CN106995014B - 一种利于履带吸附传动的磁路结构及攀爬装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利于履带吸附传动的磁路结构及攀爬装置，攀爬装置，包括车架、履带驱动轮、永磁吸附履带、履带从动轮和驱动电机，永磁吸附履带由若干履带链板总成链接组成，其特征在于，履带链板总成中设有履带链板永磁体，车架中设有车架永磁体，相对于导磁作业面，履带链板永磁体和车架永磁体两者的磁力线外循环叠并共同作用于导磁作业面上；在履带链板永磁体和车架永磁体之间，磁极同性相斥设置，履带链板永磁体在进入或者离开车架永磁体时，会产生一对大小相等方向相反的沿移动方向作用的排斥力。本发明永磁体布置巧妙，能够增加磁力又能够形成磁力线相抵，减少对驱动电机工作的消极影响。其结构简单，可靠性好，攀爬效率高。

Description

一种利于履带吸附传动的磁路结构及攀爬装置

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种能在大型设备导磁表面进行移动的利于履带吸附传动的磁路结构及攀爬装置。

背景技术

攀爬机器人能够替代人工进行攀爬作业，且能够为后继的作业提供固定作业平台，有效的解决了当前相关行业高空作业危险系数高，效率低下的问题。

攀爬机器人的结构原理与地面行走机构在功能和结构上都存在较大差异，其作业时需克服重力影响，需根据不同的作业面特点采取不同的运动模式。针对于目前我国风电、火电、油气管道、大型设备检测和检修的攀爬作业要求，攀爬装置需沿设备壁面水平或者垂直爬行，因此对于攀爬装置的吸附力及可靠性都有较高的要求。

在我国目前对风电塔塔筒、火电锅炉、油气管道、大型船体、罐体等表面进行检测和检修作业时，各类所需检修装备的高度一般较高，而且多为平面或者曲率较小的圆弧面。据了解，我国目前电力、石油等行业的设备日常维护工作如设备检测成像、设备故障勘察、设备保养维护中，一般由工人携带并通过安装绳索装置由人工进行吊装检修作业，而具备一定重量的检测设备或者配件，则需要采用滑轮、电动葫芦、吊车等设备来进行作业，不仅费时费力，风险较大，而且效率较低。

从现有的中国专利公开的资料显示，永磁履带第一次出现在1998年，CN98110551.3《船罐焊缝自动爬行X射线探伤机》，探伤主机靠铰式软连接活动机架上的永磁履带吸附式链条传动爬行机构；与攀爬和磁力有关的专利申请文件公开了50多种相关技术。

如长春理工大学CN201310528724.9《一种磁力攀爬车》，所述磁力吸盘上安装有磁体，用于通过磁力将磁力攀爬车吸附在要攀爬的塔的由钢铁材料制成的塔壁上。

浙江工业大学CN201610299159.7《一种适用于壁面吸附攀爬的自驱式永磁转轮》，包括轮毂、环形磁体和定子轴芯，环形磁块、定子轴芯同轴装在所述的轮毂内，定子轴芯贯穿所述的环形磁块的中心孔，定子轴芯的两端从轮毂的中心通孔中伸出形成安装端；轮毂包括实心橡胶轮胎、左轮毂和右轮毂，左轮毂与右轮毂相向固接形成容纳环形磁轮的中心腔体，实心橡胶轮胎套在轮毂外圈；定子轴芯包括定轴、线圈绕阻、左爪盘和右爪盘，左爪盘、右爪盘相互配合安装在所述的定轴上，并在定轴轴肩约束下形成环形爪盘空腔。本发明的有益效果是：实现磁轮在不加装外部驱动的情况下自行运转；提出一种多作用力的磁体，磁轮内磁体的环形结构，对内提供驱动力，对外提供吸附力，可以对壁面实现吸附攀爬。

南昌理工学院CN201610379710.9《吸附装置及应用该吸附装置的攀爬清洗机器人》套筒的内部自上而下依次设有第一电磁铁、磁片、滑动块及第二电磁铁，上述吸附装置吸附能力强，且吸附和脱离切换简单快捷，易于实用。

从相关的公开技术中不难发现永磁履带及永磁履带机器人的应用正在不断扩大。本发明也是在从事这个方向的研发。特别是针对攀爬装置中的永磁部分，设计出一种通过磁力线叠加放大，使得履带能以较强的磁力产生牢固的吸附力，将是本发明的主要创造性劳动的体现形式，从而实现本发明目的。

发明内容

针对目前国内对设备表面的维护和检测作业需求，设计了一种通过磁力线叠加放大，使得履带能以较强的磁力产生牢固的吸附力，能沿导磁作业面快速攀爬的利于履带吸附传动的磁路结构及攀爬装置。该装置具有结构稳定可靠，攀爬速度快，运行稳定，负载能力较强的特点。

