CN107764452A - 一种永磁铁间隙吸附力测量装置及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种永磁铁间隙吸附力测量装置及其应用，其中，永磁铁间隙吸附力测量装置，包括底座、磁铁安装座和拉动机构；所述底座包括相互垂直的第一竖板和第一横板；第一竖板上靠近第一横板一侧设有试板安装模块，第一横板上设有磁铁安装座和拉动机构；所述磁铁安装座上正对试板安装模块的一侧设有磁铁安装模块，磁铁安装模块与试板安装模块位置相对应；磁铁安装座上远离试板安装模块的一侧连接拉力计，所述拉力计与拉动机构连接。本发明所述的永磁铁间隙吸附力测量装置，测量精确、操作简便，可将其用于不同磁铁参数变量条件下，间隙磁吸附力的测量。

Description

一种永磁铁间隙吸附力测量装置及其应用

技术领域

本发明属于永磁铁性能检测技术领域，尤其是涉及一种可以对间隙式永 磁吸附爬壁机器人所用磁铁在不同间隙条件下的磁吸力进行精确测量的永 磁铁间隙吸附力测量装置及其应用。

背景技术

间隙式永磁吸附爬壁机器人是一种用途广泛的特种机器人，在该机器人 设计开发过程中，需要对其所用的永磁铁进行选型，并确定磁铁的大小、形 状、数量，而这些选型的关键在于各型磁铁吸附力的确定。

传统的方法是通过测量磁通密度B，及确定吸附面积S，经过公式 F＝(B/4965)2S计算获得磁吸附力。这种方法简单易用，但不够精确。因为在 间隙吸附的条件下，不同位置测量的B值可能不同，且间隙吸附时磁感线会 呈现发散趋势，S值会有变化。无法得出精确的B值与S值，就会造成吸附 力F计算值与实际值的偏差，进而影响到磁铁选型，造成机器人负载能力不 足或行动笨拙等情况。

因此需要研制一种测量精确、操作简便的永磁铁间隙吸附力测量装置。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种永磁铁间隙吸附力测量装置，以克服现 有技术的缺陷，测量精确、操作简便，可将其用于不同磁铁参数变量条件下， 间隙磁吸附力的测量。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种永磁铁间隙吸附力测量装置，包括底座、磁铁安装座和拉动机构；

所述底座包括相互垂直的第一竖板和第一横板；第一竖板上靠近第一横 板一侧设有试板安装模块，第一横板上设有磁铁安装座和拉动机构；磁铁安 装座可在拉动机构的带动下沿靠近和远离第一竖板的方向直线移动；

所述磁铁安装座上正对试板安装模块的一侧设有磁铁安装模块，磁铁安 装模块与试板安装模块位置相对应；磁铁安装座上远离试板安装模块的一侧 连接拉力计，所述拉力计与拉动机构连接。

进一步的，所述第一竖板和第一横板呈L型设置；第一竖板和第一横板 一体成型或固定连接；所述试板安装模块上安装的试板材质为铁磁性材料。

进一步的，所述第一横板上设有两条光滑导轨，光滑导轨上设有滑块； 磁铁安装座安装在滑块上；所述拉动机构位于两条光滑导轨之间，且部分位 于磁铁安装座下方。

进一步的，所述拉动机构包括直线单元、电机和电动滑块；所述直线单 元平行于光滑导轨设置；所述电机连接直线单元，并驱动安装在直线单元上 的电动滑块移动；所述电动滑块通过拉力计固定板连接拉力计；光滑导轨前 端和后端均安装有一可移动和夹紧的限位块。

进一步的，所述直线单元包括支架、丝杠和两条导杆；所述支架固定在 两条光滑导轨之间；丝杠和两条导杆均位于支架内，且两端均与支架连接； 丝杠位于两个导杆之间，且与导杆和光滑导轨平行设置；丝杠上设有电动滑 块，电动滑块安装在导杆上；丝杠远离试板安装模块一端伸出支架并通过联 轴器连接电机，所述电机固定在第一横板上；两个限位块所在位置分别正对 支架的前端和后端。

