CN110053680A - 一种应用于攀爬机器人的磁吸附式越障履带装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于攀爬机器人的磁吸附式越障履带装置，包括履带机架、履带驱动轮总成、履带从动轮总成、驱动电机、强磁履带链条和若干强磁支座；履带驱动轮总成通过强磁履带链条与履带从动轮总成相连，驱动电机与履带驱动轮总成相连，履带驱动轮总成和履带从动轮总成分别转动安装在履带机架的两端，强磁支座安装在履带机架的底部并且通过弹簧装置与履带机架相连；强磁履带链条内设置有履带强磁块，强磁支座内设置有固定强磁块，履带强磁块与固定强磁块同侧的磁极磁性相同，强磁支座底部开设有凹槽，强磁履带链条穿过强磁支座底部的凹槽。本发明通过强磁支座和强磁履带链条的磁场叠加提高磁吸附力，并且越障性能好，使用寿命长。
Description
技术领域
本发明涉及攀爬机器人领域，具体的涉及一种应用于攀爬机器人的磁吸附式越障履带装置。
背景技术
在目前的攀爬机器人领域主要采用永磁吸附式的机器人，永磁吸附攀爬机器人主要以履带驱动以及履带和强磁块组合产生磁性吸附力的技术为主，一般在塔筒、船舶表面、罐体等钢结构表面进行对应的维护作业，而决定永磁吸附攀爬机器人在垂直表面作业性能的主要因素为磁性吸附力的大小，以及是否能够具备针对焊缝和圆管等障碍物的越障能力。
目前主要以在履带表面加装强磁块来实现磁性吸附，并且通过履带本身的柔性来进行越障，强磁块本身较脆且容易碎裂，且在越障过程中如果收到异物挤压则更加容易破碎，从而使得攀爬机器人磁性吸附失效而造成设备故障甚至坠落。如果需要增大吸附力，则需增大所有履带上的强磁块大小，设备的自重也会对应的成倍增加从而设备整体提高负载性能的效果并不明显，且强磁块长期工作容易碎裂，越障性能较差使得设备的制造和维护成本较高，还容易造成故障从而影响正常的运维作业。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种磁吸附能力强、越障性能好、避免强磁块与吸附面直接接触的应用于攀爬机器人的磁吸附式越障履带装置。
本发明采用的技术方案是：
一种应用于攀爬机器人的磁吸附式越障履带装置，包括：履带机架、履带驱动轮总成、履带从动轮总成、驱动电机、强磁履带链条和若干强磁支座；所述履带驱动轮总成通过强磁履带链条与履带从动轮总成相连以用于形成履带传动结构，所述驱动电机与履带驱动轮总成相连以用于提供驱动力，所述履带驱动轮总成和履带从动轮总成分别转动安装在履带机架的两端，所述强磁支座安装在履带机架的底部并且通过弹簧装置与履带机架相连以用于适应强磁履带链条越障时产生的形变；所述强磁履带链条内设置有履带强磁块，所述强磁支座内设置有固定强磁块，所述履带强磁块与固定强磁块同侧的磁极磁性相同，强磁支座底部开设有凹槽，履带机架下方的强磁履带链条穿过强磁支座底部的凹槽，以用于使强磁支座和强磁履带链条的磁场叠加提高磁吸附力。
进一步的，所述履带驱动轮总成包括驱动电机、履带驱动轮、减速器支撑面板和输入轴支撑面板，所述履带驱动轮一端设置有驱动轴，另一端设置有支撑轴，所述驱动电机通过减速器与履带驱动轮的驱动轴相连以用于提供驱动力，履带驱动轮的驱动轴通过驱动轮轮毂轴承转动安装在减速器支撑面板上，履带驱动轮的支撑轴通过履带轮支撑轴承转动安装在输入轴支撑面板上。
