CN106275123A - 一种在线自动调节式磁吸附式爬壁轮 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在线自动调节式磁吸附式爬壁轮，包括主动轮和随动轮，其中：所述主动轮设置在动力轴上，在所述动力轴上设有调节旋转机构；所述调节旋转机构下方固定设有瓦形磁铁，所述调节旋转机构上方设有与其对应地的旋转咬合控制片，所述旋转咬合控制片的外沿与所述调节旋转机构的外沿接触咬合；所述旋转咬合控制片通过旋转轴锁定在90度转角舵机上，所述90度转角舵机上设有角度传感器。本发明提供的在线自动调节式磁吸附式爬壁轮可以根据作业面的角度自动调节磁铁的角度，使得在不同角度的作业面可以实现在线的动态磁力调节，使得在实际作业时磁吸附力以最优的方式体现。

Description

一种在线自动调节式磁吸附式爬壁轮

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种在线自动调节式磁吸附式爬壁轮。

背景技术

永磁体式爬壁机器人的移动方式有三种，轮式、履带式和脚式，相对于后两种运动方式爬壁机器人，轮式爬壁机器人具有结构简单、容易实现、行走速度快、转弯容易等优点，比较适合机器人实现爬壁功能。

永磁体式爬壁机器人最重要的一个技术难点就在于磁力的控制，如果磁力过大，则会导致阻力过大，给机器人的移动带来障碍；如果磁力过小，则不容易吸附在作业面上，容易坠落导致危险。而对于实际作业中，有时候永磁体式爬壁机器人并不需要很强的磁吸附力。比如，若机器人工作的作业面是水平，则爬壁机器人依靠自身的重力就可以工作，如果此时还使得其磁吸附式爬壁轮的强磁工作，反而会带来更大的阻力。而工作的作业面的角度不同时，实际需要的磁力是不同的，比如工作在斜面角度为30度和60度，显然60度需要磁吸附力比30度更大。但是目前的永磁体式爬壁机器人使用的磁铁都是环形的，无法根据作业面的角度进行调节。

发明内容

为了解决上述现有技术中提到的缺点和不足，本发明提供一种在线自动调节式磁吸附式爬壁轮，可以实现磁吸附式爬壁机器人在行走时的磁力自动调整。

本发明提供的在线自动调节式磁吸附式爬壁轮，技术方案如下：

一种在线自动调节式磁吸附式爬壁轮，包括主动轮和随动轮，所述主动轮设置在动力轴上，在所述动力轴上设有调节旋转机构；所述调节旋转机构下方固定设有瓦形磁铁，所述调节旋转机构上方设有与其对应地的旋转咬合控制片，所述旋转咬合控制片的外沿与所述调节旋转机构的外沿接触咬合；所述旋转咬合控制片通过旋转轴锁定在90度转角舵机上，所述90度转角舵机上设有角度传感器。

进一步地，所述90度转角舵机上还设有磁力感应器。

进一步地，所述旋转咬合控制片的外沿与所述调节固定机构的外沿互相接触咬合处均为齿轮状。

进一步地，所述随动轮与主动轮之间设有同步履带，所述瓦形磁铁设置在所述同步履带内部。

进一步地，所述瓦形磁铁采用钕铁硼材料制成，为同心或异心圆瓦片形状，其磁力线位于瓦形径向方向，所述瓦形径向方向面向作业金属面。

进一步地，还包括减速装置所述和电机和减速装置，所述减速装置和电机均设在所述同步履带内部，所述电机控制所述动力轴转动以带动主动轮转动，所述减速装置包括一级减速机和涡轮二级减速箱，所述电机与一级减速机连接固定，所述一级减速机与涡轮二级减速箱连接固定。

进一步地，所述减速装置左右两侧设有两块主动轮支架，所述主动轮支架上分别安装有防尘保护盖。

进一步地，所述主动轮支架上还安装有履带防护架。

进一步地，除瓦形磁铁外的结构均采用磁性不敏感材料制成。

本发明提供的在线自动调节式磁吸附式爬壁轮具有以下优点：

1.吸附力可在线调节：通过设置90度转角舵机，来根据作业面工作的角度在线调节瓦形磁铁与作业面的角度，使得磁吸附力做适应性的变化和调节，从而磁吸附机器人在不同作业场景下动态切换，满足各种方式的使用；

2.磁力外泄面积最小：瓦形磁铁安装在左右两侧主动轮的中间，且位于动力轴承的下方，并且被同步履带所包围，仅仅在最下方接触金属的范围磁力最大，这样提高了磁力的利用率；

3.磁铁避免直接撞击：瓦形磁铁左右均有铝制传动皮带齿轮来防护、瓦形外半圆侧接触面有同步履带覆盖，瓦形内半圆侧为铝制瓦形磁铁连接件，磁铁处在全方位防护中，避免磁铁与外界直接接触，降低了磁铁的碰撞风险；

