CN205417847U - 一种基于双程形状记忆合金弹簧驱动的可调永磁吸盘 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于双程形状记忆合金弹簧驱动的可调永磁吸盘，包括外缸、内缸、上弹簧安装座、下弹簧安装座、弹簧固定扣、双程SMA弹簧、轭铁连接板、轭铁、永磁体；外缸套在内缸上，上弹簧安装座和外缸内部顶端固定连接，下弹簧安装座和内缸外部顶端固定连接，双程SMA弹簧位于外缸和内缸之间且其上下两端分别安装在上弹簧安装座和下弹簧安装座上，双程SMA弹簧由弹簧固定扣分别与上弹簧安装座和下弹簧安装座固定，永磁体和轭铁用结构胶粘贴固定，轭铁上端和轭铁连接板连接，轭铁连接板和外缸下端连接。本实用新型通过电流控制双程SMA弹簧温度实现双程SMA弹簧的伸缩，进而改变永磁体与吸附壁面的距离，改变永磁体吸附力的大小。实现了永磁体的吸附力可调，质量轻，结构简单，控制方便，适应了爬壁机器人质轻的原则。

Description

一种基于双程形状记忆合金弹簧驱动的可调永磁吸盘

技术领域

本发明属于爬壁机器人技术的吸附领域，更具体地，涉及一种基于双程形状记忆合金弹簧驱动的可调永磁吸盘。

背景技术

爬壁机器人作为特种作业机器人，能够吸附在壁面上并且灵活移动。而磁吸附方式由于可以提供较大的吸附力，尤其是永磁吸附稳定可靠，在铁磁质壁面环境中得到了广泛的应用。但是永磁吸附的爬壁机器人的吸附力通常都是固定的，为了防止机器人出现侧滑和倾覆的危险，通常采用较大的吸附力，以保证机器人吸附的可靠性，但是吸附力太大又会影响机器人移动的灵活性。1984年日本広濑茂男等开发出了“内部力补偿型磁吸附单元”，通过电机制动器和弹簧双重作用，解决了脱吸困难的问题。南京理工大学的博士陈勇毕业论文中通过电机丝杠调节磁吸附单元与导磁壁面的距离，改变吸附力。上述方法都实现了磁吸附力大小的变化，但是满足吸附力可调的同时却大大增加了机器人本身的重量和机器人结构的复杂性，不易微小型化。

形状记忆合金（SMA）是一种能够经过某种热效应完全消除其在较低温度下发生的塑性变形，回复到形变前的原始形状的一种合金材料。可以通过电流加热的方式使其产生变形，他具有功重比大、驱动电压低、形变量大的优点、SMA的形状以及效应有单程和双程之分，单程记忆效应的SMA在加热发生变形后不能回复到未加热前的状态，而必须依靠外力回复，而双程SMA则能自由回复。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于双程形状记忆合金弹簧驱动的可调永磁吸盘，使其可以利用双程SMA驱动性能上的优点，解决永磁吸附在爬壁机器人吸附装置应用中的不足，具有吸附力可调、质量轻、结构简单、控制简单，适应了爬壁机器人质轻和微小型化的原则。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于双程形状记忆合金弹簧驱动的可调永磁吸盘，其特征在于：包括外缸、内缸、上弹簧安装座、下弹簧安装座、双程SMA弹簧、弹簧固定扣、轭铁连接板、轭铁、永磁体；外缸套在内缸上，上弹簧安装座和外缸内部顶端固定连接，下弹簧安装座和内缸外部顶端固定连接，双程SMA弹簧位于外缸和内缸之间且其上下两端分别安装在上弹簧安装座和下弹簧安装座上，双程SMA弹簧由弹簧固定扣分别和上弹簧安装座和下弹簧安装座固定，永磁体用结构胶和轭铁粘贴固定，轭铁上端和轭铁连接板连接，轭铁连接板和外缸下端连接，内缸上端设有耳板，内缸耳板固定在爬壁机器人底座上，外缸在双程SMA弹簧的驱动下带动永磁体和轭铁组成的吸附单元上下移动，实现吸附力大小的调节。本发明通过电流控制双程SMA弹簧温度实现双程SMA弹簧的伸缩，从而实现外缸的上下移动，永磁体在外缸的牵引上下移动，改变与吸附壁面的距离，改变永磁体吸附力的大小。实现了永磁体的吸附力可调，质量轻，结构简单，控制简单，适应了爬壁机器人质轻的原则。