进一步的，所述磁铁安装座包括相互垂直的第二竖板和第二横板；第二 竖板和第二横板一体成型或固定连接；第二竖板平行于第一竖板，第二竖板 上正对试板安装模块的一侧设有磁铁安装模块；第二竖板上远离试板安装模 块的一侧连接拉力计，第二横板固定在滑块上。

进一步的，所述第二竖板和第二横板的材质为不锈钢；第二竖板和第二 横板呈倒T型设置。

进一步的，所述拉力计平行于第一横板设置；拉力计两端分别通过一挂 钩与磁铁安装座和拉动机构连接；所述第一竖板和第一横板材质为不锈钢； 所述第一横板一侧设有距离测量装置或距离感应装置。当为距离测量装置 时，距离测量装置为设在第一横板一侧的刻度，使用时可采用塑料塞尺测量 试板与磁铁之间的间隙，确保间隙距离准确。

本发明的第二个目的是，提出一种利用如上所述的永磁铁间隙吸附力测 量装置测量永磁铁吸附力的方法，以将上述永磁铁间隙吸附力测量装置应用 到不同磁铁参数变量条件下，间隙磁吸附力的测量的研究中。

一种利用如上所述的永磁铁间隙吸附力测量装置测量永磁铁吸附力的 方法，将待测的试板和磁铁分别安装在试板安装模块和磁铁安装模块上，在 设定磁铁材质、磁铁密度、磁铁形状、磁铁厚度、吸附面积、试板厚度各参 数中的一个为变量，其他参数均不变的条件下，调节磁铁距试板的间隙，测 量不同间隙距离下的永磁铁吸附力。

本发明的第三个目的是，提出一种如上所述的永磁铁间隙吸附力测量装 置在永磁铁间隙吸附力研究中的应用，以将其用于永磁铁间隙磁吸附力的研 究中。

一种永磁铁间隙吸附力测量装置在永磁铁间隙吸附力研究中的应用，可 以是：

通过对间隙式永磁吸附爬壁机器人所用磁铁在不同间隙条件下的磁吸 力进行精确测量,涉及到不同间隙距离(σ)、不同材质(钐钴磁体、钕铁 硼磁铁等)、不同密度(ρ)、不同形状(圆形、矩形等)、不同磁铁厚度(h)、不同试板厚度(δ)、不同吸附面积(S)的间隙磁吸附力(F)曲 线的回归分析，并得出各变量与间隙磁吸附力之间的关系。

比如，在选用矩形铝铁硼磁铁，h、ρ、δ确定，σ为变量时，研究F 曲线的变化；在h改变，其他条件不变的情况下，研究F曲线的变化……

通过对各参数变量在σ不同情况下所产生的F曲线，研究永磁体各项参 数变化对间隙吸附力的影响，进而通过回归分析得出F与各变量间的关系式。

相对于现有技术，本发明所述的一种永磁铁间隙吸附力测量装置具有以 下优势：

本发明所述的一种永磁铁间隙吸附力测量装置，使用时，将待测的试板 和磁铁分别安装在试板安装模块和磁铁安装模块上，在距离检测装置或距离 感应装置的辅助下，可通过拉动机构带动磁铁安装座，依靠拉力计读取吸附 力值，操作方便，安全性高，检测结果准确。

所述的一种利用如上所述的永磁铁间隙吸附力测量装置测量永磁铁吸 附力的方法以及永磁铁间隙吸附力测量装置在永磁铁间隙吸附力研究中的 应用，与永磁铁间隙吸附力测量装置相对于现有技术所具有的优势相同，在 此不再赘述。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的 示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在 附图中：