本发明技术方案之一：一种利于履带吸附传动的磁路结构，包括位于履带上移动的履带链板永磁体和位于车架上固定的车架永磁体，履带链板永磁体和车架永磁体的磁极设置为：相对于导磁作业面，履带链板永磁体和车架永磁体两者的磁力线外循环叠并共同作用于导磁作业面上；在履带链板永磁体和车架永磁体之间，磁极同性相斥设置，履带链板永磁体在进入或者离开车架永磁体时，会产生一对大小相等方向相反的在履带移动过度中作用的排斥力。

进一步，所述履带链板永磁体通过链板磁轭安装在履带链板总成中，车架永磁体通过车架永磁体磁轭安装在车架中，履带链板永磁体移动至车架永磁体下方时的横截面状态为履带链板永磁体的南北极和车架永磁体的南北极一一相对。

进一步，所述履带链板永磁体通过履带永磁体固定板安装在链板磁轭的一侧轭槽中，链板磁轭的另一侧安装有硅橡胶片，硅橡胶片与导磁作业面接触，履带链板总成包括硅橡胶片、链板磁轭、履带链板永磁体和履带永磁体固定板。

进一步，所述车架永磁体通过主磁体盖板安装在车架永磁体磁轭的一侧轭槽中，车架永磁体磁轭的轭槽口朝向导磁作业面。

本发明技术方案之二：一种履带传动的永磁吸附攀爬装置，包括车架、履带驱动轮、永磁吸附履带、履带从动轮和驱动电机，永磁吸附履带由若干履带链板总成链接组成，所述履带链板总成中设有履带链板永磁体，车架中设有车架永磁体，履带链板永磁体和车架永磁体的磁极设置为：相对于导磁作业面，履带链板永磁体和车架永磁体两者的磁力线外循环叠并共同作用于导磁作业面上；在履带链板永磁体和车架永磁体之间，磁极同性相斥设置，履带链板永磁体在进入或者离开车架永磁体时，会产生一对大小相等方向相反的在履带移动过度中作用的排斥力。

进一步，所述履带链板永磁体通过链板磁轭安装在履带链板总成中，车架永磁体通过车架永磁体磁轭安装在车架中，履带链板永磁体移动至车架永磁体下方时的横截面状态为履带链板永磁体的南北极和车架永磁体的南北极一一相对。

进一步，所述履带链板总成包括硅橡胶片、链板磁轭、履带链板永磁体和履带永磁体固定板，履带链板永磁体通过履带永磁体固定板安装在链板磁轭的一侧轭槽中，链板磁轭的另一侧安装有硅橡胶片，硅橡胶片与导磁作业面接触。

进一步，所述车架包括车架永磁体磁轭及两块设置在车架永磁体磁轭两边的车架支撑板，车架永磁体通过主磁体盖板安装在车架永磁体磁轭的一侧轭槽中，车架永磁体磁轭的轭槽口朝向导磁作业面；车架永磁体的长度即为永磁吸附履带的永磁吸附表面的长度。

进一步，车架永磁体磁轭轭槽两侧与车架支撑板之间分别设有一排履带张紧机构。

进一步，所述驱动电机的输出轴设置在车架的中部，履带驱动轮和履带从动轮设置在两端。

本发明永磁吸附履带上含有多个链板，每个链板内含有小型永磁体和磁轭。所述车架靠近攀爬作业面上的一侧装有大型永磁体和磁轭。因此，可以通过链板磁场和车架磁场的磁场设置，使得磁力叠加线放大后在经由导磁作业面循环，从而使得履带能以较强的吸力吸附于塔身壁面上。同时，履带链板总成在刚刚进入或者离开车架永磁体时，会产生一对大小相等方向相反的沿移动方向作用的排斥力，这一对排斥力刚好能够互相抵消，从而不会影响驱动电机的驱动。在驱动电机及同步带传动机构作用下，能保证在作业面上平稳运行，使得整个装置能沿作业面向前快速移动。

履带链板总成上装有合理设计的硅橡胶片，使得整个移动过程不留痕迹、稳定无冲击且不损伤导磁作业面。能够通过磁力的作用增大接触面的附着力，使得攀爬移动过程不留痕迹、平稳无冲击、且不损伤攀爬作业面的表面油漆。

