CN105151152A - 一种磁力可控的磁性吸附模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磁力可控的磁性吸附模块。该模块主要包括直流减速电机、主动同步带轮、双面齿同步带、从动同步带轮、磁力座、主支架和模块连接座等零部件。三个呈正三角形分布的磁力座安装固定于主支架上，其磁性元件分别与三个从动同步带轮连接。直流减速电机驱动主动同步带轮、带动三个从动同步带轮使磁力座中的磁性元件旋转一定角度，从而改变磁力座的磁力大小，实现吸附模块对导磁材料的吸附和脱附。本发明装置的优点在于：结构简单、使用方便、易于控制、重量较轻、安全性好。该模块可作为一个独立的功能部件，与机械臂或其它功能性部件组合使用，例如双足攀爬机器人或磁力搬运工业机器人等。

Description

一种磁力可控的磁性吸附模块

技术领域

本发明涉及机器人领域，尤其涉及一种磁力可控的磁性吸附模块。

背景技术

以攀爬机器人为例，目前的吸附方式主要分为磁力吸附和真空吸附。这两种吸附方式各有其优缺点。对于攀爬导磁壁面而言，磁力吸附具有其优势，不但无需真空发生器而能产生吸附力，而且基本不受壁面粗糙度的影响。，磁力吸附基本上可分为两大类：电磁式和永磁式。电磁式吸附需要电力的供应，受电源供应的限制和意外断电的危险。而传统的永磁式吸附和脱附方式主要是靠电机驱动使永久磁铁完成吸附和脱附过程。例如，日本日立制作所研制的八脚磁力吸附爬壁机器人和履带式磁力吸附爬壁机器人，上海交通大学研制的磁轮式磁力吸附爬壁机器人等都是在不改变永磁铁磁力大小的前提下，采用电机驱动使永磁铁完成吸附和脱附动作。但是，这种吸附和脱附方式不仅对电机输出力矩要求高，吸附和脱附过程缓慢，而且易产生颤振。

因此，针对目前传统永磁式吸附方式的不足以及爬壁机器人和工业中的搬运作业等领域的需求，开发一种结构简单、使用方便的永磁式磁力吸附模块具有十分重要的现实意义。

发明内容

本发明提出一种磁力可控的磁性吸附模块，该模块可应用于爬壁机器人和工业搬运等领域。本发明的磁力吸附模块的执行单元为三个呈正三角形分布的磁力座。磁力座的磁力大小可通过旋转其内部磁性元件来实现，例如，当旋钮位于0度时，磁力座表现为无磁性，当旋钮旋至90度时（可旋转的最大角度值），磁力座磁力达到最大值，并且磁力大小与旋转的角度成正相关。因此，当吸附模块要脱离壁面时，可使之无磁性；而当要接触到壁面时，通过电机带动旋钮旋转90度，使吸附模块产生足够大的磁力吸附在壁面上。同时，随着磁力吸附模块负载的增加，可更换磁力更大磁力座，因此适用负载范围十分宽广。

具体而言，本磁力可控的磁性吸附模块的主要零部件包括主动同步带轮、模块连接座、双面齿同步带、主支架、从动同步带轮、从动轮旋转轴、压紧轴、压紧轴承、直流减速电机、磁力座、电机套筒、锥齿轮和旋转杆。直流减速电机固定于主支架下方并与主动同步带轮连接；三个从动同步带轮依次通过从动轮旋转轴、锥齿轮和旋转杆分别与三个磁力座连接；三个磁力座呈正三角形分别固定于主支架下方，使之增大磁力吸附模块的抗倾覆力矩，从而使吸附更加安全可靠；双面齿同步带的内外齿侧分别与从动同步带轮和主动同步带轮啮合；两个压紧轴承分别套于两个压紧轴上，而压紧轴固定于主支架上方，通过调节压紧轴的位置即可调整同步带的松紧，从而实现主动同步带轮与从动同步带轮之间可靠的传动；模块连接座通过螺钉固定于主支架上方，作为与其它功能模块连接的接口。

本发明提供的磁力可控的磁性吸附模块的工作原理和过程如下：磁力吸附模块作为一个独立的功能性部件，可连接于爬壁机器人或者搬运机器臂的末端，作为末端执行部件。磁力吸附模块的执行单元为三个呈正三角形分布的磁力座，该磁力座的磁力大小可通过旋转磁力座内部磁性元件来实现，且磁力大小与旋转的角度（最大旋转角度为90度）成正相关。当磁力吸附模块在机器臂的带动下与导磁壁面接触时，直流减速电机通过同步带传动带动磁力座内部磁性元件旋转90度，使三个磁力座的磁力最大，并配合磁力座下方的防滑胶垫，使爬壁机器人牢牢的吸附在壁面上。当磁力吸附模块要与导磁壁面脱离时，可使电机反向带动磁力座内部磁性元件旋转90度，使得三个磁力座表现为无磁性，从而可以轻松地从壁面上平稳的脱离。本发明磁力吸附模块可轻松迅速地完成吸附和脱附的整个过程，既充分利用了永久磁铁的强磁性，又拥有类似电磁铁的断磁性特点，集永久磁铁和电磁铁的优点于一体。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1.结构简单、使用方便、易于控制，可与其它功能性部件配合使用；