进一步的，所述减速器支撑面板和输入轴支撑面板之间设置有履带弹性支撑滚轮，以用于使强磁履带链条进入/脱离履带驱动轮时始终贴紧吸附表面；所述履带弹性支撑滚轮包括滚轮固定支架、支撑滚轮和支撑弹簧，所述滚轮固定支架的两侧分别与减速器支撑面板和输入轴支撑面板相连，所述支撑滚轮通过支撑弹簧与滚轮固定支架的底部固定连接以用于适应强磁履带链条越障时产生的形变。
进一步的，所述履带从动轮总成包括履带从动轮、两块从动轮支撑面板、履带张力调节座、履带张力调节螺栓，所述履带从动轮的两端设置有从动轮支撑轴，所述从动轮支撑轴通过从动轮轮毂轴承转动安装在两块从动轮支撑面板上；所述履带张力调节座安装在从动轮支撑面板的外侧，所述履带张力调节螺栓穿过履带张力调节座与履带机架相连，履带张力调节螺栓与从动轮支撑面板平行，以用于调节履带从动轮总成在履带机架的安装位置。
进一步的，所述两块从动轮支撑面板之间设置有履带弹性支撑滚轮，以用于使强磁履带链条进入/脱离履带从动轮时始终贴紧吸附表面；所述履带弹性支撑滚轮包括滚轮固定支架、支撑滚轮和支撑弹簧，所述滚轮固定支架的两侧分别与两块从动轮支撑面板相连，所述支撑滚轮通过支撑弹簧与滚轮固定支架的底部固定连接以用于适应强磁履带链条越障时产生的形变。
进一步的，所述履带机架包括张力调节限位块、面板限位块、固定骨架、弹簧盖板、两块履带轮固定面板和支架螺栓，所述履带轮固定面板分别安装在固定骨架的两侧，所述弹簧盖板安装在固定骨架的顶部，两块履带轮固定面板的内侧皆安装有强磁块滑动面板，所述强磁支座位于两块强磁块滑动面板之间，所述强磁块滑动面板上设置有用于使强磁支座上下滑动的导向槽，强磁支座的顶部通过弹簧装置与弹簧盖板的底部相连；所述张力调节限位块通过支架螺栓安装在固定骨架靠近的履带从动轮总成的一端，所述面板限位块通过支架螺栓安装在固定骨架靠近履带驱动轮总成的一端，张力调节限位块/面板限位块的两端延伸至履带轮固定面板的外侧。
进一步的，所述强磁履带链条还包括若干强磁履带板、设置在相邻两块强磁履带板之间的若干履带板铰链销，所述履带强磁块固定安装在强磁履带板上，任意相邻的两块强磁履带板通过履带板铰链销可转动连接。
进一步的，所述履带强磁块通过胶水与强磁履带板固定粘接。
进一步的，所述强磁支座还包括强磁固定底座、强磁固定盖板、强磁支座滚轮，所述固定强磁块位于强磁固定底座和强磁固定盖板之间，所述强磁固定底座和强磁固定盖板通过盖板固定螺栓固定连接以用于固定固定强磁块，所述强磁固定底座底部开设有凹槽以用于使强磁履带链条穿过，所述强磁固定盖板的顶部与弹簧装置的底部相连。
进一步的，所述强磁固定底座底部设置有强磁支座滚轮，所述强磁支座滚轮通过滚轮安装螺栓固定在强磁固定底座底部的两边，强磁支座滚轮用于减少强磁履带链条穿过强磁固定底座底部的凹槽时的阻力。
本发明的有益效果在于：
本发明通过驱动电机驱动履带驱动轮总成从而带动强磁履带链条运动，并且通过安装在强磁履带链条内侧的履带强磁块产生磁性吸附，使强磁履带链条在穿过强磁支座底部凹槽的同时，通过强磁支座内部的固定强磁块使强磁履带链条的磁路加强，提高了强磁履带链条在吸附面的吸附能力。
同时强磁支座顶部安装有弹簧装置，不仅能够向下挤压强磁支座使其紧贴底部的强磁履带链条，提高磁场强化能力，进一步提高吸附力，还能够使磁场强化支座在强磁履带链条越障时能够升降来适应履带变形，从而使本装置具有良好的越障性能。
将履带强磁块设置强磁履带链条内侧，避免强磁块与吸附面直接发生接触，提高了强磁块的使用寿命。
附图说明
图1为本发明磁吸附式越障履带装置的结构示意图；
图2a为本发明履带驱动轮总成的结构示意图；