链板张紧装置由一排滚轮组成，通过对链板在作业面上的张紧和支持，能加强履带靠近作业面一侧的结构强度和吸附能力，提升整个装置的负载能力。

驱动电机及减速箱输出轴上安装有同步带轮，并通过同步带将动力传递至履带驱动轮上。

总而言之，本发明永磁体布置巧妙，能够形成磁力线叠加并在外部循环作用于导磁作业面上的磁路，又能够形成磁力线相抵并在内部作用，减少对驱动电机工作的消极影响。便于通过在减轻履带永磁体质量的同时固定的大型永磁体与履带永磁体在磁轭的磁力线引导作用来保证整个装置的负载能力。其结构简单，可靠性好，攀爬效率高。攀爬作业进行维护和检测作业时不需要人工进行高空作业，安全性高。

附图说明

图1是本发明的履带传动的永磁吸附攀爬装置的结构示意图；

图2是本发明的履带传动的永磁吸附攀爬装置的永磁吸附履带结构示意图；

图3是本发明的永磁吸附履带的履带链板总成结构示意图；

图4是本发明的履带传动的永磁吸附攀爬装置的车架结构示意图；

图5是本发明的履带传动的永磁吸附攀爬装置的局部结构示意图；

图6是本发明的磁路结构示意图。

附图标记说明：导磁作业面1，车架2，履带驱动轮3，永磁吸附履带4，驱动电机5，履带从动轮6，履带链板总成7，硅橡胶片8，链板磁轭9，履带链板永磁体10，履带永磁体固定板11，车架支撑板12，主磁体盖板13，车架永磁体14，车架永磁体磁轭15，履带张紧机构16，磁力线17。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1：

图1是根据本实施例描述的履带传动的永磁吸附攀爬装置的结构示意图。

如图1所示，一种履带传动的永磁吸附攀爬装置，包括：吸附于导磁作业面1上的永磁吸附履带4，永磁吸附履带4安装在履带驱动轮3和履带从动轮6上，通过驱动电机5经由一组同步带后驱动履带驱动轮3，使得整个装置能沿导磁作业1面向前移动。

具体来说，如图2、图3、图4所示，永磁吸附履带4由多个履带链板总成7组成，履带链板总成7含有履带链板永磁体10和链板磁轭9，履带链板永磁体10为一块较小的钕铁硼带磁极强磁，通过履带永磁体固定板11安装并固定至链板磁轭9上。车架永磁体磁轭15上安装有一块较大较长的车架永磁体14，车架永磁体14同样也为钕铁硼带磁极强磁，并安装一块主磁体盖板13进行固定，同时车架永磁体磁轭15与两块车架支撑板12共同构成车架2的骨架，并将驱动电机5、履带驱动轮3、履带从动轮6安装至车架2上。

如图5、图6所示，该装置作业时，永磁吸附履带4通过安装在车架2上的履带张紧机构16使得永磁吸附履带4被张紧从而加强其接触面的传动性能。履带链板总成7在循环运动至车架永磁体14下方时，其履带链板永磁体10能够和安装在车架2上的车架永磁体14通过车架永磁体磁轭15以及链板磁轭9，使得两者的磁场叠加并共同作用于导磁作业面1上，使得整个装置在车架永磁体14下方时，能够以较强的磁力吸附于导磁作业面1上。车架永磁体14的长度即为永磁吸附履带4的永磁吸附表面的长度。通过驱动电机5驱动履带驱动轮3即可使得整个装置沿导磁作业面上向前移动作业。履带链板总成7上装有合理设计的硅橡胶片8，能够在硅橡胶的柔性变形下减小履带链板与作业面之间的气隙，增大磁路吸附力的同时使得整个移动过程不留痕迹、平稳无冲击并且不会对导磁作业面1的表面产生损害。

同时履带链板总成7在循环运动进入车架永磁体14磁力线时，由于其磁极的布置，在磁力线外循环叠加的同时，履带链板总成7内的履带链板永磁体10与车架永磁体14会因为磁极同性相斥的原理，履带链板永磁体10在准备进入车架永磁体14下方的磁场时，车架永磁体14会对用履带链板永磁体10产生沿履带行走方向逆向的排斥力，而履带链板永磁体10在准备离开车架永磁体14下方的磁场时，车架永磁体14同样也会对履带链板永磁体10产生沿履带行走方向正向的排斥力，这两个逆向和正向排斥力刚好大小相同方向相反并在履带上相互抵消，从而使得驱动力不会受到磁场排斥力的影响，也就不会影响驱动电机5的驱动。

本实施例使用永磁体和合理设计的磁路保证整个装置的负载能力。永磁吸附攀爬装置能稳定可靠的吸附于塔身壁面之上，且能沿塔身壁面快速移动。具有作业平稳可靠无冲击，移动不留痕迹，作业效率高，负载能力强的优点。

