CN109484507A - 用于复杂导磁壁面的定向吸附永磁磁轮双轮爬壁机器人 - Google Patents
用于复杂导磁壁面的定向吸附永磁磁轮双轮爬壁机器人 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开用于复杂导磁壁面的定向吸附永磁磁轮双轮爬壁机器人，其包括机架和两个磁轮，机架上表面设有两个相互反向的驱动电机，每个驱动电机连接一个磁轮，驱动电机的输出轴上固定有第一齿轮，磁轮包括外轮、中间轴和扇形磁铁，外轮的圆心处固定有第二齿轮，第一齿轮与第二齿轮之间齿轮配合，第二齿轮的圆心与中间轴的一端转动连接，中间轴的另一端与机架对应端面上设有的机架孔间隙配合，扇形磁铁固定在机架对应一端的下表面，且扇形磁铁的半径小于外轮内孔半径。本发明当轮子接触到内相交壁面时，外轮不动内部扇形磁铁发生转动，实现内壁面的柔顺过渡运动。本发明的吸附机构可抵消重力的倾覆力矩，实现在壁面上的力矩平衡，结构简单紧凑。
Description
技术领域
本发明涉及机器人设备技术领域，尤其涉及用于复杂导磁壁面的定向吸附永磁磁轮双轮爬壁机器人。
背景技术
现有爬壁机器人一般应用在简单壁面操作，遇到内相交的壁面无法自主换向吸附垂直于原行驶平面的壁面继续前行。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供用于复杂导磁壁面的定向吸附永磁磁轮双轮爬壁机器人。
本发明采用的技术方案是：
用于复杂导磁壁面的定向吸附永磁磁轮双轮爬壁机器人，其包括机架和两个磁轮，机架上表面设有两个相互反向的驱动电机，每个驱动电机连接一个磁轮，驱动电机的输出轴上固定有第一齿轮，磁轮包括外轮、中间轴和扇形磁铁，外轮的圆心处固定有第二齿轮，第一齿轮与第二齿轮之间齿轮配合，第二齿轮的圆心与中间轴的一端转动连接，中间轴的另一端与机架对应端面上设有的机架孔间隙配合，扇形磁铁固定在机架对应一端的下表面，且扇形磁铁的半径小于外轮内孔半径。
进一步地，第二齿轮的圆心与中间轴的一端通过轴承配合连接。即第二齿轮的内孔与轴承外圈配合，中间轴与轴承内圈配合，中间轴与机架孔配合。
进一步地，机架孔为长条形，机架孔一端与外轮的中心对应，机架孔的另一端沿外轮的径向方向向边缘延伸。长条形的机架孔并于条件机架相对外轮中心的位置，进而调节扇形磁铁与导磁壁面的距离，以改变扇形磁铁与导磁壁面的吸附力。
进一步地，中间轴的另一端的端头套设有限位片。
进一步地，扇形磁铁的N极和S极沿外轮的径向设置，比如N极和S极由内而外设置或者N极和S极由外而内设置。
本发明采用以上技术方案，驱动电机带动第一齿轮转动，第一齿轮带动第二齿轮转动，第二齿轮与外轮固定连接。第二齿轮与中间轴通过轴承配合，中间轴与机架孔配合。扇形磁铁与机架固定连接，扇形磁铁直径小于外轮内孔直径，两者没有直接接触。扇形磁铁磁场方向未径向充磁，扇形磁铁可提供吸附力。由于扇形磁铁与导磁壁面作用，扇形磁铁在吸力作用下，扇形磁铁基本保持在与导磁壁面最小距离的位置。当外轮运动在平面导磁壁面时，第一齿轮带动与第二齿轮固定的外轮平稳运行在壁面上。当外轮运动至相交的导磁壁面时，在扇形磁铁吸力和外轮与两个倒刺壁面之间的摩擦力作用下外轮不能转动，与外轮固定连接的第二齿轮也不能转动。此时在驱动电机作用下第一齿轮围绕第二磁轮转动，进而连带电机、机架和扇形磁铁绕中间轴转动，扇形磁铁从水平壁面A转到垂直壁面B，实现了切换壁面的过程。完全切换壁面后，此时扇形磁铁吸附于垂直壁面B，在驱动电机的作用下继续沿垂直壁面B行进。
本发明的爬壁机器人当轮子接触到内相交壁面时，外轮子不动，内部扇形磁铁发生转动，可实现内壁面的柔顺过渡运动，适用于复杂导磁壁面上障碍的灵活越障。爬壁机器人紧凑的两轮机构，可实现在壁面上的吸附和灵活移动。本发明的吸附机构可抵消重力的倾覆力矩，实现双轮爬壁机器人在壁面上的力矩平衡，结构简单紧凑。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明；
图1为本发明双轮爬壁机器人的结构示意图；
图2为本发明的磁轮部分放大示意图；
图3为本发明的开始切换壁面时的状态示意图；