图2b为本发明履带驱动轮总成的爆炸分解图；
图3a为本发明履带从动轮总成的结构示意图；
图3b为本发明履带从动轮总成的爆炸分解图；
图4为本发明带强磁支座的履带机架的结构示意图；
图5为本发明履带机架的底视图；
图6为本发明强磁履带链条、履带机架与强磁支座的结构示意图；
图7为本发明强磁履带链条与强磁支座的结构示意图；
图8为本发明强磁支座的结构示意图；
图9为本发明强磁履带链条与强磁支座的剖视图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
如图1所示为本发明的一种应用于攀爬机器人的磁吸附式越障履带装置，包括：履带机架1、履带驱动轮总成2、履带从动轮总成3、驱动电机4、强磁履带链条5和强磁支座6；强磁履带链条5环绕履带驱动轮总成2和履带从动轮总成3一圈以形成履带传动结构，驱动电机4与履带驱动轮总成2相连，履带驱动轮总成2和履带从动轮总成3分别转动安装在履带机架1的两端，强磁支座6安装在履带机架1的底部并且通过弹簧装置62与履带机架1相连，以用于适应强磁履带链条5越障时产生的形变；强磁履带链条5内设置有履带强磁块51，强磁支座6内设置有固定强磁块61，履带强磁块51与固定强磁块61同侧的磁极磁性相同，强磁支座6底部开设有凹槽，履带机架1下方的强磁履带链条5穿过强磁支座6底部的凹槽，强磁支座6和强磁履带链条5除强磁块此外以外其余部分都采用导磁钢材料，也可以采用其他具备导磁能力的材料，固定强磁块61的磁场与履带强磁块51的磁场叠加后在磁吸附表面的内侧产生磁场循环，使得强磁履带链条5的原磁场成倍放大，极大的提高磁力吸附效果。
如图2a-2b所示，履带驱动轮总成2包括履带驱动轮21、减速器支撑面板22和输入轴支撑面板23，履带驱动轮21一端设置有驱动轴，另一端设置有支撑轴，驱动电机4通过减速器41与履带驱动轮21的驱动轴相连以用于提供驱动力，同时驱动电机4和减速器41均通过电机安装支架42固定在减速器支撑面板22的外侧，使得驱动电机、减速器和履带驱动轮总成2形成一个刚性整体能够稳定输出动力，履带驱动轮21的驱动轴通过驱动轮轮毂轴承24转动安装在减速器支撑面板22上，履带驱动轮21的支撑轴通过履带轮支撑轴承25转动安装在输入轴支撑面板23上，履带驱动轮21的两端分别通过履带轮支撑轴承25和驱动轮轮毂轴承24提供滚动支撑。
其中，减速器支撑面板22和输入轴支撑面板23之间设置有履带弹性支撑滚轮，以用于使强磁履带链条5进入/脱离履带驱动轮21时始终贴紧吸附表面；履带弹性支撑滚轮包括滚轮固定支架71、支撑滚轮72和支撑弹簧73，滚轮固定支架71的两侧分别与减速器支撑面板22和输入轴支撑面板23相连，支撑滚轮72通过支撑弹簧73与滚轮固定支架71的底部固定连接以用于适应强磁履带链条5越障时产生的形变。
如图3a-3b所示，履带从动轮总成3包括履带从动轮31、两块从动轮支撑面板32、履带张力调节座33、履带张力调节螺栓34，履带从动轮31的两端设置有从动轮支撑轴35，从动轮支撑轴35通过从动轮轮毂轴承36转动安装在两块从动轮支撑面板32上；履带张力调节座33安装在从动轮支撑面板32的外侧，履带张力调节螺栓34穿过履带张力调节座33与履带机架1相连，履带张力调节螺栓34与从动轮支撑面板32平行，以用于调节履带从动轮总成3在履带机架1的安装位置。