显然，以上技术在实施例1的引导下，可进行多种技术组合。因此，以上所述实施例仅表达了本申请的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种利于履带吸附传动的磁路结构，其特征在于，包括位于履带上移动的履带链板永磁体(10)和位于车架上固定的车架永磁体(14)，履带链板永磁体(10)和车架永磁体(14)的磁极设置为：相对于导磁作业面(1)，履带链板永磁体(10)和车架永磁体(14)两者的磁力线外循环叠加并共同作用于导磁作业面(1)上；在履带链板永磁体(10)和车架永磁体(14)之间，磁极同性相斥设置，履带链板永磁体(10)在进入或者离开车架永磁体(14)时，会产生一对大小相等方向相反的在履带移动过程中作用的排斥力。

2.根据权利要求1所述的一种利于履带吸附传动的磁路结构，其特征在于，所述履带链板永磁体(10)通过链板磁轭(9)安装在履带链板总成(7)中，车架永磁体(14)通过车架永磁体磁轭(15)安装在车架(2)中，履带链板永磁体(10)移动至车架永磁体(14)下方时的横截面状态为履带链板永磁体(10)的南北极和车架永磁体(14)的南北极一一相对。

3.根据权利要求2所述的一种利于履带吸附传动的磁路结构，其特征在于，所述履带链板永磁体(10)通过履带永磁体固定板(11)安装在链板磁轭(9)的一侧轭槽中，链板磁轭(9)的另一侧安装有硅橡胶片(8)，硅橡胶片(8)与导磁作业面(1)接触，履带链板总成(7)包括硅橡胶片(8)、链板磁轭(9)、履带链板永磁体(10)和履带永磁体固定板(11)。

4.根据权利要求2或3所述的一种利于履带吸附传动的磁路结构，其特征在于，所述车架永磁体(14)通过主磁体盖板(13)安装在车架永磁体磁轭(15)的一侧轭槽中，车架永磁体磁轭(15)的轭槽口朝向导磁作业面(1)。

5.一种履带传动的永磁吸附攀爬装置，包括车架(2)、履带驱动轮(3)、永磁吸附履带(4)、履带从动轮(6)和驱动电机(5)，永磁吸附履带(4)由若干履带链板总成(7)链接组成，其特征在于，所述履带链板总成(7)中设有履带链板永磁体(10)，车架(2)中设有车架永磁体(14)，履带链板永磁体(10)和车架永磁体(14)的磁极设置为：相对于导磁作业面(1)，履带链板永磁体(10)和车架永磁体(14)两者的磁力线外循环叠加并共同作用于导磁作业面(1)上；在履带链板永磁体(10)和车架永磁体(14)之间，磁极同性相斥设置，履带链板永磁体(10)在进入或者离开车架永磁体(14)时，会产生一对大小相等方向相反的在履带移动过程中作用的排斥力。

6.根据权利要求5所述的一种履带传动的永磁吸附攀爬装置，其特征在于，所述履带链板永磁体(10)通过链板磁轭(9)安装在履带链板总成(7)中，车架永磁体(14)通过车架永磁体磁轭(15)安装在车架(2)中，履带链板永磁体(10)移动至车架永磁体(14)下方时的横截面状态为履带链板永磁体(10)的南北极和车架永磁体(14)的南北极一一相对。

7.根据权利要求6所述的一种履带传动的永磁吸附攀爬装置，其特征在于，所述履带链板总成(7)包括硅橡胶片(8)、链板磁轭(9)、履带链板永磁体(10)和履带永磁体固定板(11)，履带链板永磁体(10)通过履带永磁体固定板(11)安装在链板磁轭(9)的一侧轭槽中，链板磁轭(9)的另一侧安装有硅橡胶片(8)，硅橡胶片(8)与导磁作业面(1)接触。

8.根据权利要求6或7所述的一种履带传动的永磁吸附攀爬装置，其特征在于，所述车架(2)包括车架永磁体磁轭(15)及两块设置在车架永磁体磁轭(15)两边的车架支撑板(12)，车架永磁体(14)通过主磁体盖板(13)安装在车架永磁体磁轭(15)的一侧轭槽中，车架永磁体磁轭(15)的轭槽口朝向导磁作业面(1)；车架永磁体(14)的长度即为永磁吸附履带(4)的永磁吸附表面的长度。

9.根据权利要求6或7所述的一种履带传动的永磁吸附攀爬装置，其特征在于，车架永磁体磁轭(15)轭槽两侧与车架支撑板(12)之间分别设有一排履带张紧机构(16)。

10.根据权利要求5或8所述的一种履带传动的永磁吸附攀爬装置，其特征在于，所述驱动电机(5)的输出轴设置在车架(2)的中部，履带驱动轮(3)和履带从动轮(6)设置在两端。

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