图4为本发明的完成切换壁面时的状态示意图。
具体实施方式
如图1-3之一所示，本发明公开了用于复杂导磁壁面的定向吸附永磁磁轮双轮爬壁机器人，其包括机架1和两个磁轮2，机架1上表面设有两个相互反向的驱动电机3，每个驱动电机3连接一个磁轮2，驱动电机3的输出轴上固定有第一齿轮4，磁轮2包括外轮5、中间轴6和扇形磁铁7，外轮5的圆心处固定有第二齿轮8，第一齿轮4与第二齿轮8之间齿轮配合，第二齿轮8的圆心与中间轴6的一端转动连接，中间轴6的另一端与机架1对应端面上设有的机架孔9间隙配合，扇形磁铁7固定在机架1对应一端的下表面，且扇形磁铁7的半径小于外轮5内孔半径。
进一步地，第二齿轮8的圆心与中间轴6的一端通过轴承配合连接。即第二齿轮8的内孔与轴承外圈紧配合，中间轴6与轴承内圈紧配合，中间轴6与机架孔9间隙配合。
进一步地，机架孔9为长条形，机架孔9一端与外轮5的中心对应，机架孔9的另一端沿外轮5的径向方向向边缘延伸。长条形的机架孔9并于条件机架1相对外轮5中心的位置，进而调节扇形磁铁7与导磁壁面的距离，以改变扇形磁铁7与导磁壁面的吸附力。
进一步地，中间轴6的另一端的端头套设有限位片10，以限制机架1相对外轮5的轴向偏离。
进一步地，扇形磁铁7的N极和S极沿外轮5的径向设置，比如N极和S极由内而外设置或者N极和S极由外而内设置。
进一步地，所述机架1上还设有电池、控制电路板等必要的电气元件。
本发明具体的工作原理如下：
如图1或2所示，驱动电机3带动第一齿轮4转动，第一齿轮4带动第二齿轮8转动，第二齿轮8与外轮5固定连接。第二齿轮8与中间轴6通过轴承配合，中间轴6与机架孔9配合。扇形磁铁7与机架1固定连接，扇形磁铁7直径小于外轮5内孔直径，两者没有直接接触。扇形磁铁7磁场方向未径向充磁，扇形磁铁7可提供吸附力。由于扇形磁铁7与导磁壁面作用，扇形磁铁7在吸力作用下，扇形磁铁7基本保持在与导磁壁面最小距离的位置。如图3所示，当外轮5运动在平面导磁壁面时，第一齿轮4带动与第二齿轮8固定的外轮5平稳运行在壁面上。当外轮5运动至相交的导磁壁面时，在扇形磁铁7吸力和外轮5与两个倒刺壁面之间的摩擦力作用下外轮5不能转动，与外轮5固定连接的第二齿轮8也不能转动。此时在驱动电机3作用下第一齿轮4围绕第二磁轮2转动，进而连带电机、机架1和扇形磁铁7绕中间轴6转动，如图4所示，扇形磁铁7从水平壁面A转到垂直壁面B，实现了切换壁面的过程。完全切换壁面后，此时扇形磁铁7吸附于垂直壁面B，在驱动电机3的作用下继续沿垂直壁面B行进。
本发明的爬壁机器人当轮子接触到内相交壁面时，外轮5子不动，内部扇形磁铁7发生转动，可实现内壁面的柔顺过渡运动，适用于复杂导磁壁面上障碍的灵活越障。爬壁机器人紧凑的两轮机构，可实现在壁面上的吸附和灵活移动。本发明的吸附机构可抵消重力的倾覆力矩，实现双轮爬壁机器人在壁面上的力矩平衡，结构简单紧凑。
Claims (5)
1.用于复杂导磁壁面的定向吸附永磁磁轮双轮爬壁机器人，其特征在于：其包括机架和两个磁轮，机架上表面设有两个相互反向的驱动电机，每个驱动电机连接一个磁轮，驱动电机的输出轴上固定有第一齿轮，磁轮包括外轮、中间轴和扇形磁铁，外轮的圆心处固定有第二齿轮，第一齿轮与第二齿轮之间齿轮配合，第二齿轮的圆心与中间轴的一端转动连接，中间轴的另一端与机架对应端面上设有的机架孔间隙配合，扇形磁铁固定在机架对应一端的下表面，且扇形磁铁的半径小于外轮内孔半径。
2.根据权利要求1所述的用于复杂导磁壁面的定向吸附永磁磁轮双轮爬壁机器人，其特征在于：所述第二齿轮的圆心与中间轴的一端通过轴承配合连接。
3.根据权利要求1所述的用于复杂导磁壁面的定向吸附永磁磁轮双轮爬壁机器人，其特征在于：所述机架孔为长条形，机架孔一端与外轮的中心对应，机架孔的另一端沿外轮的径向方向向边缘延伸。
4.根据权利要求1所述的用于复杂导磁壁面的定向吸附永磁磁轮双轮爬壁机器人，其特征在于：所述中间轴的另一端的端头套设有限位片。
5.根据权利要求1所述的用于复杂导磁壁面的定向吸附永磁磁轮双轮爬壁机器人，其特征在于：所述扇形磁铁的N极和S极沿外轮的径向设置。
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