CN115837945B - 一种基于磁场强度测量的磁力自适应爬壁机器人 - Google Patents

一种基于磁场强度测量的磁力自适应爬壁机器人 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于磁场强度测量的磁力自适应爬壁机器人,包括支撑单元,所述支撑单元包括支撑架、设置在支撑架顶端的控制舱以及设置在控制舱两侧的磁轮箱,两个所述磁轮箱均与支撑架固定连接;控制单元,所述控制单元包括控制组件以及设置在控制组件底端的磁体,所述控制组件位于磁轮箱的内部,所述磁体位于磁轮箱的下方;以及驱动单元,所述驱动单元包括驱动组件和驱动轮,所述驱动组件与驱动轮传动连接,所述驱动轮位于磁轮箱的两侧。本发明的有益效果为通过控制组件调节磁体与导磁壁面之间的气隙,进而调整爬壁机器人与壁面之间的磁吸力,提升爬壁机器人的自适应性,且爬壁机器人失电时爬壁机器人于壁面之间的磁吸力达到最高值。

Description

一种基于磁场强度测量的磁力自适应爬壁机器人
技术领域
本发明涉及机器人技术领域,特别是一种基于磁场强度测量的磁力自适应爬壁机器人。
背景技术
磁吸附爬壁机器人是特种机器人的一种,是一种设计用来在恶劣、危险、极限情况下、在导磁壁面上进行特定作业如焊接、打磨、检查、检测等的一种自动化机械装置。现有的爬壁机器人的测力方法通常是通过测量弹性元件的变形来反应力的大小,而爬壁机器人的作业角度多变,重力会影响弹性元件上的受力,基于磁场的磁力测量方式,可以避免重力方向变化以及其他变化力对磁力测量的影响。现有爬壁机器人在作业过程中,随着壁面曲率、粗糙度、表面附着物等的变化,磁力随之变化,当遇到坑洼时、或附着物变厚时,磁力减小易发生爬壁机器人脱落的危险。磁吸附爬壁机器人在需要进行作业时,往往在移动过程中和进行机械作业过程中对磁力的要求不同:重载作业时要求磁力很大,而在移动过程中磁力仅需保证可移动并且不脱落。但现有的大部分爬壁机器人磁吸力不可调,无法适应机械作业过程和移动过程两种工作模式的磁力需求,且存在机器人失电易脱落的问题。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊,而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述或现有技术中存在的问题,提出了本发明。
因此,本发明的目的是提供一种基于磁场强度测量的磁力自适应爬壁机器人。
为解决上述技术问题,本发明提供如下技术方案:一种基于磁场强度测量的磁力自适应爬壁机器人,其包括支撑单元,所述支撑单元包括支撑架、设置在支撑架顶端的控制舱以及设置在控制舱两侧的磁轮箱,两个所述磁轮箱均与支撑架固定连接;控制单元,所述控制单元包括控制组件以及设置在控制组件底端的磁体,所述控制组件位于磁轮箱的内部,所述磁体位于磁轮箱的下方;以及驱动单元,所述驱动单元包括驱动组件和驱动轮,所述驱动组件与驱动轮传动连接,所述驱动轮位于磁轮箱的两侧。
作为本发明所述基于磁场强度测量的磁力自适应爬壁机器人的一种优选方案,其中:所述控制组件包括支撑板、设置在支撑板顶端的控制件以及设置在控制件两侧的升降件,所述支撑板与磁轮箱的内壁固定连接。
作为本发明所述基于磁场强度测量的磁力自适应爬壁机器人的一种优选方案,其中:所述控制件包括固定连接在支撑板顶端的控制电机、与控制电机配合的控制器一、与控制电机的输出轴固定连接的联轴器、与联轴器固定连接的双牙线滚珠丝杠以及两个与双牙线滚珠丝杠螺纹连接的移动块。
作为本发明所述基于磁场强度测量的磁力自适应爬壁机器人的一种优选方案,其中:所述控制件还包括直线导轨,所述直线导轨固定连接在支撑板的顶端,所述直线导轨的顶端配合设置有滑块,两个所述移动块分别固定连接在两个对应的滑块的顶端。
作为本发明所述基于磁场强度测量的磁力自适应爬壁机器人的一种优选方案,其中:所述升降件包括连杆、轴承、导向套和磁场强度传感器,两个所述移动块的两侧均通过轴承与连杆转动连接,所述连杆的底部一侧与导向套转动连接,四个所述导向套的内侧连接有承载架,所述磁场强度传感器安装在承载架的底端。
