CN114212161A - 一种用于壁面移动机器人的永磁吸附轮 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于壁面移动机器人的永磁吸附轮,包括:第一衔铁、两个永磁体、导磁体、第二衔铁、定位环、T型螺钉、支撑轴、包胶环、永磁体保护环,定位环、第一衔铁内圆面、第二衔铁内圆面均套在支撑轴上,定位环的一个端面紧贴第一衔铁,定位环的另一个端面紧贴第二衔铁,第一衔铁与第二衔铁通过T型螺钉固定连接;第一衔铁、第二衔铁的外圆面上包裹包胶环,永磁体分别设置于定位环的两侧,紧贴定位环的左右两个轴肩;导磁体通过内圆定位安装于定位环的中间,位于两个永磁体之间,永磁体保护环套在永磁体与导磁体的外圆面上,通过包胶环固定。本发明的永磁吸附轮能实现爬壁机器人系统在复杂曲面的平稳高效运动。
Description
技术领域
本发明涉及壁面移动机器人工业技术领域,具体地,涉及一种用于壁面移动机器人的永磁吸附轮。
背景技术
目前,船舶内外表面、储罐内外壁、压力容器内外壁、大型管道内外壁等均由钢铁类导磁性材料构成的,这些场景中的作业任务如焊接、清洗、喷漆、检测等均需要大量的人工作业,一方面增加了企业的成本,且生产效率低;另一方面由于这些工作环境比较恶劣,工作强度大,对操作人员的人身安全有一定危害。针对这种工作场景,市场上开始利用爬壁机器人逐步取代人工操作的作业方式。
爬壁机器人的吸附方式主要有磁吸附、静电吸附、负压式吸附等结构形式,其中磁吸附爬壁机器人在上述工作环境中表现出很多优点,不仅能稳定吸附,还可以适应不同壁面形状。而磁吸附装置是否合理高效决定了磁吸附爬壁机器人作业的稳定性,磁吸附爬壁机器人多采用磁吸附轮式(将永磁铁放置于车轮内部),以提高机器人的移动速度及运动灵活性,但就目前而言,磁吸附轮还面临着诸多问题,如结构复杂、重量大、吸附力小、稳定性差、性价比不高、装配要求高、不利于拆装维修等,这些问题会严重影响爬壁机器人的移动性能、工作效率及经济性。
公开号为CN104443096A的申请,公开了吸附式爬壁机器人,将吸附装置与驱动装置集成于车轮模块中,但车轮模块内部结构复杂,内部轴承多,对装配精度要求很高,不便于拆装,装配后整体结构尺寸大而笨重;公开号为CN107264664A的申请,公开了一种驱动一体化磁吸附轮式装置,虽然磁轮模块集成化高,但轮子内部集成零部件比较多,导致轮子尺寸较大,内部结构比较复杂,进而对轮子的装配要求较高,拆装很不方便,不便于维修;由于磁轮的磁铁为四分之一圆环型,磁铁分割块数越多,磁漏越明显,并且是以磁铁的两个圆弧面为磁极,这种磁路布局所产生的吸附力不高;公开号为CN113135068A的申请,公开了一种用于导磁壁面的阵列式永磁吸附车轮,将若干个圆柱形磁体嵌在同步带轮圆周环形区域内部,由于各个磁体间隔一定距离排列,磁体间导通率下降,能通过金属钢板的磁感线大大减少,磁吸附力相对较小;当轮子最下端转动至两磁体中间时的磁力与轮子最下端转动至磁体上的磁力差距较大,这样吸附到金属钢板吸附力不稳定,进而导致轮子运转不稳;公开号为CN112758207A的申请,公开了一种全位置移动爬壁机器人,将吸附装置与驱动装置集成于车轮模块,但其磁体被分割成若干小块环形布置,结构相对复杂,磁体通过加工打孔进行安装固定,不仅增加了加工难度和成本、拆装难度,块数越多,漏磁越明显,磁吸附力相对于一体的磁体并不高;公开号为CN104875809A的申请,公开了一种用于爬壁机器人的磁吸附轮,结构相对简单,但其磁体被分割成若干小块环形布置,增加了加工难度和成本,拆装难度大,按其磁路布局,同等体积质量情况下,磁吸附力相对于一体的圆环磁体约小一倍。
发明内容