其中，减速器支撑面板22和输入轴支撑面板23之间、两块从动轮支撑面板32之间皆设置有履带弹性支撑滚轮，履带弹性支撑滚轮包括滚轮固定支架71、支撑滚轮72、支撑弹簧73和滚轮底座74，滚轮固定支架71的两侧分别与对应的支撑面板固定连接，支撑滚轮72安装在滚轮底座74的底部，滚轮底座74通过导向杆结构穿过支撑弹簧73与滚轮固定支架71的底部固定连接，滚轮底座74通过支撑弹簧73能够发生上下位移且保持一定的弹力，通过弹力的作用使得支撑滚轮72能够始终向下压紧强磁履带链条5，因此强磁履带链条5进入/脱离履带驱动轮21或履带从动轮31时能够始终贴紧吸附表面，并且支撑弹簧73还能够使强磁履带链条5越障产生形变时能够保持一定的张紧力。
如图4-图5所示，履带机架1包括张力调节限位块11、面板限位块12、固定骨架13、弹簧盖板14、两块履带轮固定面板15和支架螺栓16，履带轮固定面板15分别安装在固定骨架13的两侧，弹簧盖板14安装在固定骨架13的顶部，两块履带轮固定面板15的内侧皆安装有强磁块滑动面板17，强磁支座位于两块强磁块滑动面板17之间且能够沿强磁块滑动面板17上的导向槽上下滑动，强磁支座6的顶部通过弹簧装置62与弹簧盖板14的底部相连。
张力调节限位块11/面板限位块12的两端延伸至履带轮固定面板15的外侧，张力调节限位块11的两端厚度大于面板限位块12，张力调节限位块11/面板限位块12延伸至履带轮固定面板15外侧的两端上设置有螺孔，通过螺栓将张力调节限位块11/面板限位块12、履带轮固定面板15和固定骨架1连接为一体，通过调张力调节限位块11两端的螺栓使得履带轮固定面板15内部的强磁块滑动面板17保持刚性且不产生形变；其中张力调节限位块11安装在固定骨架13靠近的履带从动轮总成3的一端，面板限位块12安装在固定骨架13靠近履带驱动轮总成2的一端，张力调节限位块11位于履带张力调节螺栓34活动方向的末端以进行限位，从而使得履带张力调节螺栓34伸长或缩短时，履带从动轮总成3能够根据张力调节限位块11的位置进行对应固定位的调整。
如图6-图9所示，强磁履带链条5还包括若干强磁履带板52、设置在相邻两块强磁履带板52之间的若干履带板铰链销53，履带强磁块51固定安装在强磁履带板52上，任意相邻的两块强磁履带板52通过履带板铰链销53可转动连接以形成链式结构，使得强磁履带链条5能够有弯曲摆动变形，从而在运动过程中能够适应不同形状的表面，优选的，履带强磁块51通过胶水与强磁履带板52固定粘接，也可以通孔卡扣或其他方式固定。
强磁支座6还包括强磁固定底座63、强磁固定盖板64，固定强磁块61位于强磁固定底座63和强磁固定盖板64之间，强磁固定底座63和强磁固定盖板64通过盖板固定螺栓66固定连接以用于固定固定强磁块，强磁固定底座63底部开设有凹槽以用于使强磁履带链条5穿过，强磁固定盖板64的顶部与弹簧装置62的底部相连，通过弹簧的预紧力使得强磁支座6能够压紧穿过强磁支座6底部的每一块强磁履带板52，强磁履带链条5在越障时产生履带变形时，强磁支座6能够跟随强磁履带板52的位置变化完成不同高度的升降运动，并且由于弹簧装置62具备较大的压缩量，使得整个履带结构能够进一步的提升越过障碍物的高度和宽度，其中弹簧装置62采用常规的连接弹簧。
强磁固定底座63底部设置有强磁支座滚轮67，强磁支座滚轮67通过滚轮安装螺栓68固定在强磁固定底座63底部的两边，使得强磁履带板52在穿过强磁固定底座63底部时，与强磁支座滚轮67形成较小阻力的滚动接触滑动。
