CN102897241B - 基于磁吸附原理的小型轮式爬壁机器人平台 - Google Patents

Abstract

基于磁吸附原理的小型轮式爬壁机器人平台，属于机器人技术领域。以解决爬壁机器人平台采用的导磁体为立方体或长方体形状的块状结构，对吸附距离要求比较严格，对金属壁面的适应能力较低，不适于曲面或焊缝障碍等金属壁面问题。电机与主动轮传动连接，两个浮动万向从动轮主体与两个主动轮呈菱形布局，电机驱动主动轮转动，电机的输出轴设置在主动轮毂与传力盘所形成的空腔内，传力盘与电机固定连接，电机与轭铁转动连接，轭铁与主动轮毂转动连接，钕铁硼永磁体置于主动轮毂和传力盘所形成的空腔内，钕铁硼永磁体与主动轮毂的圆周面相邻且平行的表面为圆弧面。本发明用于远洋船舶、大型金属罐体等机器人作业表面。

Description

基于磁吸附原理的小型轮式爬壁机器人平台

技术领域

本发明涉及一种小型轮式爬壁机器人平台，属于机器人技术领域。

背景技术

当前报道的爬壁机器人平台提供吸附力的原理主要有磁吸附、高压静电吸附、抽真空负压吸附等。根据远洋船舶、大型金属罐体等机器人工作表面大多为导磁金属，采用磁吸附不仅结构简单、吸附能力强，而且对壁面形状适应能力也强。而目前，采用的导磁体为立方体或长方体形状的块状结构，对吸附距离要求比较严格，对金属壁面的适应能力较低，不适于曲面或焊缝障碍等金属壁面。

随着科技的发展，远洋船舶的维护清理、大型金属罐体的探伤检测等领域迫切需要能实现爬壁功能的机器人平台。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于磁吸附原理的小型轮式爬壁机器人平台，以解决爬壁机器人平台采用的导磁体为立方体或长方体形状的块状结构，对吸附距离要求比较严格，对金属壁面的适应能力较低，不适于曲面或焊缝障碍等金属壁面。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明的基于磁吸附原理的小型轮式爬壁机器人平台，所述机器人平台包括外壳、固定板、天线模块、驱动模块、电池及行进机构，所述行进机构包括两个浮动万向从动轮主体及两个主动轮，主动轮包括磁吸附装置、主动轮毂、传动盘、隔套、主动轮支架及电机，磁吸附装置包括轭铁及钕铁硼永磁体；

外壳的两端为敞口端，外壳的其中一个敞口端通过固定板封闭，电机设置在外壳内，电机的壳体固定于主动轮支架上，主动轮支架与固定板固定连接，每个电机的输出端与相应的主动轮传动连接，两个主动轮设置在同一轴线上，两个电机相邻设置，与两个主动轮的轴线相对称的两侧各设有一个浮动万向从动轮主体，两个浮动万向从动轮主体与两个主动轮呈菱形布局，固定板的内表面固定有天线模块、驱动模块、电池及两个浮动万向从动轮主体，天线模块用于接收无线遥控信号，天线模块发送控制指令给驱动模块，驱动模块发送两个驱动信号分别给两个电机，两个电机分别驱动相应的主动轮转动，电池用于给天线模块、驱动模块及两个电机提供工作电源，主动轮毂的一侧端面与传动盘固定连接，电机的输出轴穿过主动轮支架及传动盘设置在主动轮毂与传动盘所形成的空腔内，传动盘与电机的输出轴固定连接，轭铁的一端设置于主动轮毂与传动盘所形成的空腔内，轭铁的另一端穿过主动轮毂并通过主动轮支架支撑，轭铁的一端设有轴孔，电机的输出轴设置在轭铁的轴孔内，电机的输出轴与轭铁转动连接，轭铁与主动轮毂转动连接，钕铁硼永磁体置于主动轮毂和传动盘所形成的空腔内，轭铁与钕铁硼永磁体连接为一体，钕铁硼永磁体与主动轮毂的圆周面相邻且平行的表面为圆弧面，钕铁硼永磁体的圆弧面与主动轮毂的圆心同心设置，电机的输出轴上套装有隔套，隔套设置在传动盘与电机的壳体之间。

