专利摘要

本发明公开一种爬壁式船舶焊缝检测机器人，包含：机器人外壳；检测焊缝的探测仪；若干套切比雪夫连杆行走机构，包含切比雪夫连杆和交替进行移动的两只电磁式行走足，行走足通电时依靠电磁力吸附在船体表面，其断电时进行移动；若干个相位凸轮，控制行走足通电或断电；若干个步进电机，作为动力源；若干根传动轴，步进电机通过传动轴带动切比雪夫连杆转动，带动行走足移动，机器人移动，机器人移动到位后，按下遥控器上的“固定”按钮，机器人吸附在船体表面，并按下“检测”按钮后，探测仪对焊缝进行检测。本发明极大降低了高空作业带来的危险，大大提高船舶检验效率，检测装置可根据需要移动进行不同部位处焊缝的检测，结构简单，操作方便。

权利要求

1.一种爬壁式船舶焊缝检测机器人，其特征在于，包含：

机器人外壳（1）；

探测仪，检测船舶焊缝；

若干套切比雪夫连杆行走机构（2），包含切比雪夫连杆（21）和交替进行移动的至少两只电磁式行走足，所述行走足连接于所述切比雪夫连杆的下部，所述行走足通电时依靠电磁力吸附在船体表面，其断电时进行移动；

若干个相位凸轮（3），控制所述行走足（22）轮流通电或断电；

若干个步进电机（5），作为所述机器人的行走动力源；

若干根传动轴（4），分别与所述步进电机（5）和所述切比雪夫连杆（21）连接，所述步进电机（5）通过所述传动轴（4）带动所述切比雪夫连杆（21）转动，带动所述行走足（22）移动，带动所述机器人移动；当所述机器人移动到位后，通过按下遥控器上的固定按钮，使所述机器人吸附在船体表面，并按下所述遥控器上的检测按钮后，所述探测仪对焊缝进行检测；

所述步进电机（5）的数目为四个，所述传动轴（4）的数目为四根，所述切比雪夫连杆行走机构（2）的数目为八套，所述相位凸轮（3）的数目为八个，每套切比雪夫连杆行走机构（2）均包含有两只电磁式行走足，分别为第一行走足和第二行走足；

每个所述传动轴（4）上安装有一个所述步进电机（5），所述机器人横向方向上分布有两根传动轴（4）以及其纵向方向上分布有两根传动轴（4），每根传动轴（4）的两端均与一套所述切比雪夫连杆行走机构（2）连接；

所述切比雪夫连杆（21）包含：

转动杆（211），与所述传动轴（4）连接，所述传动轴（4）的转动带动所述转动杆（211）进行转动；

横杆（212），其在中间位置与所述转动杆（211）的下端铰链连接；

两根连杆（213），其各自的上端均与所述转动杆（211）的上端铰链连接；

两根中间连杆（214），其各自的下端分别与对应的所述连杆（213）中间位置铰链连接，所述横杆（212）的横向两端分别与两根中间连杆（214）的上端铰链连接；

其中，各所述连杆（213）的下端分别连接有一行走足，当所述传动轴（4）带动转动杆（211）转动后，每套切比雪夫连杆行走机构（2）的两只行走足轮流交替地移动。

2.如权利要求1所述的爬壁式船舶焊缝检测机器人，其特征在于，

每个切比雪夫连杆行走机构的第一行走足和第二行走足一只通电，另一只断电。

3.如权利要求2所述的爬壁式船舶焊缝检测机器人，其特征在于，

所述第一行走足只有当接收到相位凸轮信号，且所述固定按钮弹起，所述第一行走足才断电收起；

所述第二行走足只有当接收到相位凸轮反相信号，且所述固定按钮弹起，所述第二行走足才断电收起。

4.如权利要求1所述的爬壁式船舶焊缝检测机器人，其特征在于，

在所述机器人移动前，所述机器人任意相对两侧的多组行走足的间距最小，此时所述机器人中的每组行走足均已通电具有磁性，将所述机器人吸附在船体表面。

5.如权利要求4所述的爬壁式船舶焊缝检测机器人，其特征在于，

当所述机器人需要向一设定方向移动时，按下所述遥控器上的对应方向的移动按钮，使所述相对两侧的多组通电行走足中的第二行走足保持通电状态使其吸附在船体表面，此时该组行走足中的第一行走足断电，与该组行走足对应的步进电机开始转动带动相应传动轴旋转180°，使该第一行走足移动，直至到达最远距离，跨度最大；