综上，本发明通过驱动电机4驱动履带驱动轮总成2从而带动强磁履带链条5运动，并且通过安装在强磁履带链条5内侧的履带强磁块51产生磁性吸附，使强磁履带链条5在穿过强磁支座6底部凹槽的同时，通过强磁支座6内部的固定强磁块61使强磁履带链条5的磁路加强，提高了强磁履带链条5在吸附面的吸附能力。
同时强磁支座6顶部安装有弹簧装置62，不仅能够向下挤压强磁支座6使其紧贴底部的强磁履带链条5，提高磁场强化能力，进一步提高吸附力，还能够使磁场强化支座6在强磁履带链条5越障时能够升降来适应履带变形，从而使本装置具有良好的越障性能，同时通过履带弹性支撑滚轮、履带张力调节座33的设计可以进一步提高本装置的越障性能。
此外将履带强磁块51设置强磁履带链条5内侧，避免强磁块与吸附面直接发生接触，提高了强磁块的使用寿命。
以上仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种应用于攀爬机器人的磁吸附式越障履带装置，其特征在于，包括：履带机架(1)、履带驱动轮总成(2)、履带从动轮总成(3)、驱动电机(4)、强磁履带链条(5)和若干强磁支座(6)；所述履带驱动轮总成(2)通过强磁履带链条(5)与履带从动轮总成(3)相连以用于形成履带传动结构，所述驱动电机(4)与履带驱动轮总成(2)相连以用于提供驱动力，所述履带驱动轮总成(2)和履带从动轮总成(3)分别转动安装在履带机架(1)的两端，所述强磁支座(6)安装在履带机架(1)的底部并且通过弹簧装置(62)与履带机架(1)相连以用于适应强磁履带链条(5)越障时产生的形变；所述强磁履带链条(5)内设置有履带强磁块(51)，所述强磁支座(6)内设置有固定强磁块(61)，所述履带强磁块(51)与固定强磁块(61)同侧的磁极磁性相同，强磁支座(6)底部开设有凹槽，履带机架(1)下方的强磁履带链条(5)穿过强磁支座(6)底部的凹槽，以用于使强磁支座(6)和强磁履带链条(5)的磁场叠加提高磁吸附力。
2.根据权利要求1所述的应用于攀爬机器人的磁吸附式越障履带装置其特征在于：所述履带驱动轮总成(2)包括履带驱动轮(21)、减速器支撑面板(22)和输入轴支撑面板(23)，所述履带驱动轮(21)一端设置有驱动轴，另一端设置有支撑轴，所述驱动电机(4)通过减速器(41)与履带驱动轮(21)的驱动轴相连以用于提供驱动力，履带驱动轮(21)的驱动轴通过驱动轮轮毂轴承(24)转动安装在减速器支撑面板(22)上，履带驱动轮(21)的支撑轴通过履带轮支撑轴承(25)转动安装在输入轴支撑面板(23)上。
3.根据权利要求2所述的应用于攀爬机器人的磁吸附式越障履带装置，其特征在于：所述减速器支撑面板(22)和输入轴支撑面板(23)之间设置有履带弹性支撑滚轮，以用于使强磁履带链条(5)进入/脱离履带驱动轮(21)时始终贴紧吸附表面；所述履带弹性支撑滚轮包括滚轮固定支架(71)、支撑滚轮(72)和支撑弹簧(73)，所述滚轮固定支架(71)的两侧分别与减速器支撑面板(22)和输入轴支撑面板(23)相连，所述支撑滚轮(72)通过支撑弹簧(73)与滚轮固定支架(71)的底部固定连接以用于适应强磁履带链条(5)越障时产生的形变。
4.根据权利要求1所述的应用于攀爬机器人的磁吸附式越障履带装置，其特征在于：所述履带从动轮总成(3)包括履带从动轮(31)、两块从动轮支撑面板(32)、履带张力调节座(33)、履带张力调节螺栓(34)，所述履带从动轮(31)的两端设置有从动轮支撑轴(35)，所述从动轮支撑轴(35)通过从动轮轮毂轴承(36)转动安装在两块从动轮支撑面板(32)上；所述履带张力调节座(33)安装在从动轮支撑面板(32)的外侧，所述履带张力调节螺栓(34)穿过履带张力调节座(33)与履带机架(1)相连，履带张力调节螺栓(34)与从动轮支撑面板(32)平行，以用于调节履带从动轮总成(3)在履带机架(1)的安装位置。
