罐壁任意方向上的自 由行走。相比于现有技术， 该爬壁机器人可降低储油罐壁的检测成本， 提高工作效率， 而且 无需人工在危险作业环境中进行油罐清洗和检测。 此外， 当储油罐壁出现焊缝时， 该连杆机 构还可减小爬壁机器人行走时的颠簸幅度， 保。
14、持爬壁机器人运动时的平稳性。 附图说明 0016 读者在参照附图阅读了本发明的具体实施方式以后， 将会更清楚地了解本发明的 各个方面。其中， 0017 图 1 示出依据本发明的一具体实施方式， 爬壁机器人的行走控制底盘的侧视图 ； 以及 0018 图 2 示出图 1 中的行走控制底盘的驱动机构和转向机构的结构示意图。 具体实施方式 0019 为了使本申请所揭示的技术内容更加详尽与完备， 可参照附图以及本发明的下述 各种具体实施例， 附图中相同的标记代表相同或相似的组件。 然而， 本领域的普通技术人员 应当理解， 下文中所提供的实施例并非用来限制本发明所涵盖的范围。 此外， 附图仅仅用于 示意性。
15、地加以说明， 并未依照其原尺寸进行绘制。 0020 下面参照附图， 对本发明各个方面的具体实施方式作进一步的详细描述。 0021 图 1 示出依据本发明的一具体实施方式， 爬壁机器人的行走控制底盘的侧视图。 0022 参照图1， 适于在储油罐壁行走的该爬壁机器人具有一行走控制底盘。 该行走控制 底盘包括吸附装置、 连杆机构和多个驱动轮。 其中， 该吸附装置使爬壁机器人在任何方向上 都能依附在储油罐壁。 该连杆机构与吸附装置机械连接， 通过该连杆机构的运动， 使爬壁机 器人在储油罐壁行走。 多个驱动轮与储油罐壁接触， 且刚性连接至连杆机构， 当连杆机构中 说 明 书 CN 103373406 A。
16、 4 3/4 页 5 的连杆沿某一支点顺时针或逆时针旋转时， 一部分驱动轮抬升以脱离该储油罐壁的表面， 一部分驱动轮下压储油罐壁， 以确保该爬壁机器人仍然能够依附在储油罐壁。 0023 在一具体实施例中， 该连杆机构包括一第一连杆 7 和一第二连杆 3， 多个驱动轮包 括一第一驱动轮 9、 一第二驱动轮 10 和一第三驱动轮 11。其中， 第一驱动轮 9 和第三驱动 轮11分别位于爬壁机器人的头部和尾部， 第二驱动轮10位于爬壁机器人的中部， 第一连杆 7 的一端连接至第一驱动轮 9， 连接位置如点 A 所示。第二连杆 3 的一端连接至第三驱动轮 11， 连接位置如点 E 所示。第一连杆 7 。
17、和第二连杆 3 藉由一连接板 2 连接至第二驱动轮 10， 连接板 2 与第二驱动轮 10 的连接位置如点 C 所示。另外， 连杆 7 与吸附装置的磁铁电机 1 连接 ( 连接位置如点 B 所示 )， 连杆 3 与吸附装置的磁铁电机 1 连接 ( 连接位置如点 D 所 示 )。 0024 在一具体实施例中， 该吸附装置还包括两个磁铁 13、 与磁铁一一对应的磁铁电机 1和一压力传感器12。 磁铁电机1与储油罐壁构成磁性吸引的两磁极， 从而产生磁吸力。 压 力传感器 12 设置于磁铁 13 与磁铁电机 1 的连接处， 用于检测磁铁 13 与储油罐壁之间磁吸 力的变化。 0025 当储油罐壁出现焊。
18、缝时， 藉由该连杆机构来减小爬壁机器人行走时的颠簸幅度。 如图 1 所示， 驱动轮 9、 10 和 11 全部附着在弧形的储油罐壁表面， 当爬壁机器人前方出现焊 缝 8 时， 由于连杆 7 的作用， 驱动轮 9 将被抬升， 即连接点 A 沿竖直方向上升， 从而使连杆 7 围绕支点 B 顺时针旋转。相应地， 连接板 2 围绕连接点 C 逆时针旋转， 同时该连接点 C 在竖 直方向下移一段距离。类似地， 连杆 3 围绕支点 D 顺时针旋转， 连接点 E 在竖直方向也下移 一段距离。由此可知， 即使在储油罐壁的表面出现焊缝 8 等障碍时， 行走控制底盘的驱动轮 仍然可完全依附在储油罐壁。 0026 。