针对现有技术中存在的问题,本发明的目的在于提供一种用于壁面移动机器人的永磁吸附轮。该永磁吸附轮具有模块化程度高、结构小巧紧凑、质量轻、吸附力强、性价比高、拆装方便的特点,又可避免运动过程中磁轮对金属壁面的磨损破坏,实现机器人安全、稳定、高质量和高效率的爬壁作业。
为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案:一种用于壁面移动机器人的永磁吸附轮,包括:第一衔铁、两个永磁体、导磁体、第二衔铁、定位环、T型螺钉、支撑轴、包胶环、永磁体保护环,所述定位环、第一衔铁内圆面、第二衔铁内圆面均套在支撑轴上,所述定位环的一个端面紧贴第一衔铁,所述定位环的另一个端面紧贴第二衔铁,所述第一衔铁与第二衔铁通过T型螺钉固定连接;所述第一衔铁、第二衔铁的外圆面上包裹包胶环,所述永磁体分别设置于定位环的两侧,紧贴定位环的左右两个轴肩;所述导磁体通过内圆定位安装于定位环的中间,位于两个永磁体之间,所述永磁体保护环套在永磁体与导磁体的外圆面上,通过包胶环固定。
进一步地,两个永磁体的磁极同名相对排布。
进一步地,所述第一衔铁、第二衔铁的外圆面上均设有包胶固定槽,所述第一衔铁、第二衔铁均通过包胶固定槽、包胶与包胶环固定连接。
进一步地,所述第二衔铁的端面上设有U型槽,所述第一衔铁的端面上设有通孔,所述T型螺钉贯穿U型槽、定位环和通孔,通过防松螺母锁紧。
进一步地,所述防松螺母为自锁锁紧型螺母。
进一步地,所述第一衔铁的内圆面紧贴支撑轴的轴肩。
进一步地,所述第一衔铁与支撑轴通过内六角圆柱螺钉固定连接。
进一步地,所述第二衔铁与支撑轴通过紧定螺钉锁紧。
进一步地,所述第一衔铁和第二衔铁的端面上对称设有辅助拆装孔。
进一步地,所述定位环采用赛钢材料。
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
(1)本发明的永磁吸附轮上的第一衔铁和第二衔铁经过包胶处理,使得第一衔铁、第二衔铁上的包胶固定槽可以牢固的把薄薄的一层橡胶和第一衔铁或第二衔铁合为一体,使得永磁吸附轮静止或移动时既可以防打滑,又可以增大摩擦系数,进而增大有效摩擦力,间接提高壁面移动机器人的负载能力;
(2)本发明的永磁吸附轮在第二衔铁的端面上设有U型槽,拆装时将T型螺钉插入U型槽中,只需拧紧或松掉T型螺钉上的防松螺母,即可锁紧或拆卸磁轮,使得该永磁吸附轮装配简单、拆装方便;
(3)本发明中的定位环采用的赛钢材料,质量轻且易加工,不仅起到定位永磁体和导磁体的作用,而且赛钢材料本身具有一定的吸振作用,这样可以防止磁体晃动;
(4)本发明的永磁吸附轮解决了磁吸附轮结构复杂、体积庞大、、质量负载比小、价格昂贵、装配要求高、不利于拆装维修等问题。
附图说明
图1为本发明用于壁面移动机器人的永磁吸附轮的结构示意图,其中,图1中的(a)为永磁吸附轮的剖视图,图2中的(b)为永磁吸附轮的侧视图;
图2为本发明用于壁面移动机器人的永磁吸附轮的轴测图,其中,图2中的(a)为第一衔铁处的轴测图,图2中的(b)为第二衔铁处的轴测图;
图3为本发明中衔铁的结构示意图,其中,图3中的(a)为第二衔铁的结构示意图,图3中的(b)为第一衔铁的结构示意图;
图4为本发明中定位环的结构示意图;
图5为本发明中磁极分布图;
其中:1-第一衔铁,2-永磁体,3-导磁体,4-第二衔铁,401-包胶固定槽,402-辅助拆装孔,403-U型槽,5-定位环,6-T型螺钉,7-支撑轴,8-包胶环,9-永磁体保护环,10-防松螺母,11-紧定螺钉,12-内六角圆柱螺钉。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。
