CN101704247B - 两栖仿生变磁力吸盘 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种两栖仿生变磁力吸盘，包括驱动系统、设在驱动系统下部的磁吸附系统、设在驱动系统与磁吸附系统间的静密封系统和动密封系统，减速器输出轴与丝杠轴套连接，丝杠轴套上套装有动密封盖，动密封盖与丝杠轴套之间夹着格莱圈和毛毡，在丝杠轴套上连接有螺母套，在螺母套上有由磁盘N极和磁盘S极构成的磁吸盘，减速器与静密封盖相连接，静密封盖、动密封盖和驱动系统密封箱之间联接起来，静密封盖与驱动系统密封箱头部之间夹有上部O型密封圈，静密封盖与动密封盖之间夹有下部O型密封圈，该吸盘在一定范围内磁吸力可调，能适应复杂多变的水陆两栖环境，不仅作为水下和水上磁性结构物壁面上行走机器人的吸附装置，还可作为微小型武器的载体。
Description
技术领域
本发明涉及一种不仅可作为水上和水下磁性结构物壁面上行走机器人的吸附装置，还可作为微小型武器载体的两栖仿生变磁力吸盘。
背景技术
水下环境下的作业，例如清刷、检测、焊接和喷涂等，一直以来都由潜水员来完成。潜水员在此水下环境下作业，劳动强度大，作业效率低。目前急需水下特种作业机器人，来代替潜水员水下作业。水下特种作业机器人由行走机构、作业机构和控制系统等组成。两栖仿生变磁力吸盘是水下特种作业机器人行走机构的一种装置，它的性能好坏直接影响水下特种作业机器人的发展。
目前国内外有关两栖仿生变磁力吸盘的研究资料尚未见到报导。
对比文献1(王军波，陈强，孙振国.爬壁机器人变磁力吸附单元的优化设计[J].清华大学学报(自然科学版)，2003，43(2)：214-217和226页)给出了王军波、陈强和孙振国几位老师，为解决磁吸附爬壁机器人吸附能力和运动性能之间的矛盾，设计的一种磁吸力可调的吸附单元。该吸附单元虽具有体积小和重量轻的特点，但是它不能在水下工作，不适合用于水下壁面移动机器人的行走装置。
对比文献2(赵杰，谷柏峰，樊继壮，蔡鹤皋.基于有限元分析的不完全消磁机构的优化设计[J].机械设计与制造，2006(3)：1-3页)，给出了哈尔滨工业大学的赵杰、谷柏峰、樊继壮和蔡鹤皋几位老师，为解决爬壁机器人永磁吸附机构的吸附和脱离的矛盾，基于有限元分析优化设计了不完全消磁机构，该内平衡磁极不完全消磁机构采用电磁铁进行内部消磁，解决了磁力可调问题，然而还存在如下两个问题，其一是体积大和重量沉；其二是，只能在干燥的环境中应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足而提供一种可用于水下壁面移动机器人行走机构的两栖仿生变磁力吸盘结构。
本发明的目的是这样实现的：包括由驱动系统密封箱、设置在驱动系统密封箱中的伺服电机、与伺服电机相连接的减速器构成的驱动系统、设置在驱动系统下部的磁吸附系统、设置在驱动系统与磁吸附系统之间的静密封系统和动密封系统，其特征在于：
减速器的输出轴通过紧定螺钉与丝杠轴套连接在一起，在丝杠轴套上套装有动密封盖，动密封盖与丝杠轴套之间夹着格莱圈和毛毡，形成动密封系统；
在丝杠轴套上通过螺纹连接有螺母套，在螺母套上过盈联接有由磁盘N极和磁盘S极构成的磁吸盘，形成磁吸附系统；
减速器通过螺钉与静密封盖相连接，静密封盖、动密封盖和驱动系统密封箱之间又通过螺栓和螺母联接起来，静密封盖与驱动系统密封箱头部之间夹有上部O型密封圈，静密封盖与动密封盖之间夹有下部O型密封圈，形成了驱动系统密封箱头部的静密封系统。
在驱动系统密封箱的内螺纹上连接有压紧螺母，压紧螺母压紧在铜垫片和橡胶垫上，在橡胶垫上夹有橡胶管，在橡胶管中穿有信号和动力传输线，构成了驱动系统密封箱左上口处的静密封系统。
伺服电机通过紧定螺钉与编码器相连接，伺服电机通过紧定螺钉与减速器相连接，减速器的输出轴和丝杠轴套通过紧定螺钉实现轴向联接，减速器的输出轴和丝杠轴套通过平键实现周向联接，形成了驱动系统。