图1为本发明实施例所述的永磁铁间隙吸附力测量装置的一个角度的立 体示意图；

图2为本发明实施例所述的永磁铁间隙吸附力测量装置的第二个角度的 立体示意图；

图3为本发明实施例所述的永磁铁间隙吸附力测量装置的第三个角度的 立体示意图；

图4为本发明实施例所述的永磁铁间隙吸附力测量装置的俯视图；

图5为本发明实施例所述的永磁铁间隙吸附力测量装置中底座、光滑导 轨等的相对位置示意图；

图6为本发明实施例所述的永磁铁间隙吸附力测量装置中磁铁安装座的 结构示意图；

图7为本发明实施例所述的永磁铁间隙吸附力测量装置中直线单元的简 单结构示意图；

图8为本发明实施例所述的永磁铁间隙吸附力测量装置中丝杠和导杆及 部分支架相对位置示意图。

附图标记说明：

1-底座；101-第一竖板；102-第一横板；2-磁铁安装座；201-第二竖板； 202-第二横板；3-拉动机构；301-直线单元；3011-支架；3012-丝杠；3013- 导杆；302-电机；303-电动滑块；4-试板安装模块；5-磁铁安装模块；6-拉 力计；7-光滑导轨；8-滑块；9-拉力计固定板；10-限位块；11-联轴器；12- 距离测量装置。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特 征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、 “上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、 “顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示 的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗 示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此 不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述 目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征 的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包 括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的 含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语 “安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也 可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可 以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。 对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明 中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1-6所示，一种永磁铁间隙吸附力测量装置，包括底座1、磁铁安 装座2和拉动机构3；

所述底座1包括相互垂直的第一竖板101和第一横板102；第一竖板101 上靠近第一横板102一侧设有试板安装模块4，第一横板102上设有磁铁安 装座2和拉动机构3；磁铁安装座2可在拉动机构3的带动下沿靠近和远离 第一竖板101的方向直线移动；

所述磁铁安装座2上正对试板安装模块4的一侧设有磁铁安装模块5， 磁铁安装模块5与试板安装模块4位置相对应；磁铁安装座2上远离试板安 装模块4的一侧连接拉力计6，所述拉力计6与拉动机构3连接。

所述第一竖板101和第一横板102呈L型设置；第一竖板101和第一横 板102一体成型或固定连接；所述试板安装模块4上安装的试板材质为铁磁 性材料。

所述第一横板102上设有两条光滑导轨7，光滑导轨7上设有滑块8； 磁铁安装座2安装在滑块8上；所述拉动机构3位于两条光滑导轨7之间， 且部分位于磁铁安装座2下方。

所述拉动机构3包括直线单元301、电机302和电动滑块303；所述直 线单元301平行于光滑导轨7设置；所述电机302连接直线单元301，并驱 动安装在直线单元301上的电动滑块303移动；所述电动滑块303通过拉力 计固定板9连接拉力计6；光滑导轨7前端和后端均安装有一可移动和夹紧 的限位块10。限位块10的设置，便于控制磁铁与试板之间的距离，并可防 止磁铁安装座2与其他部分的挤压和碰撞。

如图7和图8所示，所述直线单元301包括支架3011、丝杠3012和两 条导杆3013；所述支架3011固定在两条光滑导轨7之间；丝杠3012和两条 导杆3013均位于支架3011内，且两端均与支架3011连接；丝杠3012位于 两个导杆3013之间，且与导杆3013和光滑导轨7平行设置；丝杠3012上 设有电动滑块303，电动滑块303安装在导杆3013上；丝杠3012远离试板 安装模块4一端伸出支架3011通过联轴器11连接电机302，所述电机302 固定在第一横板102上；两个限位块10所在位置分别正对支架3011的前端 和后端。

所述磁铁安装座2包括相互垂直的第二竖板201和第二横板202；第二 竖板201和第二横板202一体成型或固定连接；第二竖板201平行于第一竖 板101，第二竖板201上正对试板安装模块4的一侧设有磁铁安装模块5； 第二竖板201上远离试板安装模块4的一侧连接拉力计6，第二横板202固 定在滑块8上。

