CN105711673B - 曲面自适应磁吸附装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种曲面自适应磁吸附装置。其电机的外壳与支架固定连接；电机的输出轴与第一磁轮和第二磁轮固定连接，使得电机能够同时驱动第一磁轮和第二磁轮同轴转动；第一磁块、第二磁块和第三磁块与支架固定连接，第一磁轮和第二磁轮位于第一磁块和第二磁块之间，第三磁块位于第一磁轮和第二磁轮之间；所述曲面自适应磁吸附装置在使用时，第一磁轮和第二磁轮的轮面与壁面直接接触，而第一磁块、第二磁块和第三磁块与壁面间存在间隙。本发明所述吸附装置在不同曲率壁面运动时，第一磁轮、第二磁轮、第一磁块、第二磁块和第三磁块与壁面之间的吸附力的变化量互补，总吸附力能保持在一个较小的范围内变化，具有良好的曲面自适应能力。

Description

曲面自适应磁吸附装置
技术领域
本发明涉及一种磁吸附装置，尤其涉及用于一种磁吸附式爬壁机器人上具有曲面自适应特性的磁吸附装置。
背景技术
为了降低成本和提升效率，磁吸附爬壁机器人已在核工业、石化工业、建筑工业、消防部门、造船业等铁磁性结构的维护中得到了广泛的应用。在实际应用中，有些导磁壁面是空间曲面，如石油储气罐表面、水轮机叶片表面和采油平台导管架表面等。磁吸附爬壁机器人在这类表面运行时，其吸附装置与这类表面的间隙会发生变化，导致吸附力的变化，进而影响爬壁机器人的性能。
为了解决上述问题，申请号为200510086382.5的专利文献公开了一种“一种具有曲面自适应能力的磁吸附爬壁机器人”，该机器人的曲面自适应机构使吸附装置和导磁壁面之间的工作气隙的变化始终在允许范围内。但是吸附装置产生的吸附力有一部分浪费在辅助轮上，同时辅助轮与壁面间的摩擦力也降低了该机器人的运动性能。
申请号为201210540925.6的专利文献公开了一种“具有曲面自适应吸附的磁轮式爬壁机器人”，该机器人通过磁性驱动轮中弹性吸附层和车架中活页铰链的共同变形实现曲面自适应吸附。但是该弹性永磁吸附层结构复杂，实现困难，制造成本高。
申请号为201410677649.7的专利文献公开了“一种永磁体平台及采用该永磁体平台的永磁间隙吸附装置”，该装置可通过升降机构调节永磁体平台和导磁壁面的距离，从而调节磁吸附力大小。但是调节升降机构需要额外的动力源，增加了装置的复杂度和成本。
综上所述，目前解决曲面自适应磁吸附的方法至少存在以下两个方面缺陷中的一个：（1）能够实现曲面自适应磁吸附的功能，但引入了其它的问题；（2）理论上可以实现曲面自适应磁吸附，但实现困难或成本较高。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种曲面自适应磁吸附装置，该曲面自适应磁吸附装置能够有效减小壁面曲率对吸附力的影响，同时结构简单，成本较低。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明一种曲面自适应磁吸附装置包括第一磁块、第二磁块、第三磁块、第一磁轮、第二磁轮、电机和支架；电机的外壳与支架固定连接；电机的输出轴与第一磁轮和第二磁轮固定连接，使得电机能够同时驱动第一磁轮和第二磁轮同轴转动；第一磁块、第二磁块和第三磁块与支架固定连接，第一磁轮和第二磁轮位于第一磁块和第二磁块之间，第三磁块位于第一磁轮和第二磁轮之间；所述曲面自适应磁吸附装置在使用时，第一磁轮和第二磁轮的轮面与壁面直接接触，而第一磁块、第二磁块和第三磁块与壁面间存在间隙。
进一步地，本发明还包括电机箱体，电机箱体贯穿第一磁轮、第二磁轮和连接筒，第一磁轮通过连接筒与第二磁轮固定连接，电机箱体与支架固定连接，所述电机置于电机箱体内，所述电机的输出轴与联轴器的一端固定连接，所述联轴器的另一端与所述支架铰接，所述联轴器通过驱动连接件与第一磁轮或第二磁轮固定连接。
进一步地，本发明还包括第一连接板、第二连接板和第三连接板，所述第一磁块通过第一连接板与支架固定连接，所述第二磁块通过第二连接板与支架固定连接，所述第三磁块通过第三连接板与支架固定连接。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