然后该第一行走足通电使其吸附到船体表面，第二行走足断电，对应的所述步进电机继续转动带动传动轴旋转180°，使该第一行走足移动，直至回到最小跨度位置，最终机器人完成移动；

其中，上述各个步进电机运转，带动相对两侧的行走足动作，同时其他两侧的步进电机停止工作。

6.如权利要求1所述的爬壁式船舶焊缝检测机器人，其特征在于，

所述步进电机的运行信号由遥控器上各个方向的移动按钮和固定按钮联合控制，当只有移动按钮被按下且固定按钮没有触发时，所述步进电机才运行，用以保证与行走足一致；

当所述固定按钮被按下时，所有的步进电机将立即停止运行。

7.如权利要求1所述的爬壁式船舶焊缝检测机器人，其特征在于，

当所述机器人的所述探测仪对焊缝检测完毕后，松开所述检测按钮，所述探测仪停止工作，再按下另一移动按钮，所述机器人继续移动到下一个检测位置，继续进行检测操作，直到检测完成。

8.如权利要求1或7所述的爬壁式船舶焊缝检测机器人，其特征在于，

所述探测仪为X射线探测仪（6），设置在所述机器人外壳（1）的底部。

说明书

技术领域

本发明涉及船舶焊缝检测领域，特别涉及一种爬壁式船舶焊缝检测机器人。

背景技术

随着世界经济的发展，船舶向着大型化、智能化发展，造船技术也在不断创新。为提高建造效率、缩短造船周期，船厂大多采用分段制造和总体焊接工艺。

船舶制造企业在分段制造完成后，需要对焊缝质量进行检测，大多使用X射线探伤技术对焊缝检查，但现场操作比较繁琐，需要人工完成该项工作，不仅会受到空间的束缚，有时会对人员造成不必要的伤害。特别是船舶结构或船体分段体积庞大，检测范围广，检测人员需要搭脚手架，检测部位经常与脚手架位置发生冲突，还需拆卸部分脚手架，重新安装X射线探伤仪。操作人员爬上爬下，操作检测设备费时费力，检测效率低。

基于上述，研发一种爬壁式船舶焊缝检测机器人来降低高空作业带来的危险和提高船舶检验效率实为必要。

发明内容

本发明提供了一种爬壁式船舶焊缝检测机器人，利用磁电吸附技术和切比雪夫连杆行走机构构成一个船体焊缝检测机器人，由地面操作人员通过手持遥控器控制检测机器人在船舶表面或船体分段表面移动，完成船体焊缝的经验；本发明极大地降低了高空作业带来的危险，大大提高了船舶检验效率，检测装置可以根据需要移动进行不同部位处焊缝的检测，结构简单，操作方便。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种爬壁式船舶焊缝检测机器人，包含：

机器人外壳；

检测焊缝的探测仪，设置在所述机器人外壳的底部；

若干套切比雪夫连杆行走机构，包含切比雪夫连杆和交替进行移动的至少两只电磁式行走足，所述行走足连接于所述切比雪夫连杆的下部，所述行走足通电时依靠电磁力吸附在船体表面，其断电时进行移动；

若干个相位凸轮，控制所述行走足轮流通电或断电；

若干个步进电机，作为所述机器人的行走动力源；

若干根传动轴，分别与所述步进电机和所述切比雪夫连杆连接，所述步进电机通过所述传动轴带动所述切比雪夫连杆转动，带动所述行走足移动，带动所述机器人移动，当所述机器人移动到位后，通过按下遥控器上的“固定”按钮，使所述机器人吸附在船体表面，并按下所述遥控器上的“检测”按钮后，所述探测仪对焊缝进行检测。

优选地，所述步进电机的数目为四个，所述传动轴的数目为四根，所述切比雪夫连杆行走机构的数目为八套，所述相位凸轮的数目为八个，每套切比雪夫连杆行走机构均包含有两只电磁式行走足，分别为第一行走足和第二行走足；