作为本发明所述基于磁场强度测量的磁力自适应爬壁机器人的一种优选方案,其中:所述磁轮箱的底端开设有导向通孔,所述导向套通过导向通孔与磁轮箱滑动连接,所述磁体固定连接在导向套的底端。
作为本发明所述基于磁场强度测量的磁力自适应爬壁机器人的一种优选方案,其中:所述驱动组件包括驱动电机、控制器二和减速器,所述控制器二与驱动电机配合连接,所述减速器与驱动电机的输出轴连接。
作为本发明所述基于磁场强度测量的磁力自适应爬壁机器人的一种优选方案,其中:所述减速器的输出轴部分延伸至磁轮箱的外部,且减速器的输出轴与驱动轮的圆心位置固定连接。
作为本发明所述基于磁场强度测量的磁力自适应爬壁机器人的一种优选方案,其中:所述支撑板的底端支撑有加强板,所述加强板与磁轮箱的内壁和支撑板固定连接。
作为本发明所述基于磁场强度测量的磁力自适应爬壁机器人的一种优选方案,其中:所述磁轮箱和控制舱的顶端均连接有把手。
本发明的有益效果:本发明通过控制组件调节磁体与导磁壁面之间的气隙,进而调整爬壁机器人与壁面之间的磁吸力,提升爬壁机器人的自适应性,使得爬壁机器人可以适用于不同的情况,且爬壁机器人失电时,磁体不再受控制组件的控制,磁体于导磁壁面之间的气隙达到最小值,爬壁机器人于壁面之间的磁吸力达到最高值,可防止爬壁机器人失电掉落。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。其中:
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的磁轮箱的内部结构示意图。
图3为本发明的图2中加强板去除时的结构示意图。
图4为本发明的图3的主视图。
图5为本发明的控制组件的主视图。
图6为本发明的连杆的后视图。
图7为本发明的实施例2中的磁场感应强度与磁力对应图。
图中:100、支撑单元;101、支撑架;102、控制舱;103、磁轮箱;103a、把手;200、控制单元;201、控制组件;201a、支撑板;201a-1、加强板;201b、控制件;201b-1、控制电机;201b-2、控制器一;201b-3、联轴器;201b-4、双牙线滚珠丝杠;201b-5、移动块;201b-6、直线导轨;201b-6a、滑块;201c、升降件;201c-1、连杆;201c-2、轴承;201c-3、导向套;201c-3a、承载架;201c-4、磁场强度传感器;202、磁体;300、驱动单元;301、驱动组件;301a、驱动电机;301b、控制器二;301c、减速器;302、驱动轮。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广,因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次,此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例,也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
实施例1
参照图1~3,为本发明第一个实施例,该实施例提供了一种基于磁场强度测量的磁力自适应爬壁机器人,其能解决现有的爬壁机器人的磁吸力不可调的问题。其包括支撑单元100、控制单元200以及驱动单元300,支撑单元100起承载控制单元200和驱动单元300的作用,支撑单元100包括支撑架101、固定连接在支撑架101顶端的控制舱102以及设置在控制舱102两侧的磁轮箱103,两个磁轮箱103均与支撑架101固定连接,其中支撑架101起承载控制舱102和磁轮箱103的作用,控制舱102通过信号线分别与控制单元200和驱动单元300相连。
具体的,控制单元200包括控制组件201以及固定连接在控制组件201底端的磁体202,控制组件201位于磁轮箱103的内部,控制组件201的底部贯穿磁轮箱103,磁体202位于磁轮箱103的下方。