所述第二竖板201和第二横板202的材质为不锈钢；第二竖板201和第 二横板202呈倒T型设置。

所述拉力计6平行于第一横板102设置；拉力计6两端分别通过一挂钩 与磁铁安装座2和拉动机构3连接；所述第一竖板101和第一横板102材质 为不锈钢；所述第一横板102一侧设有距离测量装置12。距离测量装置12 为刻在第一横板102一侧的刻度，便于控制磁铁与试板之间的间隙距离，测 量中会配有塑料塞尺，确保间隙距离准确。拉力计6选用艾德堡数显推拉力 计,型号为HP-300,该型拉力计可以记录拉力峰值,拉力测量范围为0-30KG。

本实施例的工作过程为：

将待测的试板和磁铁分别安装在试板安装模块4和磁铁安装模块5上， 测试开始时先将磁铁与试板的间隙距离调节为1mm，开动电机302，由拉动 机构3带动磁铁安装座2向电机302方向移动，记录磁铁移动过程中的最大 拉力，就是间隙为1mm时该型永磁铁的吸附力。要测量其他间隙距离条件下 的吸附力，只需要改变测量的初始距离即可。

一种利用永磁铁间隙吸附力测量装置测量永磁铁吸附力的方法，将待测 的试板和磁铁分别安装在试板安装模块4和磁铁安装模块5上，在设定磁铁 材质、磁铁密度、磁铁形状、磁铁厚度、吸附面积、试板厚度各参数中其中 一个为变量，其他参数均不变的情况下，测量不同间隙距离下的永磁铁吸附 力。比如：

第一种情况：设定其他参数不变，磁铁厚度为辅助变量(磁铁厚度从 10mm-1mm变化)，测试不同厚度时间隙时吸附力的大小。具体为：当磁铁厚 度为10mm时，测试当试板和磁铁间歇为1mm、2mm、3mm……10mm时的吸附 力；再改变磁铁厚度为9mm时，测试当试板和磁铁间隙为1mm、2mm、3mm……10mm时的吸附力；……

第二种情况：设定其他参数不变，测试不同材质磁铁(钐钴磁体、钕铁 硼磁铁等)，在试板和磁铁间隙为1mm、2mm、3mm……10mm时的吸附力。

……

永磁铁间隙吸附力测量装置在永磁铁间隙吸附力研究中的应用：

通过对间隙式永磁吸附爬壁机器人所用磁铁在不同间隙条件下的磁吸 力进行精确测量,涉及到不同间隙距离(σ)、不同材质(钐钴磁体、钕铁 硼磁铁等)、不同密度(ρ)、不同形状(圆形、矩形等)、不同磁铁厚度 (h)、不同试板厚度(δ)、不同吸附面积(S)的间隙磁吸附力(F)曲 线的回归分析，并得出各变量与间隙磁吸附力之间的关系。

比如，在选用矩形铝铁硼磁铁，h、ρ、δ确定，σ为变量时，研究F 曲线的变化；在h改变，其他条件不变的情况下，研究F曲线的变化……

通过对各参数变量在σ不同情况下所产生的F曲线，研究永磁体各项参 数变化对间隙吸附力的影响，进而通过回归分析得出F与各变量间的关系式。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本 发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在 本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种永磁铁间隙吸附力测量装置，其特征在于：包括底座(1)、磁铁安装座(2)和拉动机构(3)；

所述底座(1)包括相互垂直的第一竖板(101)和第一横板(102)；第一竖板(101)上靠近第一横板(102)一侧设有试板安装模块(4)，第一横板(102)上设有磁铁安装座(2)和拉动机构(3)；磁铁安装座(2)可在拉动机构(3)的带动下沿靠近和远离第一竖板(101)的方向直线移动；

所述磁铁安装座(2)上正对试板安装模块(4)的一侧设有磁铁安装模块(5)，磁铁安装模块(5)与试板安装模块(4)位置相对应；磁铁安装座(2)上远离试板安装模块(4)的一侧连接拉力计(6)，所述拉力计(6)与拉动机构(3)连接。