本发明的有益效果是：一、轭铁和钕铁硼永磁体均置于主动轮毂和传动盘所形成的空腔内，使得钕铁硼永磁体被保护起来，避免受碰撞、冲击而损坏。同时当将机器人平台置于导磁性壁面上时，钕铁硼永磁体受磁力作用，自动对准壁面，并与壁面距离保持不变，吸附力恒定，由于磁吸附装置置于主动轮毂内，机器人平台对壁面的压力绝大部分作用在主动轮上，吸附力利用充分。二、两个浮动万向从动轮主体与两个主动轮呈菱形布局，此布局结构使得机器人平台能绕自身轴线原地转动，并最大限度的降低了旋转时主动轮所需克服的滑动摩擦力，降低了电机的功耗。三、与导向滑套固定在一起的万向从动轮可沿固定座上下浮动，万向从动轮受弹簧作用与壁面接触，对爬壁机器人平台进行辅助支持。当爬壁机器人平台过障碍时，万向从动轮的浮动使爬壁机器人平台绕主动轮的轴线倾斜，使爬壁机器人平台更容易越过障碍。万向从动轮可绕固定座的轴线旋转，使爬壁机器人转向时须克服的摩擦力更小，转向更加灵活。四、本发明通过天线模块接收无线遥控信号，并通过天线模块发送控制指令给驱动模块，驱动模块发送两个驱动信号分别给两个电机，两个电机分别驱动相应的主动轮转动，因而具有操作方便，容易控制的特点。五、由于钕铁硼永磁体与电机的输出轴相平行的外端面为与主动轮毂的外圆面形状一致的圆弧面，其特点为与壁面距离恒定，吸附力稳定，越障能力和曲面的适应力好，对金属壁面的适应能力强，可适于曲面或焊缝障碍等金属壁面。

附图说明

图1为本发明的基于磁吸附原理的小型轮式爬壁机器人平台的立体图，图2为主动轮的主剖视图，图3为浮动万向从动轮主体的主视图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1～图3说明，本实施方式的基于磁吸附原理的小型轮式爬壁机器人平台，所述机器人平台包括外壳1、固定板19、天线模块3、驱动模块4、电池5及行进机构，所述行进机构包括两个浮动万向从动轮主体2及两个主动轮6，主动轮6包括磁吸附装置、主动轮毂9、传动盘10、隔套11、主动轮支架12及电机13，磁吸附装置包括轭铁7及钕铁硼永磁体8；

外壳1的两端为敞口端，外壳1的其中一个敞口端通过固定板19封闭，电机13设置在外壳1内，电机13的壳体固定于主动轮支架12上，主动轮支架12与固定板19固定连接(通过螺钉)，每个电机13的输出端与相应的主动轮6传动连接，两个主动轮6设置在同一轴线上，两个电机13相邻设置，与两个主动轮6的轴线相对称的两侧各设有一个浮动万向从动轮主体2，两个浮动万向从动轮主体2与两个主动轮6呈菱形布局，固定板19的内表面固定有天线模块3、驱动模块4、电池5及两个浮动万向从动轮主体2，天线模块3用于接收无线遥控信号，天线模块3发送控制指令给驱动模块4，驱动模块4发送两个驱动信号分别给两个电机13，两个电机13分别驱动相应的主动轮6转动，电池5用于给天线模块3、驱动模块4及两个电机13提供工作电源，主动轮毂9的一侧端面与传动盘10固定连接(通过螺钉)，电机13的输出轴穿过主动轮支架12及传动盘10设置在主动轮毂9与传动盘10所形成的空腔内，传动盘10与电机13的输出轴固定连接(通过螺钉)，轭铁7的一端设置于主动轮毂9与传动盘10所形成的空腔内，轭铁7的另一端穿过主动轮毂9并通过主动轮支架12支撑，轭铁7的一端设有轴孔，电机13的输出轴设置在轭铁7的轴孔内，电机13的输出轴与轭铁7转动连接，轭铁7与主动轮毂9转动连接，钕铁硼永磁体8置于主动轮毂9和传动盘10所形成的空腔内，轭铁7与钕铁硼永磁体8连接为一体，钕铁硼永磁体8与主动轮毂9的圆周面相邻且平行的表面为圆弧面2-1，钕铁硼永磁体8的圆弧面8-1与主动轮毂9的圆心同心设置，电机13的输出轴上套装有隔套11，隔套11设置在传动盘10与电机13的壳体之间。

具体实施方式二：结合图1及图3说明，本实施方式的所述浮动万向从动轮主体2包括限位帽14、固定座15、导向滑套16、弹簧17及万向从动轮18，万向从动轮18上设有连接轴18-1，万向从动轮18的连接轴18-1固定连接在导向滑套16内的一端，固定板19上设有安装孔，导向滑套16的另一端穿出固定板19的安装孔，固定座15设置在导向滑套16及固定板19的安装孔内，导向滑套16与固定座15滑动配合，限位帽14固定连接在导向滑套16内的另一端，导向滑套16的一端设有凸台16-1，弹簧17套装在导向滑套16上且位于固定座15与导向滑套16的凸台16-1之间。其它未公开的技术特征与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图3说明，本实施方式所述导向滑套16的中心孔为螺纹孔，万向从动轮18的连接轴18-1与导向滑套16内的一端采用旋合的方式固定连接，限位帽14与导向滑套16内的另一端采用旋合的方式固定连接。连接方便，便于拆卸。其它未公开的技术特征与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：结合图2说明，本实施方式所述电机13的输出轴与轭铁7之间通过第一轴承21转动连接，轭铁7与主动轮毂9之间通过第二轴承20转动连接。转动灵活，便于装配。其它未公开的技术特征与具体实施方式一相同。