5.根据权利要求4所述的应用于攀爬机器人的磁吸附式越障履带装置，其特征在于：所述两块从动轮支撑面板(32)之间设置有履带弹性支撑滚轮，以用于使强磁履带链条(5)进入/脱离履带从动轮(31)时始终贴紧吸附表面；所述履带弹性支撑滚轮包括滚轮固定支架(71)、支撑滚轮(72)和支撑弹簧(73)，所述滚轮固定支架(71)的两侧分别与两块从动轮支撑面板(32)相连，所述支撑滚轮(72)通过支撑弹簧(73)与滚轮固定支架(71)的底部固定连接以用于适应强磁履带链条(5)越障时产生的形变。
6.根据权利要求1所述的应用于攀爬机器人的磁吸附式越障履带装置，其特征在于：所述履带机架(1)包括张力调节限位块(11)、面板限位块(12)、固定骨架(13)、弹簧盖板(14)、两块履带轮固定面板(15)和支架螺栓(16)，所述履带轮固定面板(15)分别安装在固定骨架(13)的两侧，所述弹簧盖板(14)安装在固定骨架(13)的顶部，两块履带轮固定面板(15)的内侧皆安装有强磁块滑动面板(17)，所述强磁支座(6)皆位于两块强磁块滑动面板(17)之间，所述强磁块滑动面板(17)上设置有用于使强磁支座(6)上下滑动的导向槽，强磁支座(6)的顶部通过弹簧装置(62)与弹簧盖板(14)的底部相连；所述张力调节限位块(11)通过支架螺栓(16)安装在固定骨架(13)靠近的履带从动轮总成(3)的一端，所述面板限位块(12)通过支架螺栓(16)安装在固定骨架(13)靠近履带驱动轮总成(2)的一端，张力调节限位块(11)/面板限位块(12)的两端延伸至履带轮固定面板(15)的外侧。
7.根据权利要求1所述的应用于攀爬机器人的磁吸附式越障履带装置，其特征在于：所述强磁履带链条(5)还包括若干强磁履带板(52)、设置在相邻两块强磁履带板(52)之间的若干履带板铰链销(53)，所述履带强磁块(51)固定安装在强磁履带板(52)上，任意相邻的两块强磁履带板(52)通过履带板铰链销(53)可转动连接。
8.根据权利要求7所述的应用于攀爬机器人的磁吸附式越障履带装置，其特征在于：所述履带强磁块(51)通过胶水与强磁履带板(52)固定粘接。
9.根据权利要求1所述的应用于攀爬机器人的磁吸附式越障履带装置，其特征在于：所述强磁支座(6)还包括强磁固定底座(63)强磁固定盖板(64)，所述固定强磁块(61)位于强磁固定底座(63)和强磁固定盖板(64)之间，所述强磁固定底座(63)和强磁固定盖板(64)通过盖板固定螺栓(66)固定连接以用于固定固定强磁块，所述强磁固定底座(63)底部开设有凹槽以用于使强磁履带链条(5)穿过，所述强磁固定盖板(64)的顶部与弹簧装置(62)的底部相连。
10.根据权利要求9所述的应用于攀爬机器人的磁吸附式越障履带装置，其特征在于：所述强磁固定底座(63)底部设置有强磁支座滚轮(67)，所述强磁支座滚轮(67)通过滚轮安装螺栓(68)固定在强磁固定底座(63)底部的两边，强磁支座滚轮(67)用于减少强磁履带链条(5)穿过强磁固定底座(63)底部的凹槽时的阻力。
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