CN110086275A - 一种具有吸附力可控的磁性吸附驱动轮结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有吸附力可控的磁性吸附驱动轮结构，所述驱动轮结构同时具有永磁体和电线圈，所述永磁体用于产生永磁力，所述电线圈用于产生可变磁力，二者产生的磁力相互叠加或抵消，用于使所述驱动轮结构具有可控的磁性吸附力。本发明提供的驱动轮结构同时具有永磁体产生的永磁力和电线圈产生的可变磁力，使其具有可控的磁性吸附力，配备该驱动轮结构的爬壁机器人具有应用场合广、吸附力可控、容易与被吸附表面分离等优点。
Description
技术领域
本发明属于机器人技术领域，涉及到磁吸附机器人，具体涉及一种具有吸附力可控的磁性吸附驱动轮结构。
背景技术
磁吸附爬壁机器人在船舶船体清洗、管道焊接等方面应用较为广泛。爬壁机器人在底盘的驱动轮和从动轮上安装有永磁体或者电磁体以吸附到船舶或者结构物金属表面，利用轮子磁吸附力和轮子摩擦力的共同作用克服机器人的自身重力，使机器人可以在倾斜、甚至垂直的金属表面上做爬行运动。
对于永磁体吸附的驱动轮而言，其主要优点是磁场恒定，磁场不需要额外的驱动和控制，使用简单；其缺点是永磁体吸附的驱动轮和被吸附表面之间不易分离，吸附力无法控制，容易破坏吸附表面，使用场合受到限制。对于利用电磁体吸附的驱动轮而言，其主要优点是可通过控制电磁场控制吸附力，也容易分离被吸附表面；其缺点是发生意外断电时，轮子会因为失去电磁场而失去吸附力，造成机器人掉落。
发明内容
现有技术中，磁吸附机器人驱动轮结构主要存在以下问题：(1)永磁体磁性吸附驱动轮结构磁吸附力恒定，磁吸附力无法控制，容易破坏被吸附表面，应用场合受到限制；(2)具有永磁体磁性吸附驱动轮结构的轮子和吸附表面不易分离；(3)利用电磁体吸附的驱动轮在发生意外断电时，轮子会因为失去电磁场而失去吸附力，造成机器人掉落。
针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种具有吸附力可控的磁性吸附驱动轮结构，该驱动轮结构同时具有永磁体产生的永磁力和电线圈产生的可变磁力，使其具有可控的磁性吸附力，配备该驱动轮结构的爬壁机器人具有应用场合广、吸附力可控、容易与被吸附表面分离等优点。
为此，本发明采用了以下技术方案：
一种具有吸附力可控的磁性吸附驱动轮结构，所述驱动轮结构同时具有永磁体和电线圈，所述永磁体用于产生永磁力，所述电线圈用于产生可变磁力，二者产生的磁力相互叠加或抵消，用于使所述驱动轮结构具有可控的磁性吸附力。
优选地，所述驱动轮结构沿径向由内向外放置有直流无刷电机、减速器、纯铜线圈绕组、帽状驱动轮毂、永磁体和耐磨轮；所述耐磨轮为空心的环状结构，位于驱动轮结构的外表面，耐磨轮的一侧设有向内的环形边沿状法兰面；所述帽状驱动轮毂的一侧帽沿上设有法兰孔，与耐磨轮法兰面相配合；所述永磁体位于帽状驱动轮毂和耐磨轮之间；所述纯铜线圈绕组位于帽状驱动轮毂的内侧，用于产生可变磁力，纯铜线圈绕组的内表面与直流无刷电机的外表面相配合；所述减速器和直流无刷电机均位于纯铜线圈绕组的内侧，直流无刷电机分别与减速器和纯铜线圈绕组连接。