在静密封盖的下方通过螺栓和螺母连接有定位端盖，在定位端盖与丝杠轴套之间设置有滑动轴承，定位端盖附着在被吸物表面上。
本发明具有如下积极效果：本发明由伺服电机、减速器、径向充磁的磁盘、丝杠、螺母、静密封和动密封装置组成。它可以根据实际吸力的需要，通过改变伺服电机的旋转方向，改变磁盘的上下运动。当伺服电机顺时针旋转时，丝杠带动螺母和磁盘向下运动，磁盘贴近被吸物，使得磁吸力增大；当伺服电机逆时针旋转时，丝杠带动螺母和磁盘向上运动，磁盘远离被吸物，磁传导间隙增大，使得磁吸力减小。这样，通过改变电机的旋转方向，就可改变磁盘与被吸物之间的间隙，从而改变磁吸力的大小，使磁吸力满足工作的要求。即，当磁吸盘对被吸物的吸力减小时，机器人的该脚可以移动；当磁吸盘吸力对被吸物增大时，机器人的该脚吸附于被吸物上，此时该脚固定。
两栖仿生变磁力吸盘与现有的磁力吸盘结构不同之处在于：一方面，它可以根据实际吸力的需要，通过改变伺服电机的旋转方向，从而改变磁吸盘与被吸物之间的磁吸力，使磁吸力满足工作的要求；另外一方面，该两栖仿生变磁力吸盘动密封结构的设计具有独到之处，该机构的减速器输出轴可供密封用的轴长只有肆毫米，采用通常的磁流体密封、机械密封和迷宫密封等方法都难以解决，本发明采用加轴套，运用组合密封的方法进行解决，采用毛毡密封可以防止泥沙进入密封装置，保护第二道密封——格莱圈密封，而格莱圈密封可以阻止水进入驱动系统。这样，该两栖仿生变磁力吸盘不仅可用于水上的吸附和脱离，也可用于水下的吸附和脱离。本发明解决了两个技术难题：一是磁力可调；其二是解决了减速器输出轴上可供动密封用的尺寸小于四毫米的技术难题。磁力可调性能的实现是通过改变伺服电机旋转方向，从而改变磁盘的上下运动，使得磁吸附力随着间隙的变化而变化。水下密封性能的实现，是由静密封和动密封装置的共同作用实现的，其中动密封是由格莱圈、毛毡和带丝杠的轴套构成的。该吸盘在一定范围内，其磁吸力可调，能适应复杂多变的水陆两栖环境。它不仅可作为水下和水上磁性结构物壁面上行走机器人的吸附装置，还可作为微小型武器的载体。
附图说明
图1为本发明的两栖仿生变磁力吸盘的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种用于水上和水下壁面行走机器人用的两栖仿生变磁力吸盘，其组成和连接关系如下。
本发明包括由驱动系统密封箱10、设置在驱动系统密封箱10中的伺服电机18、与伺服电机18相连接的减速器20构成的驱动系统、设置在驱动系统下部的磁吸附系统、设置在驱动系统与磁吸附系统之间的静密封系统和动密封系统，其特征在于：减速器20的输出轴通过紧定螺钉27与丝杠轴套30连接在一起，在丝杠轴套30上套装有动密封盖6，动密封盖6与丝杠轴套30之间夹着格莱圈24和毛毡25，形成动密封系统；在丝杠轴套30上通过螺纹连接有螺母套3，在螺母套3上过盈联接有由磁盘N极2和磁盘S极29构成的磁吸盘，形成磁吸附系统；减速器20通过螺钉21与静密封盖7相连接，静密封盖7、动密封盖6和驱动系统密封箱10之间又通过螺栓8和螺母9联接起来，静密封盖7与驱动系统密封箱10头部之间夹有上部O型密封圈22，静密封盖7与动密封盖6之间夹有下部O型密封圈23，形成了驱动系统密封箱10头部的静密封系统。
在驱动系统密封箱10上的内螺纹连接有压紧螺母15，压紧螺母15压紧在铜垫片12和橡胶垫11上，在橡胶垫11中夹有橡胶管13，在橡胶管13中穿有信号和动力传输线14，构成了驱动系统密封箱10左上口处的静密封系统。
伺服电机18通过紧定螺钉16与编码器17相连接，伺服电机18通过紧定螺钉19与减速器20相连接，减速器20的输出轴和丝杠轴套30通过紧定螺钉27实现轴向联接，减速器20的输出轴和丝杠轴套30通过平键26实现周向联接，形成了驱动系统。
在静密封盖7的下方通过螺栓4和螺母5连接有定位端盖1，在定位端盖1与丝杠轴套30之间设置有滑动轴承28，定位端盖1附着在被吸物表面上。