每个所述传动轴上安装有一个所述步进电机，所述机器人横向方向上分布有两根传动轴以及其纵向方向上分布有两根传动轴，每根传动轴的两端均与一套所述切比雪夫连杆行走机构连接。

优选地，所述切比雪夫连杆包含：

转动杆，与所述传动轴连接，所述传动轴的转动带动所述转动杆进行转动；

横杆，其在中间位置与所述转动杆的下端铰链连接；

两根连杆，其各自的上端均与所述转动杆的上端铰链连接；

两根中间连杆，其各自的下端分别与对应的所述连杆中间位置铰链连接，所述横杆的横向两端分别与两根中间连杆的上端铰链连接；其中，各个所述连杆的下端分别连接有一行走足，当所述传动轴带动转动杆转动后，每套切比雪夫连杆行走机构的两只行走足轮流交替地移动。

优选地，每个切比雪夫连杆行走机构的第一行走足和第二行走足一只通电，另一只断电。

优选地，所述第一行走足只有当接收到相位凸轮信号，且所述“固定”按钮弹起，所述第一行走足才断电收起，所述第二行走足只有当接收到相位凸轮反相信号，且所述“固定”按钮弹起，所述第二行走足才断电收起。

优选地，在所述机器人移动前，所述机器人任意相对两侧的多组行走足的间距最小，此时所述机器人中的每组行走足均已通电具有磁性，将所述机器人吸附在船体表面。

优选地，当所述机器人需要向一设定方向移动时，按下所述遥控器上的对应的方向移动按钮，使所述相对两侧的多组通电行走足中的第二行走足保持通电状态使其吸附在船体表面，此时该多组行走足中的第一行走足断电，与该组行走足对应的步进电机开始转动带动相应传动轴旋转180°，使该第一行走足移动，直至到达最远距离，跨度最大；然后该第一行走足通电使其吸附到船体表面，该第二行走足再断电，对应的所述各个步进电机继续转动带动传动轴旋转180°，使该第二行走足移动，直至回到最小跨度位置，最终机器人完成移动；其中，上述各个步进电机运转，带动行走足动作，同时其他的步进电机停止工作。

优选地，所述步进电机的运行信号由遥控器上的各个方向的移动按钮和“固定”按钮联合控制，当只有移动按钮被按下且“固定”按钮没有触发时，所述步进电机才会运行，用以保证与行走足的一致。当所述“固定”按钮被按下时，所有的步进电机将立即停止运行。

优选地，当所述机器人的所述探测仪对焊缝检测完毕后，松开所述“检测”按钮，所述检测仪停止工作，再按下另一移动按钮，所述机器人继续移动到下一个检测位置，继续进行检测操作，直到检测完成。

优选地，所述探测仪为X射线探测仪。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：(1)本发明采用八套切比雪夫连杆的行走机构，可以保证检测机器人在船体表面行走时至少有四只行走足吸附在船体上；(2)本发明中由相位凸轮和“固定”按钮联合控制行走足的通/断电信号，使切比雪夫连杆行走机构上的两只行走足交替通电，保证了两只行走足动作的协调一致；(3)本发明中由移动按钮和“固定”按钮信号联合控制步进电机的运行，避免了因手持式遥控器按钮的误触发而导致步进电机的异常运行；(4)本发明通过手持式遥控器的操作，检测员可方便地控制检测机器人的位置，并记录和保存船体焊缝的检测数据，操作安全、方便；(5)本发明可以避免船体焊缝检测的高空作业危险，提高船舶检验效率。

附图说明

图1-图2为本发明的爬壁式船舶焊缝检测机器人结构图；

图3为本发明的机器人行走足布置图；

图4为本发明的步进电机布置图；

图5为本发明的爬壁式船舶焊缝检测机器人连杆机构图；

图6为本发明的行走机器人移动前位置图；

图7为本发明的行走机器人右足行走中示意图；

图8为本发明的行走机器人右足行走到位示意图；

图9为本发明的行走机器人左足行走中示意图；

图10为本发明的行走机器人左足行走到位示意图；

图11为本发明的右侧行走足通电控制逻辑示意图；

图12为本发明的左侧行走足通电控制逻辑示意图；

图13为本发明的右侧足控制时序示意图；

图14为本发明的左侧足控制时序示意图；

图15为本发明的1#步进电机运行控制逻辑示意图；

图16为本发明的2#步进电机运行控制逻辑示意图；

图17为本发明的相位凸轮示意图；

图18为本发明的爬壁式船舶焊缝检测机器人遥控器示意图。

具体实施方式

通过阅读参照图1～图18所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的特征、目的和优点将会变得更明显。参见示出本发明实施例的图1～图18，下文将更详细的描述本发明。然而，本发明可以由许多不同形式实现，并且不应解释为受到在此提出的实施例的限制。