优选地，所述帽状驱动轮毂外圆柱面上帽沿处依次两两紧贴安装有耐磨轮法兰面、内导磁环、永磁体、外导磁环；所述内导磁环、永磁体和外导磁环的外圆柱面均与耐磨轮的内圆柱面紧密配合；第四紧固螺栓穿过所述帽状驱动轮毂的法兰孔和耐磨轮法兰面并固定到内导磁环上，将三者紧固在一起；所述帽状驱动轮毂和外导磁环之间通过O型圈密封。
优选地，所述外导磁环的外侧设有外导磁环压紧环，用于压紧外导磁环；所述外导磁环压紧环具有内外两组法兰孔，第一紧固螺栓通过内法兰孔将外导磁环压紧环紧固到帽状驱动轮毂帽顶处的螺栓孔上，第三紧固螺栓通过外法兰孔连接到外导磁环的法兰螺纹孔上。
优选地，所述直流无刷电机主要由帽状直流无刷电机外壳、电机端盖、直流无刷电机定子、直流无刷电机转子、深沟球轴承、双列角接触轴承及电机端盖紧固螺栓组成；所述直流无刷电机外壳的内圆柱面安装有所述直流无刷电机定子，二者之间通过过盈配合固定；所述直流无刷电机外壳的外圆柱面上固定有所述纯铜线圈绕组，纯铜线圈绕组的一侧与直流无刷电机外壳的帽状边沿紧贴；所述直流无刷电机外壳的帽状边沿上设有沿圆周方向的螺纹孔，电机端盖紧固螺栓穿过所述电机端盖的法兰孔，将电机端盖固定到直流无刷电机外壳上；所述直流无刷电机外壳的另外一侧安装有双列角接触轴承，所述电机端盖的轴孔上安装有深沟球轴承，所述直流无刷电机转子的两侧的轴肩分别与双列角接触轴承和深沟球轴承过渡配合安装；所述电机端盖上设有腰子状通槽，直流无刷电机的相线穿过该通槽与外部电机驱动电路连接；所述直流无刷电机外壳帽状边沿靠近外圆柱面处沿圆周加工有通孔，纯铜线圈绕组的外部接线通过该通孔和电机端盖的腰子槽与绕组电流控制电路连接。
优选地，所述减速器通过其上的法兰面用紧固螺栓紧固到直流无刷电机外壳的输出轴端面上，减速器的输入轴孔与直流无刷电机转子的输出轴配合，减速器的输出轴通过第二紧固螺栓紧固到帽状驱动轮毂上。
优选地，所述驱动轮结构还设有电机编码器，用于控制驱动轮的位置和转速。
优选地，所述电机编码器安装于编码器磁屏蔽保护壳内，电机编码器的伸出轴与安装于直流无刷电机转子轴端的传感器接头的孔相配合。
优选地，所述编码器磁屏蔽保护壳的一侧设有编码器磁屏蔽壳端盖，所述编码器磁屏蔽壳端盖通过第五紧固螺栓固定于编码器磁屏蔽保护壳的法兰端面上；所述编码器磁屏蔽保护壳通过第六紧固螺栓固定于电机端盖上。
优选地，所述驱动轮结构应用于爬壁机器人上。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)该驱动轮结构同时具有永磁体和电磁体，具有该驱动轮结构的磁吸附爬行机器人没有失电掉落的风险。
(2)通过控制驱动轮上电磁体线圈的电流大小和方向可以调节磁轮上的吸附力，根据不同的吸附表面，控制不同的吸附力，保护被吸附表面，可以应用于许多特殊的场合。
(3)通过控制驱动轮上电磁体线圈的电流大小和方向，让线圈产生的磁力线抵消永磁体的磁力线，可以很容易让磁性吸附轮与被吸附物体分离，特别适合应用于需要经常脱离被吸附表面的水下浮游机器人上。
附图说明
图1是本发明所提供的一种具有吸附力可控的磁性吸附驱动轮结构的主视图。
图2是本发明所提供的一种具有吸附力可控的磁性吸附驱动轮结构的左视图。
图3是本发明所提供的一种具有吸附力可控的磁性吸附驱动轮结构的右视图。
图4是本发明所提供的一种具有吸附力可控的磁性吸附驱动轮结构的立体结构示意图。
图5是本发明所提供的一种具有吸附力可控的磁性吸附驱动轮结构的直流无刷电极外壳的结构示意图。