具体的,驱动单元300包括驱动组件301和驱动轮302,驱动组件301与驱动轮302传动连接,驱动轮302位于磁轮箱103的两侧,其中驱动轮302优选为橡胶轮,但不限于橡胶轮。
在使用时,在移动过程中驱动单元300的驱动轮302在导磁壁面转动前进,使得整体在导磁壁面移动时,在移动的过程中,随着导磁壁面的情况的变化(导磁壁面曲率、粗糙程度、表面附着物等变化),控制组件201的磁场强度传感检测设备实时检测机器人当前位置与导磁壁面之间的磁感应强度,当磁感应强度偏离预设值时,控制舱102和控制组件201实时控制磁体202移动,使得磁体202与导磁壁面之间的距离增大或减小,进而调整磁体202与导磁壁面之间的吸附力。
实施例2
参照图2~图7,为本发明第二个实施例,该实施例基于上一个实施例,控制组件201包括支撑板201a、设置在支撑板201a顶端的控制件201b以及设置在控制件201b两侧的升降件201c,支撑板201a与磁轮箱103的内壁固定连接。
具体的,控制件201b包括固定连接在支撑板201a顶端的控制电机201b-1、与控制电机201b-1配合的控制器一201b-2、与控制电机201b-1的输出轴固定连接的联轴器201b-3、与联轴器201b-3固定连接的双牙线滚珠丝杠201b-4以及两个与双牙线滚珠丝杠201b-4螺纹连接的移动块201b-5,其中双牙线滚珠丝杠201b-4两侧的螺纹方向相反,两个移动块201b-5以相反的方向与双牙线滚珠丝杠201b-4螺纹连接,且双牙线滚珠丝杠201b-4导程小,可精密控制移动块201b-5位移,从而微小控制磁体202与导磁壁面间气隙。
具体的,控制件201b还包括直线导轨201b-6,直线导轨201b-6固定连接在支撑板201a的顶端,直线导轨201b-6的顶端配合设置有滑块201b-6a,两个移动块201b-5分别固定连接在两个对应的滑块201b-6a的顶端,滑块201b-6a和支撑板201a的设置,对移动块201b-5的运动进行导向处理,使移动块201b-5沿着直线移动。
进一步的,升降件201c包括连杆201c-1、轴承201c-2、导向套201c-3和磁场强度传感器201c-4,两个移动块201b-5的两侧均通过轴承201c-2与连杆201c-1转动连接,连杆201c-1的底部一侧与导向套201c-3转动连接,四个导向套201c-3的内侧连接有承载架201c-3a,磁场强度传感器201c-4安装在承载架201c-3a的底端,磁场强度传感器201c-4位于磁轮箱103的内部,且磁场强度传感器201c-4位于磁体202的上方。
优选的,磁轮箱103的底端开设有导向通孔,导向套201c-3通过导向通孔与磁轮箱103滑动连接,磁体202固定连接在导向套201c-3的底端。
在使用时,机器人移动过程中,随着机器人工作环境变化,如机器人经过导磁壁面上凸起/凹陷,导磁壁面参数改变或进入不同介质时,磁场强度传感器201c-4监测到磁感应强度变大或变小,当根据当前负载和工作环境计算出的所需最大磁力对应的磁感应强度不符时,磁场强度传感器201c-4将检测到的信号传输给控制舱102,控制舱102通过控制器一201b-2启动控制电机201b-1,控制电机201b-1通过联轴器201b-3驱动双牙线滚珠丝杠201b-4转动,双牙线滚珠丝杠201b-4转动使得两个移动块201b-5和两个滑块201b-6a在直线导轨201b-6上滑动,连杆201c-1发生相应联动使得导向套201c-3带着磁体202上下移动,进而调节磁体202移动与导磁壁面之间的气隙,达到改变磁体202与导磁壁面之间的吸附力的目的,如附图7所示,磁体202与导磁壁面间磁感应强度和磁力一一对应;机器人在定点作业时,磁体202下移至最低位置,磁体202与导磁壁面之间的气隙最小,磁体202与导磁壁面之间的吸附力达到最大值,借以保证机器人作业时的稳定性,机器人失电时,控制电机201b-1失去对双牙线滚珠丝杠201b-4的控制,磁体202自然掉落至导磁壁面,磁体202与导磁壁面之间的气隙最小,磁体202与导磁壁面之间的吸附力达到最大值,防止机器人从导磁壁面上脱落。