如图1-2所示,本发明提供一种用于壁面移动机器人的永磁吸附轮,包括:第一衔铁1、两个永磁体2、导磁体3、第二衔铁4、定位环5、T型螺钉6、支撑轴7、包胶环8、永磁体保护环9,定位环5、第一衔铁1内圆面、第二衔铁4内圆面均套在支撑轴7上,第一衔铁1的内圆面紧贴支撑轴7的轴肩,第一衔铁1与支撑轴7通过内六角圆柱螺钉12固定连接。第二衔铁4与支撑轴7通过紧定螺钉11锁紧。定位环5的一个端面紧贴第一衔铁1,定位环5的另一个端面紧贴第二衔铁4,第一衔铁1与第二衔铁4通过T型螺钉6固定连接;第一衔铁1、第二衔铁2的外圆面上包裹包胶环8,永磁体2分别设置于定位环5的两侧,紧贴定位环5的左右两个轴肩;导磁体3通过内圆定位安装于定位环5的中间,位于两个永磁体2之间;永磁体保护环9套在永磁体2与导磁体3的外圆面上,通过包胶环8固定。本发明的永磁吸附轮解决了磁吸附轮结构复杂、体积庞大、、质量负载比小、价格昂贵、装配要求高、不利于拆装维修等问题。
如图5,本发明中两个永磁体2的磁极同名相对排布,使得永磁吸附轮工作时有两条闭合磁路,其中一条闭合磁路为永磁体2产生的磁力线在第一衔铁1的引导下穿过作业面钢板与导磁体3形成有效的闭合磁路,另外一条闭合磁路为永磁体2产生的磁力线在第二衔铁4的引导下穿过作业面钢板与导磁体3形成有效的闭合磁路,当作业面钢板穿过足够多的磁感线时,产生的磁能集聚的就越多,就会在作业面钢板上产生越大的吸附力,同时由于永磁体2的磁极同名相对排布所产生的吸附力相对更大,可以更有效提高磁的利用率。
如图3中的(a)为第二衔铁的结构示意图,如图(3)中的(b)为第一衔铁的结构示意图,第一衔铁1、第二衔铁4的外圆面上均设有包胶固定槽401,第一衔铁1、第二衔铁4均通过包胶固定槽401、包胶与包胶环8固定连接,使得包胶环8在包胶和包胶固定槽401的双重作用下分别与第一衔铁1或第二衔铁4仅仅贴合,同时,第一衔铁1和第二衔铁4经过包胶处理,其外圆面上的包胶固定槽401可以牢固的把薄薄的一层橡胶嵌在里面,使得永磁吸附轮静止或移动时既可以防打滑,又可以增大摩擦系数,进而增大有效摩擦力,间接提高爬壁机器人的负载能力。本发明中第二衔铁4的端面上设有U型槽403,第一衔铁1的端面上设有通孔,T型螺钉6贯穿U型槽403、定位环5和通孔,通过防松螺母10锁紧,拆装时将T型螺钉6插入U型槽403,只需拧紧或松掉另外一端的防松螺母10即可锁紧或拆卸磁轮,其中,防松螺母10为自锁锁紧型螺母,即使车轮经常行走,也不会产生螺钉松动。本发明的第一衔铁1和第二衔铁4的端面上对称设有辅助拆装孔402,在维修或拆装永磁吸附轮时,仅需利用两个螺钉从辅助拆装孔402缓慢拧入第一衔铁1和第二衔铁4中,即可将永磁体2与第一衔铁1和第二衔铁4分开。
如图4,本发明中定位环5采用赛钢材料,质量轻且易加工,不仅起到定位永磁体2和导磁体3的作用,而且赛钢本身具有一定的吸振作用,可以防止永磁体2晃动;另外还易于永磁吸附轮的装配,只需先把永磁体2和导磁体3装配于定位环5上,然后整体与其他零部件装配一起即可。
本发明用于壁面移动机器人的永磁吸附轮的装配过程具体为:首先把两个永磁体2分别安装在定位环5两侧,导磁体3安装于定位环5的中间,将永磁体保护环9套在永磁体2和导磁体3的外圆面处,再把第一衔铁1套在支撑轴7上且紧贴支撑轴7轴肩,然后把已装配有永磁体2和导磁体3的定位环5套在支撑轴7上,紧接着把第二衔铁4的内圆面套在支撑轴7上,再用T型螺钉6和防松螺母10把第一衔铁1和第二衔铁4锁紧固定,最后再用内六角圆柱螺钉12把支撑轴7与第一衔铁1固定一起,即完成永磁吸附轮的装配过程,具有装配过程简单、易于拆装维修的特点。