本发明提供的基于磁吸附原理的小型轮式爬壁机器人平台，其外形尺寸为长×宽＝292mm×292mm，自重2.5kg。

本发明的工作原理是：工作时，将本发明的爬壁机器人平台置于导磁性壁面上，在钕铁硼永磁体8的磁性作用下，主动轮6自动对准壁面，从而为机器人平台提供对壁面的正压力。行进机构由两个主动轮6和两个浮动万向从动轮主体2组成，两个主动轮6在一条轴线上，两个浮动万向从动轮主体2相对于主动轮6轴线对称布置于轴线的两侧，由于磁吸附装置置于主动轮毂9内，机器人平台对壁面的压力绝大部分作用在主动轮6上，此时驱动主动轮6的电机13即可实现机器人平台前进、后退和旋转等动作。

Claims (4)

1.一种基于磁吸附原理的小型轮式爬壁机器人平台，其特征在于：所述机器人平台包括外壳(1)、固定板(19)、天线模块(3)、驱动模块(4)、电池(5)及行进机构，所述行进机构包括两个浮动万向从动轮主体(2)及两个主动轮(6)，主动轮(6)包括磁吸附装置、主动轮毂(9)、传动盘(10)、隔套(11)、主动轮支架(12)及电机(13)，磁吸附装置包括轭铁(7)及钕铁硼永磁体(8)；

外壳(1)的两端为敞口端，外壳(1)的其中一个敞口端通过固定板(19)封闭，电机(13)设置在外壳(1)内，电机(13)的壳体固定于主动轮支架(12)上，主动轮支架(12)与固定板(19)固定连接，每个电机(13)的输出端与相应的主动轮(6)传动连接，两个主动轮(6)设置在同一轴线上，两个电机(13)相邻设置，与两个主动轮(6)的轴线相对称的两侧各设有一个浮动万向从动轮主体(2)，两个浮动万向从动轮主体(2)与两个主动轮(6)呈菱形布局，固定板(19)的内表面固定有天线模块(3)、驱动模块(4)、电池(5)及两个浮动万向从动轮主体(2)，天线模块(3)用于接收无线遥控信号，天线模块(3)发送控制指令给驱动模块(4)，驱动模块(4)发送两个驱动信号分别给两个电机(13)，两个电机(13)分别驱动相应的主动轮(6)转动，电池(5)用于给天线模块(3)、驱动模块(4)及两个电机(13)提供工作电源，主动轮毂(9)的一侧端面与传动盘(10)固定连接，电机(13)的输出轴穿过主动轮支架(12)及传动盘(10)设置在主动轮毂(9)与传动盘(10)所形成的空腔内，传动盘(10)与电机(13)的输出轴固定连接，轭铁(7)的一端设置于主动轮毂(9)与传动盘(10)所形成的空腔内，轭铁(7)的另一端穿过主动轮毂(9)并通过主动轮支架(12)支撑，轭铁(7)的一端设有轴孔，电机(13)的输出轴设置在轭铁(7)的轴孔内，电机(13)的输出轴与轭铁(7)转动连接，轭铁(7)与主动轮毂(9)转动连接，钕铁硼永磁体(8)置于主动轮毂(9)和传动盘(10)所形成的空腔内，轭铁(7)与钕铁硼永磁体(8)连接为一体，钕铁硼永磁体(8)与主动轮毂(9)的圆周面相邻且平行的表面为圆弧面(2-1)，钕铁硼永磁体(8)的圆弧面(8-1)与主动轮毂(9)的圆心同心设置，电机(13)的输出轴上套装有隔套(11)，隔套(11)设置在传动盘(10)与电机(13)的壳体之间。

2.根据权利要求1所述基于磁吸附原理的小型轮式爬壁机器人平台，其特征在于：所述浮动万向从动轮主体(2)包括限位帽(14)、固定座(15)、导向滑套(16)、弹簧(17)及万向从动轮(18)，万向从动轮(18)上设有连接轴(18-1)，万向从动轮(18)的连接轴(18-1)固定连接在导向滑套(16)内的一端，固定板(19)上设有安装孔，导向滑套(16)的另一端穿出固定板(19)的安装孔，固定座(15)设置在导向滑套(16)及固定板(19)的安装孔内，导向滑套(16)与固定座(15)滑动配合，限位帽(14)固定连接在导向滑套(16)内的另一端，导向滑套(16)的一端设有凸台(16-1)，弹簧(17)套装在导向滑套(16)上且位于固定座(15)与导向滑套(16)的凸台(16-1)之间。

3.根据权利要求2所述基于磁吸附原理的小型轮式爬壁机器人平台，其特征在于：所述导向滑套(16)的中心孔为螺纹孔，万向从动轮(18)的连接轴(18-1)与导向滑套(16)内的一端采用旋合的方式固定连接，限位帽(14)与导向滑套(16)内的另一端采用旋合的方式固定连接。

4.根据权利要求1所述基于磁吸附原理的小型轮式爬壁机器人平台，其特征在于：所述电机(13)的输出轴与轭铁(7)之间通过第一轴承(21)转动连接，轭铁(7)与主动轮毂(9)之间通过第二轴承(20)转动连接。