2.根据权利要求1所述的永磁铁间隙吸附力测量装置，其特征在于：所述第一竖板(101)和第一横板(102)呈L型设置；第一竖板(101)和第一横板(102)一体成型或固定连接；所述试板安装模块(4)上安装的试板材质为铁磁性材料。

3.根据权利要求1所述的永磁铁间隙吸附力测量装置，其特征在于：所述第一横板(102)上设有两条光滑导轨(7)，光滑导轨(7)上设有滑块(8)；磁铁安装座(2)安装在滑块(8)上；所述拉动机构(3)位于两条光滑导轨(7)之间，且部分位于磁铁安装座(2)下方。

4.根据权利要求3所述的永磁铁间隙吸附力测量装置，其特征在于：所述拉动机构(3)包括直线单元(301)、电机(302)和电动滑块(303)；所述直线单元(301)平行于光滑导轨(7)设置；所述电机(302)连接直线单元(301)，并驱动安装在直线单元(301)上的电动滑块(303)移动；所述电动滑块(303)通过拉力计固定板(9)连接拉力计(6)；光滑导轨(7)前端和后端均安装有一可移动和夹紧的限位块(10)。

5.根据权利要求4所述的永磁铁间隙吸附力测量装置，其特征在于：所述直线单元(301)包括支架(3011)、丝杠(3012)和两条导杆(3013)；所述支架(3011)固定在两条光滑导轨(7)之间；丝杠(3012)和两条导杆(3013)均位于支架(3011)内，且两端均与支架(3011)连接；丝杠(3012)位于两个导杆(3013)之间，且与导杆(3013)和光滑导轨(7)平行设置；丝杠(3012)上设有电动滑块(303)，电动滑块(303)安装在导杆(3013)上；丝杠(3012)远离试板安装模块(4)一端伸出支架(3011)，并通过联轴器(11)连接电机(302)；所述电机(302)固定在第一横板(102)上；两个限位块(10)所在位置分别正对支架(3011)的前端和后端。

6.根据权利要求3所述的永磁铁间隙吸附力测量装置，其特征在于：所述磁铁安装座(2)包括相互垂直的第二竖板(201)和第二横板(202)；第二竖板(201)和第二横板(202)一体成型或固定连接；第二竖板(201)平行于第一竖板(101)，第二竖板(201)上正对试板安装模块(4)的一侧设有磁铁安装模块(5)；第二竖板(201)上远离试板安装模块(4)的一侧连接拉力计(6)，第二横板(202)固定在滑块(8)上。

7.根据权利要求6所述的永磁铁间隙吸附力测量装置，其特征在于：所述第二竖板(201)和第二横板(202)的材质为不锈钢；第二竖板(201)和第二横板(202)呈倒T型设置。

8.根据权利要求1所述的永磁铁间隙吸附力测量装置，其特征在于：所述拉力计(6)平行于第一横板(102)设置；拉力计(6)两端分别通过一挂钩与磁铁安装座(2)和拉动机构(3)连接；所述第一竖板(101)和第一横板(102)材质为不锈钢；所述第一横板(102)一侧设有距离测量装置(12)或距离感应装置。

9.一种利用如权利要求1至8任意一项所述的永磁铁间隙吸附力测量装置测量永磁铁吸附力的方法，其特征在于：将待测的试板和磁铁分别安装在试板安装模块(4)和磁铁安装模块(5)上，设定磁铁材质、磁铁密度、磁铁形状、磁铁厚度、吸附面积、试板厚度各参数中的一个为变量，在其他参数均不变的条件下，调节磁铁距试板的间隙，测量不同间隙距离下的永磁铁吸附力。

10.如权利要求1至8任意一项所述的永磁铁间隙吸附力测量装置在永磁铁间隙吸附力研究中的应用。