2.安全可靠，其吸附性不受外界的影响；

3.磁力大小可控，且可更换磁力座，适用负载范围广；

4.吸附和脱附过程迅速；

5.对驱动电机要求低，易于选型。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图。

图2是本发明中从动同步带轮结构的爆炸图。

图3是本发明中磁力座结构的爆炸图。

图4是本发明的工作原理图。

具体实施方式

如图1、图2所示，一种磁力可控的磁性吸附模块，其主要零部件包括主动同步带轮01、模块连接座02、双面齿同步带03、主支架04、从动同步带轮05、从动轮旋转轴06、压紧轴07、压紧轴承08、外六角螺母09、直流减速电机10、磁力座11、电机套筒12、锥齿轮13、旋转杆14、调整垫片15、旋转杆固定座16、深沟球轴承17和轴承端盖18。直流减速电机10固定于主支架04下方并与主动同步带轮01连接；三个从动同步带轮05依次通过从动轮旋转轴06、深沟球轴承17、轴承端盖18、调整垫片15、锥齿轮13、旋转杆14和旋转杆固定座16，分别与三个磁力座11连接；三个磁力座11呈正三角形分别固定于主支架04下方，使之增大磁力吸附模块的抗倾覆力矩，从而使吸附更加安全可靠；双面齿同步带03缠绕于三个从动同步带轮05外侧和主动同步带轮01内侧，并与它们啮合；两个压紧轴07通过外六角螺母09固定于主支架04上方，且与主动同步带轮01呈正三角形分布，正好与三个从动同步带轮05错开；压紧轴承08分别套于两个压紧轴07上，通过调节压紧轴07的位置来压紧同步带，使之更好的啮合，从而实现主动同步带轮01与从动同步带轮05之间可靠的传动；模块连接座02通过内六角螺钉固定于主支架04上方，作为与其它功能模块连接的接口。

如图3和图4所示，本发明提供的磁力可控的磁性吸附模块的工作原理和过程如下：磁力吸附模块作为一个独立的功能性部件，可连接于爬壁机器人或者搬运机器臂的末端，作为末端执行部件。磁力吸附模块的执行单元为三个呈正三角形分布的磁力座11，该磁力座11的磁力大小可通过旋转磁力座11内部磁性元件来实现，且磁力大小与旋转的角度（最大旋转角度为90度）成正相关。当磁力吸附模块在机器臂的带动下与导磁壁面接触时，直流减速电机10通过双面齿同步带03传动带动磁力座11内部磁性元件旋转90度，使三个磁力座11的磁力最大，并配合磁力座11下方的防滑胶垫，使爬壁机器人牢牢的吸附在壁面上。而且，随着爬壁机器人自身重量或负载的增加，可通过更换磁力更强的磁力座11来达到更大的磁力吸附力，实现一个吸附模块可满足不同负载的需求。当磁力吸附模块要与导磁壁面脱离时，可使减速电机10反向带动磁力座11内部磁性元件旋转90度，使得三个磁力座11表现为无磁性，从而可以轻松地从壁面上平稳的脱离。本发明磁力吸附模块可轻松迅速地完成吸附和脱附的整个过程，既充分利用了永磁铁的强磁性，又拥有类似电磁铁的断磁性特点，集永久磁铁和电磁铁的优点于一体。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种磁力可控的磁性吸附模块，其特征在于：包括直流减速电机、主动同步带轮、双面齿同步带、从动同步带轮、从动轮旋转轴、锥齿轮、压紧轴承、压紧轴、主支架、模块连接座和磁力座，所述直流减速电机固定于主支架下方并与主动同步带轮连接，三个从动同步带轮通过锥齿轮分别与三个磁力座连接，三个磁力座呈正三角形分别固定于主支架下方，双面齿同步带的内侧齿与三个从动同步带轮啮合，双面齿同步带的外侧齿与三个主动同步带轮啮合，压紧轴固定于主支架上方，压紧轴承套于压紧轴上，通过调节压紧轴的位置来调整同步带的松紧；模块连接座通过螺钉固定于主支架上方。

2.根据权利要求1所述的磁力可控的磁性吸附模块，其特征在于：所述磁力座内部设有可改变磁力大小的磁性元件。

3.根据权利要求2所述的磁力可控的磁性吸附模块，其特征在于：三个磁力座磁性元件的转动由同个直流减速电机通过同步带和锥齿轮实现。

4.根据权利要求1所述的磁力可控的磁性吸附模块，其特征在于：所述磁力座下方的凹槽处设有防滑胶垫。