附图标记说明：1、耐磨轮；2、外导磁环；3、O型圈；4、外导磁环压紧环；5、帽状驱动轮毂；6、第一紧固螺栓；7、双列角接触轴承；8、第二紧固螺栓；9、减速器；10、纯铜线圈绕组；11、第三紧固螺栓；12、永磁体；13、直流无刷电机外壳；14、直流无刷电机定子；15、直流无刷电机转子；16、内导磁环；17、纯铜线圈绕组的外部接线；18、第四紧固螺栓；19、电机端盖紧固螺栓；20、电机端盖；21、深沟球轴承；22、传感器接头；23、编码器磁屏蔽保护壳；24、电机编码器；25、编码器磁屏蔽壳端盖；26、电机传感器电路板；27、电机的相线；28、第五紧固螺栓；29、第六紧固螺栓。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的具体实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
本发明公开了一种具有吸附力可控的磁性吸附驱动轮结构，所述驱动轮结构同时具有永磁体和电线圈，所述永磁体用于产生永磁力，所述电线圈用于产生可变磁力，二者产生的磁力相互叠加或抵消，用于使所述驱动轮结构具有可控的磁性吸附力。
具体地，如图1-图5所示，所述驱动轮结构沿径向由内向外放置有直流无刷电机、减速器9、纯铜线圈绕组10、帽状驱动轮毂5、永磁体12和耐磨轮1；所述耐磨轮1为空心的环状结构，位于驱动轮结构的外表面，耐磨轮1的一侧设有向内的环形边沿状法兰面；所述帽状驱动轮毂5的一侧帽沿上设有法兰孔，与耐磨轮1法兰面相配合；所述永磁体12位于帽状驱动轮毂5和耐磨轮1之间；所述纯铜线圈绕组10位于帽状驱动轮毂5的内侧，用于产生可变磁力，纯铜线圈绕组10的内表面与直流无刷电机的外表面相配合；所述减速器9和直流无刷电机均位于纯铜线圈绕组10的内侧，直流无刷电机分别与减速器9和纯铜线圈绕组10连接。
具体地，所述帽状驱动轮毂5外圆柱面上帽沿处依次两两紧贴安装有耐磨轮1法兰面、内导磁环16、永磁体12、外导磁环2；所述内导磁环16、永磁体12和外导磁环2的外圆柱面均与耐磨轮1的内圆柱面紧密配合；第四紧固螺栓18穿过所述帽状驱动轮毂5的法兰孔和耐磨轮1法兰面并固定到内导磁环16上，将三者紧固在一起；所述帽状驱动轮毂5和外导磁环2之间通过O型圈3密封。
具体地，所述外导磁环2的外侧设有外导磁环压紧环4，用于压紧外导磁环2；所述外导磁环压紧环4具有内外两组法兰孔，第一紧固螺栓6通过内法兰孔将外导磁环压紧环4紧固到帽状驱动轮毂5帽顶处的螺栓孔上，第三紧固螺栓11通过外法兰孔连接到外导磁环2的法兰螺纹孔上。
具体地，所述直流无刷电机主要由帽状直流无刷电机外壳13、电机端盖20、直流无刷电机定子14、直流无刷电机转子15、深沟球轴承21、双列角接触轴承7及电机端盖紧固螺栓19组成；所述直流无刷电机外壳13的内圆柱面安装有所述直流无刷电机定子14，二者之间通过过盈配合固定；所述直流无刷电机外壳13的外圆柱面上固定有所述纯铜线圈绕组10，纯铜线圈绕组10的一侧与直流无刷电机外壳13的帽状边沿紧贴；所述直流无刷电机外壳13的帽状边沿上设有沿圆周方向的螺纹孔，电机端盖紧固螺栓19穿过所述电机端盖20的法兰孔，将电机端盖20固定到直流无刷电机外壳13上；所述直流无刷电机外壳13的另外一侧安装有双列角接触轴承7，所述电机端盖20的轴孔上安装有深沟球轴承21，所述直流无刷电机转子15的两侧的轴肩分别与双列角接触轴承7和深沟球轴承21过渡配合安装；所述电机端盖20上设有腰子状通槽，直流无刷电机的相线27穿过该通槽与外部电机驱动电路连接；所述直流无刷电机外壳13帽状边沿靠近外圆柱面处沿圆周加工有通孔，纯铜线圈绕组的外部接线17通过该通孔和电机端盖20的腰子槽与绕组电流控制电路连接。