如图1-图3结合所示，本发明的爬壁式船舶焊缝检测机器人包括机器人外壳1、若干套切比雪夫连杆行走机构2、若干个个相位凸轮3、若干根传动轴4、若干只步进电机5和X射线探测仪6。机器人由步进电机5作为动力源，步进电机5通过传动轴4带动切比雪夫连杆行走机构2转动，实现机器人的移动。X射线探测仪6安装在机器人外壳1的底部，用于对焊缝进行检测。

优选地，所述机器人包含一机器人外壳1、八套切比雪夫连杆行走机构2、八个相位凸轮3、四根传动轴4、四个步进电机5(分别为1号步进电机5-1、2号步进电机5-2、3号步进电机5-3和4号步进电机5-4)和一台X射线探测仪6。

四根传动轴4纵横交错地连接在机器人外壳1内部且两端穿出机器人外壳1，机器人的横向方向上分布两根传动轴4以及其纵向方向上分布两根传动轴4。每根传动轴4上均安装有一个步进电机5，该步进电机5作为动力源，带动传动轴4转动。该传动轴4穿出机器人外壳1的两端均与一切比雪夫连杆行走机构2连接，用以实现机器人的移动。

如图1和图5结合所示，每套切比雪夫连杆行走机构2包含切比雪夫连杆21和两只电磁式行走足22(分别为左足和右足)；每个切比雪夫连杆21包含一根转动杆211、一根横杆212、两根连杆213、两根中间连杆214。

其中，转动杆211与传动轴4连接，由传动轴4带动该转动杆211转动；转动杆211的上端分别与两根连杆213的顶部进行铰链连接，转动杆211的下端与横杆212的中间位置进行铰链连接，该横杆212横向两端分别与两根中间连杆214的上端进行铰链连接，各个中间连杆214的下端分别与各个对应的连杆213的中间位置进行铰链连接，两根连杆213的下端分别与左足22a和右足22b连接。当传动轴4带动转动杆211转动后，可以实现两只行走足轮流交替地移动。

如图3和图4结合所示，每套行走的切比雪夫连杆行走机构2有两只磁电式行走足轮流动作，行走足通电时靠电磁力吸附在船体表面，在断电时才可移动。

机器人通过设置八套切比雪夫连杆行走机构2，则共包含十六只行走足。1号步进电机5-1对应的两个行走机构为第一套切比雪夫连杆行走机构2-1和第三套切比雪夫连杆行走机构2-3，2号步进电机5-2对应的两个行走机构为第二套切比雪夫连杆行走机构2-2和第四套切比雪夫连杆行走机构2-4，3号步进电机5-3对应的两个行走机构为第五套切比雪夫连杆行走机构2-5和第七套切比雪夫连杆行走机构2-7，4号步进电机5-4对应的两个行走机构为第六套切比雪夫连杆行走机构2-6和第八套切比雪夫连杆行走机构2-8。

其中，1#小足、2#小足作为第一套切比雪夫连杆行走机构2-1的两只行走足，3#小足、4#小足作为第二套切比雪夫连杆行走机构2-2的两只行走足，5#小足、6#小足作为第三套切比雪夫连杆行走机构2-3的两只行走足，7#小足、8#小足作为第四套切比雪夫连杆行走机构2-4的两只行走足，9#小足、10#小足作为第五套切比雪夫连杆行走机构2-5的两只行走足，11#小足、12#小足作为第六套切比雪夫连杆行走机构2-6的两只行走足，13#小足、14#小足作为第七套切比雪夫连杆行走机构2-7的两只行走足，15#小足、16#小足作为第八套切比雪夫连杆行走机构2-8的两只行走足。