(1) 第一磁轮和第二磁轮位于第一磁块和第二磁块之间，第三磁块位于第一磁轮和第二磁轮之间，使得本发明在不同曲率的壁面（曲面）上运动时，第一磁轮、第二磁轮、第一磁块、第二磁块和第三磁块与壁面之间的吸附力的变化量互补，本发明与壁面间的总吸附力能保持在一个较小的范围内变化。例如从平面运动到凸面时，第三磁块与壁面之间的距离减小，吸附力增大，第一磁块和第二磁块与壁面之间的距离增大，吸附力减小，第一磁轮和第二磁轮的外侧轮面与壁面之间出现间隙，吸附力减小，吸附力的增大和减小部分抵消，有效减小了总吸附力的变化量；类似的，本发明从平面运动到凹面时，第三磁块与壁面之间的距离增大，吸附力减小，第一磁块和第二磁块与壁面之间的距离减小，吸附力增大，第一磁轮和第二磁轮的内侧轮面与壁面之间出现间隙，吸附力减小，吸附力的增大和减小部分抵消，有效减小了总吸附力的变化量。
(2)只有由电机驱动的第一磁轮和第二磁轮与壁面接触，没有引入其它运动阻力，保证了本发明的运动性能。
附图说明
图1为本发明整体结构的示意图；
图2 为本发明在平面上运动的示意图；
图3 为本发明在凸面上运动的示意图；
图4为图3中的A部放大图；
图5 为本发明在凹面上运动的示意图。
图6为图5中的B部放大图；
图中，1.支架、2.驱动连接件、3.第一连接板、4.连接筒、5.第三连接板、6.电机、7.电机箱体、8.联轴器、9.第一磁块、10.第一磁轮、11.第三磁块、12.第二磁轮、13.第二磁块、14.第二连接板、19.平面、20.凸面、21.外侧间隙、22.凹面、23.内侧间隙、101. 第一磁轮的轮面、121.第二磁轮的轮面。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步说明本发明。
如图1、2、3、5所示，本发明曲面自适应磁吸附装置包括第一磁块9、第二磁块13、第三磁块11、第一磁轮10、第二磁轮12、电机6和支架1。电机6的外壳与支架1固定连接，电机6的输出轴与第一磁轮10和第二磁轮12固定连接，使得电机6能够同时驱动第一磁轮10和第二磁轮12同轴转动。在本发明中，电机6的输出轴与第一磁轮10和第二磁轮12固定连接的具体方式包括直接固定连接和间接固定连接，例如，可以是电机6的输出轴与第一磁轮10直接固定连接，而第二磁轮12与第一磁轮10直接固定连接，由此使第二磁轮12通过第一磁轮10与电机6的输出轴间接固定连接；也可以是电机6的输出轴分别与第一磁轮10、第二磁轮12直接固定连接。
第三磁块11、第一磁块9和第二磁块13与支架1固定连接，第一磁轮10和第二磁轮12位于第一磁块9和第二磁块13之间，第三磁块11位于第一磁轮10和第二磁轮12之间。同样，在本发明中，第三磁块11、第一磁块9和第二磁块13与支架1固定连接包括直接连接和间接连接，例如，可以是第三磁块11、第一磁块9和第二磁块13各自直接与支架1固定连接；也可以是将第一磁块9、第三磁块11、第二磁块13依次直接固定连接在一起，然后将其中一个磁块与支架1直接固定连接，由此使另两个磁块间接地与支架1固定连接在一起。
作为本发明的一种实施方式，电机箱体7贯穿第一磁轮10、第二磁轮12和连接筒4，且电机箱体7与支架1固定连接，电机6置于电机箱体7内。电机6的输出轴与联轴器8的一端固定连接，联轴器8的另一端与支架1铰接，联轴器8通过驱动连接件2与第一磁轮10或第二磁轮12固定连接，第一磁轮10与第二磁轮12分别固定连接在连接筒4的两端而使第一磁轮10通过连接筒4与第二磁轮12固定连接，由此实现电机6的输出轴与第一磁轮10和第二磁轮12的固定连接，并使电机6能够同时驱动第一磁轮10和第二磁轮12同轴转动，连接筒4亦随着第一磁轮10和第二磁轮12同轴转动。第一磁块9通过第一连接板3与支架1固定连接，第二磁块13通过第二连接板14与支架1固定连接，第三磁块11通过第三连接板5与支架1固定连接。