具体地，所述减速器9通过其上的法兰面用紧固螺栓紧固到直流无刷电机外壳13的输出轴端面上，减速器9的输入轴孔与直流无刷电机转子15的输出轴配合，减速器9的输出轴通过第二紧固螺栓8紧固到帽状驱动轮毂5上。
具体地，所述驱动轮结构还设有电机编码器24，用于控制驱动轮的位置和转速。
具体地，所述电机编码器24安装于编码器磁屏蔽保护壳23内，电机编码器24的伸出轴与安装于直流无刷电机转子15轴端的传感器接头22的孔相配合。所述直流无刷电机转子15靠近传感器接头22的一端设有电机传感器电路板26。
具体地，所述编码器磁屏蔽保护壳23的一侧设有编码器磁屏蔽壳端盖25，所述编码器磁屏蔽壳端盖25通过第五紧固螺栓28固定于编码器磁屏蔽保护壳23的法兰端面上；所述编码器磁屏蔽保护壳23通过第六紧固螺栓29固定于电机端盖20上。
具体地，所述驱动轮结构应用于爬壁机器人上。
实施例
一种具有吸附力可控的磁性吸附驱动轮结构，该驱动轮结构主要包括耐磨轮1、内导磁环16、永磁体12、外导磁环2、帽状驱动轮毂5、减速器9、纯铜线圈绕组10、直流无刷电机、电机编码器24以及各种螺栓紧固件和O型圈密封附件，所述直流无刷电机主要由直流无刷电机外壳13、电机端盖20、直流无刷电机定子14、直流无刷电机转子15、深沟球轴承21、双列角接触轴承7及电机端盖紧固螺栓19组成，该驱动轮结构的工作流程如下：通过电机编码器24控制直流无刷电机，直流无刷电机的输出轴驱动减速器9从而驱动安装在帽状驱动轮毂5的内导磁环16、永磁体12、外导磁环2和耐磨轮1转动；所述直流无刷电机外壳13具有帽状外形，直流无刷电机外壳13的外圆柱面上固定有纯铜线圈绕组10，通过调节纯铜线圈绕组10的电流大小和方向，纯铜线圈绕组10可以产生与永磁体12同向叠加或者反向减少的磁通量，以增强或者减小轮子的磁吸被吸附表面的吸附力。通过以上组合，具有该磁性吸附驱动轮结构的爬壁机器人具有应用场合广、吸附力可控、容易与被吸附表面分离等优点。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则范围之内所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种具有吸附力可控的磁性吸附驱动轮结构，其特征在于：所述驱动轮结构同时具有永磁体和电线圈，所述永磁体用于产生永磁力，所述电线圈用于产生可变磁力，二者产生的磁力相互叠加或抵消，用于使所述驱动轮结构具有可控的磁性吸附力。
2.根据权利要求1所述的一种具有吸附力可控的磁性吸附驱动轮结构，其特征在于：所述驱动轮结构沿径向由内向外放置有直流无刷电机、减速器、纯铜线圈绕组、帽状驱动轮毂、永磁体和耐磨轮；所述耐磨轮为空心的环状结构，位于驱动轮结构的外表面，耐磨轮的一侧设有向内的环形边沿状法兰面；所述帽状驱动轮毂的一侧帽沿上设有法兰孔，与耐磨轮法兰面相配合；所述永磁体位于帽状驱动轮毂和耐磨轮之间；所述纯铜线圈绕组位于帽状驱动轮毂的内侧，用于产生可变磁力，纯铜线圈绕组的内表面与直流无刷电机的外表面相配合；所述减速器和直流无刷电机均位于纯铜线圈绕组的内侧，直流无刷电机分别与减速器和纯铜线圈绕组连接。