19、此外， 行走控制底盘的驱动轮 ( 如驱动轮 9) 在越障时， 车体平面相对于储油罐壁 表面的距离是增加的， 倘若吸附装置的磁铁 13 位置不变， 则磁吸力将会减小， 进而有可能 导致车体从储油罐壁掉落。在一实施例中， 为保证磁吸力不变， 磁铁 13 与磁铁电机 1 连接 处装有压力传感器 12， 利用磁铁电机 1 来调节磁铁 13 与储油罐壁之间的距离。例如， 当压 力传感器 12 检测到磁吸力减小时， 磁铁电机 1 将磁铁 13 向下推出， 以便缩短磁铁 13 与储 油罐壁的距离， 使调整后的磁吸力增加至一预设阈值 ( 该预设阈值足以使爬壁机器人依附 于储油罐壁)。 又如， 当压力传感器检测。
20、到磁吸力增加时， 所述磁铁电机将磁铁向上拉起， 以 便增大所述磁铁与所述储油罐壁的距离， 使调整后的磁吸力减小至一预设阈值。 0027 图 2 示出图 1 中的行走控制底盘的驱动机构和转向机构的结构示意图。 0028 参照图2， 该行走控制底盘还包括驱动电机和转向电机。 驱动电机6用于提供爬壁 机器人沿储油罐壁行走时的驱动力， 该驱动力藉由传动机构传送至多个驱动轮。转向电机 20、 21 和 22 用于提供爬壁机器人在储油罐壁转向时的转向力， 该转向力藉由相应的转向摆 杆 20 传送至多个驱动轮， 以调整驱动轮的转向角度。 0029 具体地， 驱动电机6输出动力， 传动轴17(或传动轴18)获。
21、得该动力后， 齿轮组14、 15 和 16 将来自传动轴 17( 或传动轴 18) 的动力分别传递到驱动轮 9、 10 和 11 上， 实现爬壁 机器人在储油罐壁的行走。当车体转弯时， 通过转向电机 21、 22 和 23 与转向摆杆 20 来实 现驱动轮的转向。 0030 采用本发明的爬壁机器人， 通过吸附装置将其牢固地依附在储油罐壁的表面， 并 说 明 书 CN 103373406 A 5 4/4 页 6 且利用连杆机构的圆周运动来带动驱动轮向前滚动， 从而实现在储油罐壁任意方向上的自 由行走。相比于现有技术， 该爬壁机器人可降低储油罐壁的检测成本， 提高工作效率， 而且 无需人工在危险作。
22、业环境中进行油罐清洗和检测。 此外， 当储油罐壁出现焊缝时， 该连杆机 构还可减小爬壁机器人行走时的颠簸幅度， 保持爬壁机器人运动时的平稳性。 0031 对于本领域技术人员而言， 显然本发明不限于上述示范性实施例的细节， 而且在 不背离本发明的精神或基本特征的情况下， 能够以其他的具体形式实现本发明。 因此， 无论 从哪一点来看， 均应将实施例看作是示范性的， 而且是非限制性的， 本发明的范围由所附权 利要求而不是上述说明限定， 因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有 变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此 外， 显然 “包括” 一词不排除。
23、其他组件或步骤， 单数不排除复数。系统权利要求中陈述的多 个组件或装置也可以由一个组件或装置通过软件或者硬件来实现。术语 “第一” 、“第二” 等 词语仅仅用来表示名称， 而并不表示任何特定的顺序。 0032 上文中， 参照附图描述了本发明的具体实施方式。 但是， 本领域中的普通技术人员 能够理解， 在不偏离本发明的精神和范围的情况下， 还可以对本发明的具体实施方式作各 种变更和替换。这些变更和替换都落在本发明权利要求书所限定的范围内。 说 明 书 CN 103373406 A 6 1/2 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 103373406 A 7 2/2 页 8 图 2 说 明 书 附 图 CN 103373406 A 8 。