4.其他吸附物自动脱离：在旋转过程中，左右两侧主动轮、传动皮带齿轮、外部同步履带均处在同步旋转中，而内部的磁铁处于相对静止中(不做旋转)，这样当同步履带表面存在其他吸附物时，通过碾压与行走，最大限度的将吸附物与内部磁铁做分离，避免吸附物越来越多而影响轮体正常行走；

5.安全有保障：除瓦形磁铁外的结构均采用磁性不敏感材料制成，增加了对外界的接触距离，从而避免了意外吸附铁器而造成的安全风险，并且方便轮子组装生产，而采用永磁材料，也避免了因意外断电引发的磁力消失导致摔落的事故。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的在线自动调节式磁吸附式爬壁轮的结构示意图；

图2为图1中B的局部放大图；

图3为本发明提供的90度转角舵机实施例一的模块示意图；

图4为本发明提供的90度转角舵机实施例二的模块示意图；

图5为本发明提供的在线自动调节式磁吸附式爬壁轮的组装结构示意图；

图6为图5的结构爆炸图；

图7为本发明提供的在线自动调节式磁吸附式爬壁轮的一种使用状态示意图；

图8为本发明提供的在线自动调节式磁吸附式爬壁轮的又一种使用状态示意图。

附图标记

1 主动轮 2 随动轮 3 同步履带

4 减速装置 5 电机 10 动力轴

11 调节旋转机构 12 瓦形磁铁 13 旋转咬合控制片

14 旋转轴 15 90度转角舵机 20 主动轮支架

21 防尘保护盖 30 履带防护架

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种在线自动调节式磁吸附式爬壁轮，参见图1～图2和图5，该在线自动调节式磁吸附式爬壁轮包括：主动轮1和随动轮2，其中：所述主动轮1设置在动力轴10上，在所述动力轴10上设有调节旋转机构11；所述调节旋转机构11下方固定设有瓦形磁铁12，所述调节旋转机构11上方设有与其对应地的旋转咬合控制片13，所述旋转咬合控制片13的外沿与所述调节旋转机构11的外沿接触咬合；所述旋转咬合控制片13通过旋转轴14锁定在90度转角舵机15上，所述90度转角舵机15上设有角度传感器。

具体实施时，优选地，所述旋转咬合控制片13的外沿与所述调节旋转机构11的外沿互相接触咬合处均为齿轮状。

上述方案中，优选地，所述瓦形磁铁采用钕铁硼材料制成，为同心或异心圆瓦片形状，其磁力线位于瓦形径向方向，所述瓦形径向方向面向作业金属面。一面为N级，一面为S级，具体实施时，可设计成内外径面等磁力或者外径面磁力大于内径面磁力方式。以同心圆瓦片形状为例，可由钕铁硼强磁材料加工而成，外圆的半径为120mm，内圆的半径为80mm，厚度为40mm，扇形的角度为60度，外圆弧直线长度为100mm，瓦形磁铁的充磁方向位径向(磁力线在径向朝外)S-N或者N-S,瓦形磁铁的长度为100mm。

采用瓦形磁铁的目的在于，第一方面，吸附力可调节，可通过改变瓦形钕铁硼磁铁的内外半径长度、瓦磁宽度或钕铁硼材质(n38/n40/n42/n45/n52)调节吸附力的大小，以满足不同作业的要求(其范围在3kg～300kg)；第二方面，磁力外泄面积最小，瓦形磁铁安装在左右两侧主动轮的中间，且位于动力轴承的下方，仅仅在最下方接触金属的范围磁力最大，这样提高了磁力的利用率；第三方面，瓦形磁铁方便生产加工，通常圆柱形以及圆环形磁铁均需要提供不规则模具来加工，而瓦形磁铁可以用标准的长方形磁铁通过充磁前进行打磨而成型，然后再进行充磁，不需要新开瓦形模具，从而降低磁铁加工成本以及方便加工。

进一步地，如图6所示，所述随动轮2与主动轮1之间设有同步履带3，所述瓦形磁铁12设置在所述同步履带3内部。此结构可以使得磁铁被同步履带所包围，不直接接触工作面，避免吸附一些金属屑，影响磁力。

具体实施时，如图6所示，还包括减速装置4和电机5，所述减速装置4和电机5均设在所述同步履带3内部，所述电机5控制所述动力轴10转动以带动主动轮1转动，所述减速装置4包括一级减速机和涡轮二级减速箱，所述电机5与一级减速机连接固定，所述一级减速机与涡轮二级减速箱连接固定，其具体固定方式在此不做限定。上述结构使得其他吸附物自动脱离，比如在轮体旋转过程中，左右两侧主动轮、传动皮带齿轮、外部同步履带均处在同步旋转中，而内部的磁铁处于相对静止中(不做旋转)，这样当同步履带表面存在其他吸附物时，通过碾压与行走，最大限度的将吸附物与内部磁铁做分离，避免吸附物越来越多而影响轮体正常行走。优选地，所述同步履带40采用橡胶材料制成。