3.根据权利要求2所述的一种具有吸附力可控的磁性吸附驱动轮结构，其特征在于：所述帽状驱动轮毂外圆柱面上帽沿处依次两两紧贴安装有耐磨轮法兰面、内导磁环、永磁体、外导磁环；所述内导磁环、永磁体和外导磁环的外圆柱面均与耐磨轮的内圆柱面紧密配合；第四紧固螺栓穿过所述帽状驱动轮毂的法兰孔和耐磨轮法兰面并固定到内导磁环上，将三者紧固在一起；所述帽状驱动轮毂和外导磁环之间通过O型圈密封。
4.根据权利要求3所述的一种具有吸附力可控的磁性吸附驱动轮结构，其特征在于：所述外导磁环的外侧设有外导磁环压紧环，用于压紧外导磁环；所述外导磁环压紧环具有内外两组法兰孔，第一紧固螺栓通过内法兰孔将外导磁环压紧环紧固到帽状驱动轮毂帽顶处的螺栓孔上，第三紧固螺栓通过外法兰孔连接到外导磁环的法兰螺纹孔上。
5.根据权利要求2所述的一种具有吸附力可控的磁性吸附驱动轮结构，其特征在于：所述直流无刷电机主要由帽状直流无刷电机外壳、电机端盖、直流无刷电机定子、直流无刷电机转子、深沟球轴承、双列角接触轴承及电机端盖紧固螺栓组成；所述直流无刷电机外壳的内圆柱面安装有所述直流无刷电机定子，二者之间通过过盈配合固定；所述直流无刷电机外壳的外圆柱面上固定有所述纯铜线圈绕组，纯铜线圈绕组的一侧与直流无刷电机外壳的帽状边沿紧贴；所述直流无刷电机外壳的帽状边沿上设有沿圆周方向的螺纹孔，电机端盖紧固螺栓穿过所述电机端盖的法兰孔，将电机端盖固定到直流无刷电机外壳上；所述直流无刷电机外壳的另外一侧安装有双列角接触轴承，所述电机端盖的轴孔上安装有深沟球轴承，所述直流无刷电机转子的两侧的轴肩分别与双列角接触轴承和深沟球轴承过渡配合安装；所述电机端盖上设有腰子状通槽，直流无刷电机的相线穿过该通槽与外部电机驱动电路连接；所述直流无刷电机外壳帽状边沿靠近外圆柱面处沿圆周加工有通孔，纯铜线圈绕组的外部接线通过该通孔和电机端盖的腰子槽与绕组电流控制电路连接。
6.根据权利要求5所述的一种具有吸附力可控的磁性吸附驱动轮结构，其特征在于：所述减速器通过其上的法兰面用紧固螺栓紧固到直流无刷电机外壳的输出轴端面上，减速器的输入轴孔与直流无刷电机转子的输出轴配合，减速器的输出轴通过第二紧固螺栓紧固到帽状驱动轮毂上。
7.根据权利要求5所述的一种具有吸附力可控的磁性吸附驱动轮结构，其特征在于：所述驱动轮结构还设有电机编码器，用于控制驱动轮的位置和转速。
8.根据权利要求7所述的一种具有吸附力可控的磁性吸附驱动轮结构，其特征在于：所述电机编码器安装于编码器磁屏蔽保护壳内，电机编码器的伸出轴与安装于直流无刷电机转子轴端的传感器接头的孔相配合。
9.根据权利要求8所述的一种具有吸附力可控的磁性吸附驱动轮结构，其特征在于：所述编码器磁屏蔽保护壳的一侧设有编码器磁屏蔽壳端盖，所述编码器磁屏蔽壳端盖通过第五紧固螺栓固定于编码器磁屏蔽保护壳的法兰端面上；所述编码器磁屏蔽保护壳通过第六紧固螺栓固定于电机端盖上。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的一种具有吸附力可控的磁性吸附驱动轮结构，其特征在于：所述驱动轮结构应用于爬壁机器人上。
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