如图2至图6所示，本发明在不同曲率的壁面运动时，只有第一磁轮的轮面101和第二磁轮的轮面121与壁面直接接触，而第一磁块9、第二磁块13和第三磁块11则与壁面存在间隙，使得磁轮与壁面之间是接触式的吸附方式，磁块与壁面之间则是间隙式的吸附方式。电机6能够同时驱动第一磁轮10和第二磁轮12绕着电机箱体7并相对于电机箱体7转动，第一磁轮10和第二磁轮12与壁面间的摩擦力为本发明运动的驱动力，本发明除第一磁轮10和第二磁轮12之外的部分与壁面不相接触，因而与壁面间不存在摩擦力，因此本发明除第一磁轮10和第二磁轮12之外的部分不会对本发明的运动产生阻碍或其他不利影响，保证了本发明的运动性能。
如图2至图4所示，本发明曲面自适应磁吸附装置从平面19运动到凸面20时，第三磁块11与壁面之间的距离减小，吸附力增大，第一磁块9和第二磁块13与壁面之间的距离增大，吸附力减小，第一磁轮的轮面101和第二磁轮的轮面121的外侧与壁面之间出现外侧间隙21，吸附力减小，吸附力的增大和减小部分抵消，有效减小总吸附力的变化量；反之，从凸面20运动到平面19时，第三磁块11与壁面之间的距离增大，吸附力减小，第一磁块9和第二磁块13与壁面之间的距离减小，吸附力增大，第一磁轮的轮面101和第二磁轮的轮面121的外侧与壁面之间的外侧间隙21消失，吸附力增大，吸附力的减小和增大部分抵消，有效减小了总吸附力的变化量。
如图2、图5、图6所示，本发明曲面自适应磁吸附装置从平面19运动到凹面22时，第三磁块11与壁面之间的距离增大，吸附力减小，第一磁块9和第二磁块13与壁面之间的距离减小，吸附力增大，第一磁轮的轮面101和第二磁轮的轮面121的内侧与壁面之间出现内侧间隙23，吸附力减小，吸附力的增大和减小部分抵消，有效减小总吸附力的变化；反之，从凹面22运动到平面19时，第三磁块11与壁面之间的距离减小，吸附力增大，第一磁块9和第二磁块13与壁面之间的距离增大，吸附力减小，第一磁轮的轮面101和第二磁轮的轮面121的内侧与壁面之间的内侧间隙23消失，吸附力增大，吸附力的减小和增大部分抵消，有效减小了总吸附力的变化量。

Claims (3)

1.一种曲面自适应磁吸附装置，其特征是：包括第一磁块（9）、第二磁块（13）、第三磁块（11）、第一磁轮（10）、第二磁轮（12）、电机（6）和支架（1）；电机（6）的外壳与支架（1）固定连接；电机（6）的输出轴与第一磁轮（10）和第二磁轮（12）固定连接，使得电机（6）能够同时驱动第一磁轮（10）和第二磁轮（12）同轴转动；第一磁块（9）、第二磁块（13）和第三磁块（11）与支架（1）固定连接，第一磁轮（10）和第二磁轮（12）位于第一磁块（9）和第二磁块（13）之间，第三磁块（11）位于第一磁轮（10）和第二磁轮（12）之间；所述曲面自适应磁吸附装置在使用时，第一磁轮（10）和第二磁轮（12）的轮面与壁面直接接触，而第一磁块（9）、第二磁块（13）和第三磁块（11）与壁面间存在间隙。
2.根据权利要求1所述的曲面自适应磁吸附装置，其特征是：还包括电机箱体（7），电机箱体（7）贯穿第一磁轮（10）、第二磁轮（12）和连接筒（4），第一磁轮（10）通过连接筒（4）与第二磁轮（12）固定连接，电机箱体（7）与支架（1）固定连接，所述电机（6）置于电机箱体（7）内，所述电机（6）的输出轴与联轴器（8）的一端固定连接，所述联轴器（8）的另一端与所述支架（1）铰接，所述联轴器（8）通过驱动连接件（2）与第一磁轮（10）或第二磁轮（12）固定连接。
3.根据权利要求1或2所述的曲面自适应磁吸附装置，其特征是：还包括第一连接板（3）、第二连接板（14）和第三连接板（5），所述第一磁块（9）通过第一连接板（3）与支架（1）固定连接，所述第二磁块（13）通过第二连接板（14）与支架（1）固定连接，所述第三磁块（11）通过第三连接板（5）与支架（1）固定连接。
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