所述的一种基于双程形状记忆合金弹簧驱动的可调永磁吸盘，其特征在于：所述的轭铁由软磁材料制成，所述的永磁体和轭铁用结构胶粘贴固定。

所述轭铁连接板由非导磁材料制成，轭铁连接板设有三个均匀分布的耳板。

所述的内缸由非导磁材料制成，内缸外径小于外缸内径，内缸上端均匀分布三个突出的扇形耳板，内缸侧面设有三个均匀分布的导向槽，并且导向槽宽度大于轭铁连接板耳板的宽度。

所述的外缸由非导磁材料制成，外缸下端均匀分布三个突出的扇形耳板，耳板设有通孔，外缸侧面设有三个均匀分布的导向槽，并且导向槽的宽度大于内缸上部耳板宽度。

所述的弹簧固定扣数量为6，其中3个均匀固定双程SMA弹簧上端，另外3个均匀固定双程SMA弹簧的下端。

本发明中，所述的双程SMA弹簧，由于SMA弹簧相对于SMA丝具有较大的位移，采用Niti合金的双程形状记忆合金弹簧，由于双程SMA弹簧加热后伸长，冷却时缩短，在加热发生相变后不需要外力即可回到初始状态，相对于单程SMA弹簧驱动器，可以不用偏置弹簧提供回复力，极大的节省了空间、减小结构复杂性。

本发明中双程SMA弹簧在通电加热后产生的伸长，使轭铁和永磁体组成的吸附单元向远离壁面方向移动，增大气隙长度，减小磁吸附力；当双程SMA驱动器两端的电压取消后，双程SMA弹簧逐渐冷却，其长度将收缩，在壁面与永磁体的磁吸附力和双程SMA弹簧变形力的作用下，轭铁和永磁体组成的吸附单元回到初始位置，磁吸附力增大。

本发明采用双程形状记忆合金弹簧加热后产生的相变回复力使外缸相对内缸运动，从而使轭铁和永磁体组成的吸附单元实现向远离壁面方向移动，吸附力减小，当给双程形状记忆合金弹簧的电压取消后，双程SMA弹簧自动回复到初始位置，吸附力增大。

总体而言，通过本发明专利的技术方案与现有技术相比，能够取得下列效果：

实现了永磁吸附爬壁机器人的吸附力大小调节、结构简单、控制方便。

附图说明

图1和图2是本实用新型的整体结构俯视图及A-A旋转剖面图；

图3是本实用新型的结构分解示意图；

图4是本实用新型强吸附力状态示意图；

图5是本实用新型弱吸附力状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图2所示，本实施例包括外缸1、内缸2、上弹簧安装座3、下弹簧安装座4、双程SMA弹簧5、轭铁连接板6、轭铁7、永磁体8、弹簧固定扣9。本实施例中，外缸1套在内缸2上，上弹簧安装座3和外缸1内部顶端固定连接，下弹簧安装座4和内缸2外部顶端固定连接，SMA弹簧5位于外缸1和内缸2之间且其上下两端分别安装在上弹簧安装座3和下弹簧安装座4上，SMA弹簧5由弹簧固定扣9分别与上弹簧安装座3和下弹簧安装座4固定，永磁体8和轭铁7用结构胶粘贴固定，轭铁7上端和轭铁连接板6连接，轭铁连接板6和外缸1下端连接。

所述的永磁体8和轭铁7用结构胶黏贴固定。

所述轭铁连接板6由非导磁材料铝合金制成，轭铁连接板6设有三个均匀分布的耳板。

所述的内缸2由非导磁材料铝合金制成，内缸2外径小于外缸1内径，内缸2上端均匀分布三个突出的扇形耳板，内缸2侧面设有三个均匀分布的导向槽，并且导向槽宽度大于轭铁连接板6的耳板的宽度，方便轭铁连接板6的耳板能够伸出内缸2和外缸1下端耳板连接固定，并在内缸2的导向槽中上下移动。

所述的外缸1由非导磁材料铝合金制成，外缸1下端均匀分布三个突出的扇形耳板，耳板设有通孔，外缸1侧面设有三个均匀分布的导向槽，并且导向槽的宽度大于内缸2上部耳板宽度，方面内缸2上部耳板能伸出外缸1和爬壁机器人固定。

所述的弹簧固定扣9数量为6个，其中3个均匀固定SMA弹簧上端，另外3个均匀固定SMA弹簧的下端。

所述永磁体8选用钕铁硼材料制成圆形永磁体，轭铁7选用软磁材料低碳钢制成，轭铁7内径和永磁体8直径相同，且两者用结构胶粘贴固定，轭铁7外径小于内缸2内径，以防止轭铁7和永磁体8组成的吸附单元向上移动时与内缸2形成干涉。