本发明实施例提供的新型磁吸附式爬壁轮可以避免磁铁直接撞击，如瓦形磁铁左右均有铝制传动皮带齿轮来防护、瓦形外半圆侧接触面有同步履带覆盖，瓦形内半圆侧为铝制瓦形磁铁连接件，磁铁处在全方位防护中，避免磁铁与外界直接接触，降低了磁铁的碰撞风险。

进一步地，所述减速装置4左右两侧设有两块主动轮支架20，所述主动轮支架20上分别安装有防尘保护盖21，以防止工作时粉尘进入结构内，影响其工作。

为加强履带的防护作用，在所述主动轮支架20上还安装有履带防护架30。

优选地，除瓦形磁铁外的结构均采用磁性不敏感材料制成，比如可选用铝制、碳纤维、合金、塑料等材料，增加了对外界的接触距离，从而避免了意外吸附铁器而造成的安全风险，并且方便轮子组装生产；而瓦形磁铁采用永磁材料制成，可以避免了因意外断电引发的磁力消失导致摔落的事故。

采用上述结构的磁吸附式爬壁机器人(如图5所示)，在具体工作时，如图3所示，首先由角度传感器检测出目前工作面与水平面之间的角度，再根据预设的算法计算出瓦形磁铁的调节角度，根据计算出的调节角度通过电机控制器控制旋转咬合控制片旋转，以使带动调节旋转机构旋转，经过多级的连动调节，使得瓦形磁铁旋转到一定的角度，从而完成在线的角度调节，进而改变瓦形磁铁的吸附力。

上述调节瓦形磁铁的角度计算方式在此不做限定，可以根据瓦形磁铁的属性进行设置。如图7和图8所示，一种计算方式可以为：

假设瓦形磁铁与工作面的夹角为α；工作面与水平面的夹角为β；则计算公式可以满足α+β＝90°。

上述瓦形磁铁与工作面的夹角指的是瓦形磁铁中外弧形的两个端点之间的直线与工作面的夹角。

优选地，如图4所示，在所述90度转角舵机上还设有磁力感应器。这种结构可以首先通过磁力感应器测得待工作的金属面的磁力感应力，使得可以根据不同的金属材质上实现瓦形磁铁的在线角度调节。比如工作在磁性比较强的金属面上，其瓦形磁铁的角度可以稍微改变下，既能满足工作所需的吸附力，又不会导致阻力过大。

最后应说明的是以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种在线自动调节式磁吸附式爬壁轮，包括主动轮(1)和随动轮(2)，其特征在于：所述主动轮(1)设置在动力轴(10)上，在所述动力轴(10)上设有调节旋转机构(11)；所述调节旋转机构(11)下方固定设有瓦形磁铁(12)，所述调节旋转机构(11)上方设有与其对应地的旋转咬合控制片(13)，所述旋转咬合控制片(13)的外沿与所述调节旋转机构(11)的外沿接触咬合；所述旋转咬合控制片(13)通过旋转轴(14)锁定在90度转角舵机(15)上，所述90度转角舵机(15)上设有角度传感器。

2.根据权利要求1所述的在线自动调节式磁吸附式爬壁轮，其特征在于，所述90度转角舵机(15)上还设有磁力感应器。

3.根据权利要求1所述的在线自动调节式磁吸附式爬壁轮，其特征在于，所述旋转咬合控制片(13)的外沿与所述调节旋转机构(11)的外沿互相接触咬合处均为齿轮状。

4.根据权利要求1所述的在线自动调节式磁吸附式爬壁轮，其特征在于，所述随动轮(2)与主动轮(1)之间设有同步履带(3)，所述瓦形磁铁(12)设置在所述同步履带(3)内部。

5.根据权利要求1所述的在线自动调节式磁吸附式爬壁轮，其特征在于，所述瓦形磁铁(12)采用钕铁硼材料制成，为同心或异心圆瓦片形状，其磁力线位于瓦形径向方向，所述瓦形径向方向面向作业金属面。

6.根据权利要求4所述的在线自动调节式磁吸附式爬壁轮新型磁吸附式爬壁轮，其特征在于，还包括减速装置(4)和电机(5)，所述减速装置(4)和电机(5)均设在所述同步履带(3)内部，所述电机(5)控制所述动力轴(10)转动以带动主动轮(1)转动，所述减速装置(4)包括一级减速机和涡轮二级减速箱，所述电机(5)与一级减速机连接固定，所述一级减速机与涡轮二级减速箱连接固定。

7.根据权利要求6所述的在线自动调节式磁吸附式爬壁轮，其特征在于，所述减速装置(4)左右两侧设有两块主动轮支架(20)，所述主动轮支架(20)上分别安装有防尘保护盖(21)。

8.根据权利要求7所述的在线自动调节式磁吸附式爬壁轮，其特征在于，所述主动轮支架(20)上还安装有履带防护架(30)。

9.根据权利要求1～8任一项所述的在线自动调节式磁吸附式爬壁轮，其特征在于，除瓦形磁铁外的结构均采用磁性不敏感材料制成。