本发明中永磁吸附轮与现有的永磁吸附轮的磁场强度对比分析发现,在相同体积、质量的条件下进行有限元磁路仿真分析,本发明的最大磁场强度为68839A/m,且磁场分布均匀,通过计算得出本发明的磁吸附力为1577N;而现有的永磁吸附轮的最大磁场强度为3369.5A/m,且磁场分布不均,磁吸附力为660N。本发明的永磁吸附轮的磁吸附力是现有永磁吸附轮磁吸附力的2倍,且最大磁场强度远超过现有磁轮,永磁吸附轮的吸附力越大、磁场强度越强,其所搭载的移动机器人越不易打滑,稳定性越高,而磁场分布不均,会导致磁轮受力不均,降低永磁吸附轮的稳定性,进而会导致所搭载的机器人工作稳定性差,本发明中的永磁吸附轮不仅吸附力大、磁场强度强,而且磁场分布均匀,提高了磁轮的稳定性,除此之外,其结构简单,容易拆装。
本发明用于壁面移动机器人的永磁吸附轮具有结构小巧紧凑、质量轻吸附力强、性价比高、拆装方便的特点,又可避免移动过程中磁轮对金属壁面的磨损破坏,便于实现机器人安全、稳定、高质量和高效率的壁面移动作业。
以上仅是本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例,凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰,应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于壁面移动机器人的永磁吸附轮,其特征在于,包括:第一衔铁(1)、两个永磁体(2)、导磁体(3)、第二衔铁(4)、定位环(5)、T型螺钉(6)、支撑轴(7)、包胶环(8)、永磁体保护环(9),所述定位环(5)、第一衔铁(1)内圆面、第二衔铁(4)内圆面均套在支撑轴(7)上,所述定位环(5)的一个端面紧贴第一衔铁(1),所述定位环(5)的另一个端面紧贴第二衔铁(4),所述第一衔铁(1)与第二衔铁(4)通过T型螺钉(6)固定连接;所述第一衔铁(1)、第二衔铁(2)的外圆面上包裹包胶环(8),所述永磁体(2)分别设置于定位环(5)的两侧,紧贴定位环(5)的左右两个轴肩;所述导磁体(3)通过内圆定位安装于定位环(5)的中间,位于两个永磁体(2)之间,所述永磁体保护环(9)套在永磁体(2)与导磁体(3)的外圆面上,通过包胶环(8)固定。
2.根据权利要求1所述用于壁面移动机器人的永磁吸附轮,其特征在于,两个永磁体(2)的磁极同名相对排布。
3.根据权利要求1所述用于壁面移动机器人的永磁吸附轮,其特征在于,所述第一衔铁(1)、第二衔铁(4)的外圆面上均设有包胶固定槽(401),所述第一衔铁(1)、第二衔铁(4)均通过包胶固定槽(401)、包胶与包胶环(8)固定连接。
4.根据权利要求1所述用于壁面移动机器人的永磁吸附轮,其特征在于,所述第二衔铁(4)的端面上设有U型槽(403),所述第一衔铁(1)的端面上设有通孔,所述T型螺钉(6)贯穿U型槽(403)、定位环(5)和通孔,通过防松螺母(10)锁紧。
5.根据权利要求4所述用于壁面移动机器人的永磁吸附轮,其特征在于,所述防松螺母(10)为自锁锁紧型螺母。
6.根据权利要求1所述用于壁面移动机器人的永磁吸附轮,其特征在于,所述第一衔铁(1)的内圆面紧贴支撑轴(7)的轴肩。
7.根据权利要求1所述用于壁面移动机器人的永磁吸附轮,其特征在于,所述第一衔铁(1)与支撑轴(7)通过内六角圆柱螺钉(12)固定连接。
8.根据权利要求1所述用于壁面移动机器人的永磁吸附轮,其特征在于,所述第二衔铁(4)与支撑轴(7)通过紧定螺钉(11)锁紧。
9.根据权利要求1所述用于壁面移动机器人的永磁吸附轮,其特征在于,所述第一衔铁(1)和第二衔铁(4)的端面上对称设有辅助拆装孔(402)。
10.根据权利要求1所述用于壁面移动机器人的永磁吸附轮,其特征在于,所述定位环(5)采用赛钢材料。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220322 |
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