当在机器人移动前，机器人两只行走足的间距(即每套切比雪夫连杆行走机构中一对行走足之间的距离)最小，如图6所示，例如前后两侧的四组行走足，分别为1#小足和2#小足，3#小足和4#小足，5#小足和6#小足，7#小足和8#小足这四组，此时机器人中的四组行走足均已通电具有磁性，将机器人牢固地吸附在船舶表面。其中，图4中的X轴正向为右，X轴负向为左，Y轴的正向为前，Y轴的负向为后。

以下通过一个具体实施例，详细说明机器人的移动过程：

以图4为例，当机器人需要向右移动时，按下“→”移动按钮，先使1#、3#、5#、7#小足保持通电状态使其吸附在船体表面，2#、4#、6#、8#小足断电，1号步进电机5-1和2号步进电机5-2开始转动带动对应的传动轴逆时针旋转180°，使2#、4#、6#、8#小足(图7为行走机器人右足行走中示意图)到达最远距离如图8所示，此时这四组行走足(1#小足与2#小足，3#小足与4#小足，5#小足与6#小足，7#小足与8#小足)的跨度最大。

然后，2#、4#、6#、8#小足通电使其吸附到船体表面，1#、3#、5#、7#小足再断电，1号步进电机5-1和2号步进电机5-2继续逆时针转动带动传动轴旋转180°，使1#、3#、5#、7#小足(图9为行走机器人左足行走中示意图)到达新的位置如图10所示，此时这四组行走足又回到最小跨度位置，最终机器人向右移动了一段距离。本发明的机器人还可以向左、向前、向后进行移动，方法同上，在此不做赘述。

机器人移动时一般是两只步进电机通过对应的两根传动轴同时带动四套连杆机构同步转动，这样就保证在移动过程中至少有四只行走足是吸附在船体表面。例如左右移动时，主要依靠1号步进电机和2号步进电机运转，带动前后两侧的连杆行走机构及1#～8#行走足动作，而左右两侧的连杆行走机构及9#～16#行走足停止工作。

当机器人移动到位后，操作人员可按下遥控器上的“固定”按钮，使机器人牢牢地吸附在船体表面，再按下遥控器上的“检测”按钮后，装在机器人腹部的X射线探测仪6可对焊缝进行检测，当检测完毕后，松开“检测”按钮，则X射线检测仪6停止工作；再按下某移动按钮，机器人将继续移动到下一个检测位置，继续上述操作，直到检测完成。

如图11-图14所示，本发明的行走足的断电控制主要是由相位凸轮3(如图17所示)来与切比雪夫连杆行走机构2协调一致，保证任意一套切比雪夫连杆行走机构2中的两只行走足中的一只通电且另一只断电。

例如，右足只有当接收到相位凸轮信号(此时相位信号是高电平如图13所示)，且“固定”按钮弹起(此时“固定”按钮的反相信号是高电平)，右足才断电收起。

左足只有当接收到相位凸轮反相信号(此时相位的反相信号是高电平如图14所示)，且“固定”按钮弹起(此时“固定”按钮的反相信号是高电平)，左足才断电收起。

所以，右足和左足不会同时断电，至少有一只行走足是通电状态以保证机器人一直会吸附在船体表面。而一旦“固定”按钮按下，左、右足都处于通电“放下”的状态。

图15～16为步进电机运行控制逻辑示意图，步进电机的运行信号由“←/→”(或“↑/↓”)移动按钮和“固定”按钮联合控制，如图18所示。只有当“←/→”(或“↑/↓”)移动按钮按下，且“固定”按钮没有触发时，步进电机才会运行，用以保证与行走足的协调一致。一旦“固定”按钮被按下，所有的步进电机将立即停止运行。

综上所述，本发明利用磁电吸附技术和切比雪夫连杆行走机构构成一个船体焊缝检测机器人，由地面操作人员通过手持遥控器控制检测机器人在船舶表面或船体分段表面移动，完成船体焊缝的检验。本发明极大地降低了高空作业带来的危险，大大提高了船舶检验效率，检测装置可以根据需要移动进行不同部位处焊缝的检测，结构简单，操作方便。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

一种爬壁式船舶焊缝检测机器人专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。