实施例3
参照图1和图3,为本发明第二个实施例,该实施例基于前两个实施例,驱动组件301包括驱动电机301a、控制器二301b和减速器301c,控制器二301b与驱动电机301a配合连接,减速器301c与驱动电机301a的输出轴连接,驱动电机301a选用具有失电抱闸功能的电机。
进一步的,减速器301c的输出轴部分延伸至磁轮箱103的外部,且减速器301c的输出轴与驱动轮302的圆心位置固定连接。
优选的,支撑板201a的底端支撑有加强板201a-1,加强板201a-1与磁轮箱103的内壁和支撑板201a固定连接,加强板201a-1的设置可辅助支撑板201a分担其所承受的重力,可提升整体的结构稳定性。
较佳的,磁轮箱103和控制舱102的顶端均连接有把手103a,把手103a的设置方便搬运整体。
在使用时,机器人移动时,驱动电机301a通过减速器301c带动驱动轮302转动,使得机器人前进或后退,当机器人失电时,驱动电机301a失电抱闸,驱动轮302失去动力,机器人停止移动。
综上所述,机器人移动时,驱动电机301a通过减速器301c带动驱动轮302转动,使得机器人前进或后退,机器人移动过程中,随着机器人工作环境变化,磁场强度传感器201c-4监测到磁感应强度变大或变小,磁场强度传感器201c-4将检测到的信号传输给控制舱102,控制舱102通过控制器一201b-2启动控制电机201b-1,控制电机201b-1通过联轴器201b-3驱动双牙线滚珠丝杠201b-4转动,双牙线滚珠丝杠201b-4转动使得两个移动块201b-5和两个滑块201b-6a在直线导轨201b-6上滑动,连杆201c-1发生相应联动使得导向套201c-3带着磁体202上下移动,进而调节磁体202移动与导磁壁面之间的气隙,达到改变磁体202与导磁壁面之间的吸附力的目的;机器人定点作业时,驱动电机301a关闭,磁体202下移至最低位置,磁体202与导磁壁面之间的气隙最小,磁体202与导磁壁面之间的吸附力达到最大值,借以保证机器人作业时的稳定性;机器人失电时,驱动电机301a失电抱闸,驱动轮302失去动力,机器人停止移动,同时控制电机201b-1失去对双牙线滚珠丝杠201b-4的控制,磁体202自然掉落至导磁壁面,磁体202与导磁壁面之间的气隙最小,磁体202与导磁壁面之间的吸附力达到最大值,防止机器人从导磁壁面上脱落。
重要的是,应注意,在多个不同示例性实施方案中示出的本申请的构造和布置仅是例示性的。尽管在此公开内容中仅详细描述了几个实施方案,但参阅此公开内容的人员应容易理解,在实质上不偏离该申请中所描述的主题的新颖教导和优点的前提下,许多改型是可能的(例如,各种元件的尺寸、尺度、结构、形状和比例、以及参数值(例如,温度、压力等)、安装布置、材料的使用、颜色、定向的变化等)。例如,示出为整体成形的元件可以由多个部分或元件构成,元件的位置可被倒置或以其它方式改变,并且分立元件的性质或数目或位置可被更改或改变。因此,所有这样的改型旨在被包含在本发明的范围内。可以根据替代的实施方案改变或重新排序任何过程或方法步骤的次序或顺序。在权利要求中,任何“装置加功能”的条款都旨在覆盖在本文中所描述的执行所述功能的结构,且不仅是结构等同而且还是等同结构。在不背离本发明的范围的前提下,可以在示例性实施方案的设计、运行状况和布置中做出其他替换、改型、改变和省略。因此,本发明不限制于特定的实施方案,而是扩展至仍落在所附的权利要求书的范围内的多种改型。
此外,为了提供示例性实施方案的简练描述,可以不描述实际实施方案的所有特征(即,与当前考虑的执行本发明的最佳模式不相关的那些特征,或与实现本发明不相关的那些特征)。
应理解的是,在任何实际实施方式的开发过程中,如在任何工程或设计项目中,可做出大量的具体实施方式决定。这样的开发努力可能是复杂的且耗时的,但对于那些得益于此公开内容的普通技术人员来说,不需要过多实验,所述开发努力将是一个设计、制造和生产的常规工作。