所述外缸1，其上设有通孔，导线通过该通孔接到双程SMA弹簧5两端给其供电。

所述双程SMA弹簧5为NiTi合金制造。

所述双程SMA弹簧5用铁氟龙耐高温胶带包络。

如图4所示，永磁吸盘常态为强吸附力状态，此时双程SMA弹簧5在常温下属于压缩状态，轭铁7和永磁体8组成的吸附单元与吸附壁面距离较近，吸附力较强；当爬壁机器人不需要此吸盘吸附时，首先双程SMA弹簧5通电加热，当温度足够高时，双程SMA弹簧5发生相变开始伸长推动外缸1相对内缸6运动，轭铁7和圆形永磁体8组成的吸附单元在外缸1的牵引下提升，远离吸附壁面，永磁体8和吸附壁面的气隙增大，吸盘处于弱吸附状态，如图5所示。当双程SMA弹簧5断电后，由于外缸1和内缸2由铝合金材料制成，铝合金材料本身具有优良的散热特性，另外外缸1和内缸2均设有导向槽，加快了双程SMA弹簧5的冷却速度，在磁吸力和相变回复力的作用下，双程SMA弹簧5自动回复到未加热前的状态，外缸向靠近壁面方向移动，轭铁7和圆形永磁体8组成的吸附单元在外缸1的推力下，靠近吸附壁面，减小了气隙，恢复到强吸附状态。

本发明通过电流控制双程SMA弹簧温度实现双程SMA弹簧的伸缩，进而实现永磁体与吸附壁面的距离，改变永磁体吸附力的大小。

本实施例的优点体现在几个方面：一是由于轭铁和圆形永磁体组成的吸附单元能通过SMA驱动能够调节吸附力的大小，实现了永磁吸附强吸附力和弱吸附力两种状态。二是采用双程SMA弹簧的变形实现吸附力大小的改变，不需要额外的增加电机及传动装置和安装装置，质量轻，结构简单、控制简单，尤其是解吸状态时，永磁吸盘由于质轻不会对机器人造成过多的额外负载。

Claims (6)

1.一种基于双程形状记忆合金弹簧驱动的可调永磁吸盘，其特征在于：包括外缸、内缸、上弹簧安装座、下弹簧安装座、双程SMA弹簧、弹簧固定扣、轭铁连接板、轭铁、永磁体；外缸套在内缸上，上弹簧安装座和外缸内部顶端固定连接，下弹簧安装座和内缸外部顶端固定连接，双程SMA弹簧位于外缸和内缸之间且其上下两端分别安装在上弹簧安装座和下弹簧安装座上，双程SMA弹簧由弹簧固定扣分别与上弹簧安装座和下弹簧安装座固定，永磁体用结构胶和轭铁粘贴固定，轭铁上端和轭铁连接板连接，轭铁连接板和外缸下端连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于双程形状记忆合金弹簧驱动的可调永磁吸盘，其特征在于：所述轭铁连接板由非导磁材料制成，轭铁连接板设有三个均匀分布的耳板。

3.根据权利要求1所述的一种基于双程形状记忆合金弹簧驱动的可调永磁吸盘，其特征在于：所述的轭铁由软磁材料制成，所述的永磁体和轭铁用结构胶粘贴固定。

4.根据权利要求1所述的一种基于双程形状记忆合金弹簧驱动的可调永磁吸盘，其特征在于：所述的内缸由非导磁材料制成，内缸外径小于外缸内径，内缸上端均匀分布三个突出的扇形耳板，内缸侧面设有三个均匀分布的导向槽，并且导向槽宽度大于轭铁连接板耳板的宽度。

5.根据权利要求1所述的一种基于双程形状记忆合金弹簧驱动的可调永磁吸盘，其特征在于：所述的外缸由非导磁材料制成，外缸下端均匀分布三个突出的扇形耳板，耳板设有通孔，外缸侧面中上设有三个均匀分布的导向槽，并且导向槽的宽度大于内缸上部耳板宽度。

6.根据权利要求1所述的一种基于双程形状记忆合金弹簧驱动的可调永磁吸盘，其特征在于：所述的弹簧固定扣数量为6，其中3个均匀固定双程SMA弹簧上端，另外3个均匀固定双程SMA弹簧的下端。