本发明通过改变伺服电机18的旋转方向，从而改变磁盘的上下运动，使得磁吸附力随着间隙的变化而变化；当伺服电机18顺时针旋转时，丝杠30带动螺母套3和磁盘(磁盘N极和磁盘S极)向下运动，磁盘贴近被吸物，间隙减小，使得磁吸力增大；当伺服电机18逆时针旋转时，丝杠30带动螺母套3和磁盘向上运动，磁盘远离被吸物，磁传导间隙随之增大，使得磁吸力减小。
两栖仿生变磁力吸盘的“变磁力”性能的实现，是通过改变伺服电机18的旋转方向，从而改变磁盘的上下运动，使得磁吸附力随着间隙的变化而变化。当伺服电机18顺时针旋转时，丝杠30带动螺母套3和磁盘(由磁盘N极和磁盘S极组成)向下运动，磁盘贴近被吸物，间隙减小，使得磁吸力增大；当伺服电机18逆时针旋转时，丝杠30带动螺母套3和磁盘(磁盘N极和磁盘S极组成)向上运动，磁盘远离被吸物，磁传导间隙随之增大，使得磁吸力减小。这样，通过改变伺服电机的旋转方向，就可改变磁盘与被吸物之间的间隙，从而改变磁吸力的大小，使磁吸力满足工作的要求。即，当磁吸盘吸力对被吸物减小时，机器人的该脚可以移动；当磁吸盘吸力对被吸物增大时，机器人的该脚吸附于被吸物上，此时该脚固定。
两栖仿生变磁力吸盘的“密封”性能的实现，是由静密封和动密封装置的共同作用实现的。其一，伺服电机传输线出口处的静密封由橡胶垫11、铜垫12、橡胶管13和压紧螺母15构成了伺服电机传输线出口处的静密封；其二，由O型圈22和O型圈23构成了减速器端盖处的静密封；其三，由格莱圈24、毛毡25和带丝杠的轴套30构成减速器输出轴处的动密封，其中毛毡25阻止水中的泥沙进入格莱圈，保护了格莱圈处的动密封，格莱圈24阻止水进入伺服电机。这种在减速机输出轴上加轴套的动密封结构解决了机器输出轴上可供动密封用的尺寸小于肆毫米的技术难题，而采用常规的磁流体密封和机械密封是难以实现的。
Claims (4)
1.一种两栖仿生变磁力吸盘，包括由驱动系统密封箱(10)、设置在驱动系统密封箱(10)中的伺服电机(18)、与伺服电机(18)相连接的减速器(20)构成的驱动系统、设置在驱动系统下部的磁吸附系统、设置在驱动系统与磁吸附系统之间的静密封系统和动密封系统，其特征在于：
减速器(20)的输出轴通过紧定螺钉(27)与丝杠轴套(30)连接在一起，在丝杠轴套(30)上套装有动密封盖(6)，动密封盖(6)与丝杠轴套(30)之间夹有格莱圈(24)和毛毡(25)，形成动密封系统；
在丝杠轴套(30)上通过螺纹连接有螺母套(3)，在螺母套(3)上过盈联接有由磁盘N极(2)和磁盘S极(29)构成的磁吸盘，形成磁吸附系统；
减速器(20)通过螺钉(21)与静密封盖(7)相连接，静密封盖(7)、动密封盖(6)和驱动系统密封箱(10)之间又通过螺栓(8)和螺母(9)联接起来，静密封盖(7)与驱动系统密封箱(10)头部之间夹有上部O型密封圈(22)，静密封盖(7)与动密封盖(6)之间夹有下部O型密封圈(23)，形成了驱动系统密封箱(10)头部的静密封系统。
2.根据权利要求1所述的两栖仿生变磁力吸盘，其特征在于：在驱动系统密封箱(10)的内螺纹上连接有压紧螺母(15)，压紧螺母(15)压紧在铜垫片(12)和橡胶垫(11)上，在橡胶垫(11)上夹有橡胶管(13)，在橡胶管(13)中穿有信号和动力传输线(14)，构成了驱动系统密封箱(10)左上口处的静密封系统。
3.根据权利要求1所述的两栖仿生变磁力吸盘，其特征在于：在驱动系统中，伺服电机(18)通过紧定螺钉(16)与编码器(17)相连接，伺服电机(18)通过紧定螺钉(19)与减速器(20)相连接，减速器(20)的输出轴和丝杠轴套(30)通过紧定螺钉(27)实现轴向联接，减速器(20)的输出轴和丝杠轴套(30)通过平键(26)实现周向联接。
4.根据权利要求1所述的两栖仿生变磁力吸盘，其特征在于：在静密封盖
(7)的下方通过螺栓(4)和螺母(5)连接有定位端盖(1)，在定位端盖(1)与丝杠轴套(30)之间设置有滑动轴承(28)，定位端盖(1)附着在被吸物表面上。
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