应说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种基于磁场强度测量的磁力自适应爬壁机器人,其特征在于:包括,
支撑单元(100),所述支撑单元(100)包括支撑架(101)、设置在支撑架(101)顶端的控制舱(102)以及设置在控制舱(102)两侧的磁轮箱(103),两个所述磁轮箱(103)均与支撑架(101)固定连接;
控制单元(200),所述控制单元(200)包括控制组件(201)以及设置在控制组件(201)底端的磁体(202),所述控制组件(201)位于磁轮箱(103)的内部,所述磁体(202)位于磁轮箱(103)的下方;以及
驱动单元(300),所述驱动单元(300)包括驱动组件(301)和驱动轮(302),所述驱动组件(301)与驱动轮(302)传动连接,所述驱动轮(302)位于磁轮箱(103)的两侧;
所述控制组件(201)包括支撑板(201a)、设置在支撑板(201a)顶端的控制件(201b)以及设置在控制件(201b)两侧的升降件(201c),所述支撑板(201a)与磁轮箱(103)的内壁固定连接;
所述控制件(201b)包括固定连接在支撑板(201a)顶端的控制电机(201b-1)、与控制电机(201b-1)配合的控制器一(201b-2)、与控制电机(201b-1)的输出轴固定连接的联轴器(201b-3)、与联轴器(201b-3)固定连接的双牙线滚珠丝杠(201b-4)以及两个与双牙线滚珠丝杠(201b-4)螺纹连接的移动块(201b-5),失电时,控制电机(201b-1)失去对双牙线滚珠丝杠(201b-4)的控制;
所述控制件(201b)还包括直线导轨(201b-6),所述直线导轨(201b-6)固定连接在支撑板(201a)的顶端,所述直线导轨(201b-6)的顶端配合设置有滑块(201b-6a),两个所述移动块(201b-5)分别固定连接在两个对应的滑块(201b-6a)的顶端;
所述升降件(201c)包括连杆(201c-1)、轴承(201c-2)、导向套(201c-3)和磁场强度传感器(201c-4),两个所述移动块(201b-5)的两侧均通过轴承(201c-2)与连杆(201c-1)转动连接,所述连杆(201c-1)的底部一侧与导向套(201c-3)转动连接,四个所述导向套(201c-3)的内侧连接有承载架(201c-3a),所述磁场强度传感器(201c-4)安装在承载架(201c-3a)的底端。
2.如权利要求1所述的基于磁场强度测量的磁力自适应爬壁机器人,其特征在于:所述磁轮箱(103)的底端开设有导向通孔,所述导向套(201c-3)通过导向通孔与磁轮箱(103)滑动连接,所述磁体(202)固定连接在导向套(201c-3)的底端。
3.如权利要求2所述的基于磁场强度测量的磁力自适应爬壁机器人,其特征在于:所述驱动组件(301)包括驱动电机(301a)、控制器二(301b)和减速器(301c),所述控制器二(301b)与驱动电机(301a)配合连接,所述减速器(301c)与驱动电机(301a)的输出轴连接。
4.如权利要求3所述的基于磁场强度测量的磁力自适应爬壁机器人,其特征在于:所述减速器(301c)的输出轴部分延伸至磁轮箱(103)的外部,且减速器(301c)的输出轴与驱动轮(302)的圆心位置固定连接。
5.如权利要求4所述的基于磁场强度测量的磁力自适应爬壁机器人,其特征在于:所述支撑板(201a)的底端支撑有加强板(201a-1),所述加强板(201a-1)与磁轮箱(103)的内壁和支撑板(201a)固定连接。
6.如权利要求1~5任一所述的基于磁场强度测量的磁力自适应爬壁机器人,其特征在于:所述磁轮箱(103)和控制舱(102)的顶端均连接有把手(103a)。
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