CN206765701U - 一种爬壁机器人用吸附轮 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种爬壁机器人用吸附轮，采用与壁面接触的外轮组合内置磁轮组合结构设计，避免了磁轮组合直接与外界接触及受力承载等其它损伤，极大提高了磁轮组合的使用寿命；磁轮组合由圆形磁铁和两个磁钢组成，使圆形磁铁的轴向方向磁力转变集中为圆周外表面，有效提高了吸附力和磁力利用率；吸附模块由硅基底板和碳纳米管阵列构成，该吸附原理是模仿壁虎脚掌与物体的吸附力进行吸附固定的，可适用于伴有大凸起，粗糙或非铁质材料壁面的吸附，提高了环境适应性，满足不同的使用作业需要，同时在磁吸附壁面作业时可与磁轮组合进行有效结合与叠加，大大提高了本吸附轮的吸附力及承载力；同时还具有拆卸方便，结构简单，实用性强的特点。

Description

一种爬壁机器人用吸附轮

技术领域

本实用新型涉及磁吸附爬壁机器人或机械车用行走轮技术领域，具体是一种爬壁机器人用吸附轮。

背景技术

随着机器人技术的迅猛发展，爬壁机器人作为特种机器人已经在民用、军事、航天领域有广泛的应用。目前在船体，金属罐体等表面用磁吸附工作原理的机器，其磁吸附爬壁机器人或磁轮机械工程车的行走，常见主要有履带式和磁轮式两类，履带式行走机构其优点：吸附力强，载重力较大。缺点：是结构复杂，制造要求高，在导磁壁面上移动时转向困难且所需动力大，行走阻力大，速度不稳不均，过障碍时容易倾覆后张，进行全方位作业时困难，效率低。以圆形磁钢为轮而组成的滚动轮系，优点是转向灵活，所需动力小，缺点是吸附力差，负重量小。

申请号为201220114159.2的中国专利公开了一种改进的组合磁轮，它包括装置在轮轴上的两个边导磁轮，间隔装置在两个边导磁轮的若干个中间导磁轮，在每两个相邻导磁轮间嵌装有一圆环形磁钢；导磁轮和磁钢的组合体的整体两端通过锁紧机构紧固在轮轴上；边导磁轮的外圆周有向内伸出的突肩，每个中间导磁轮的外圆周有突肩，磁钢夹在两个相邻导磁轮的突肩下形成的凹槽中，在边导磁轮和中间导磁轮的外圆周面上有电弧喷涂金属粉层，在磁钢的外圆周面上套装有不导磁金属圈；在边导磁轮、中间导磁轮和轮轴采用键连接。该磁轮相比于原有技术一定程度上增强了导磁轮轮面和壁面的摩擦力和使用寿命，也增加了一定载重量，同时解决了导磁轮片和轮轴产生差转问题；但该改进的组合磁轮依然存在：1)虽避免了磁钢直接与壁面直接接触，导磁轮与磁钢相互受力约束，当导磁轮受冲击振动时，磁钢会受到外力的直接传递，其未能根本提高磁钢的使用寿命；2)导磁轮圆周面与壁面的接触摩擦力较弱，多个中间导磁轮及边导磁轮组合大大增加了该改进组合磁轮的质量，虽提高了磁吸附力，但载重量提高有限；3)该磁轮只能适应铁质壁面较好的壁面材料，当伴有大凸起，粗糙或其它材料的壁面时，不能满足使用需要，环境适应性差；4)虽解决了导磁轮片和轮轴产生差转问题，但该结构设计又伴随拆装不便的问题

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种采用磁吸附和仿生吸附相结合的结构设计，结构简单，拆装方便，吸附能力强、可有效提高载重量，同时可满足复杂环境使用需要的爬壁机器人用吸附轮。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种爬壁机器人用吸附轮，包括磁轮组合、罩设在磁轮组合外的外轮组合、用于安装磁轮组合及外轮组合的传动轴和设置在外轮组合上的吸附模块，所述磁轮组合包括圆形磁铁和卡套在圆形磁铁轴向两端的呈凹型的磁钢，所述外轮组合包括呈圆筒状的壳体、固设在壳体轴向一端的圆形侧板以及与壳体另一端可拆卸连接的圆形封板，所述圆形侧板与圆形封板的外径相同且大于壳体外径，所述吸附模块包括卡接在圆形侧板与圆形封板之间并套设在壳体周向外表面的硅基底板和设置在硅基底板外表面上的碳纳米管阵列。

进一步地，所述传动轴包括动力输入的截面呈圆形的第一段、用于安装磁轮组合的截面呈方形的第二段以及锁紧固定外轮组合的截面呈圆形的第三段，所述第一段上设有用于阻挡圆形侧板的凸肩，所述第三段上设有紧固磁轮组合的第一锁紧件和紧固圆形封板的第二锁紧件。

进一步地，所述碳纳米管由垂直部分和位于垂直部分端部的弯曲部分组成。

进一步地，所述硅基底板的下表面上设有多个凸起，所述壳体周向外表面上设有多个与凸起位置相对应的凹槽，所述凹槽与凸起相匹配。

进一步地，所述硅基底板外表面高于圆形侧板与圆形封板的圆周外表面。

进一步地，所述磁钢的外圆周呈锥形状。

本实用新型的有益效果：

本实用新型的一种爬壁机器人用吸附轮，

1、采用与壁面接触的外轮组合内置磁轮组合结构设计，使磁吸附的磁轮组合被保护在外轮组合内，避免了磁轮组合直接与外界接触及受力承载碰撞等其它损伤，极大提高了磁轮组合的使用寿命。

2、磁轮组合由圆形磁铁和卡套在圆形磁铁轴向两端的呈凹型的磁钢组成，使圆形磁铁的轴向方向或厚度方向磁力转变为圆周外表面，从而有效提高了磁轮组合与壁面的吸附力和圆形磁铁的磁力利用率，进而提高了摩擦力和承载力。

3、设置在外轮组合上的吸附模块采用硅基底板和碳纳米管阵列结构设计，本吸附原理是模仿壁虎脚掌与物体的吸附力进行吸附固定的，可有效适用于伴有大凸起，粗糙或非铁质材料壁面的吸附，提高了环境适应性，满足不同的使用作业需要，同时在磁吸附壁面作业时可与磁轮组合进行有效结合与叠加，大大提高了与壁面的吸附力和本吸附轮的摩擦力和承载力，安全可靠。

4、磁轮组合及外轮组合都安装在传动轴上，圆形封板雨壳体可拆卸连接可便于安装、拆卸与维护，结构简单，实用性强。

附图说明

图1为本实用新型一种爬壁机器人用吸附轮的主视结构示意图。

图2为本实用新型一种爬壁机器人用吸附轮的左视结构示意图。

图3为本实用新型一种爬壁机器人用吸附轮的磁轮组合实施例示意图。

图4为本实用新型一种爬壁机器人用吸附轮的磁轮组合实施例示意图。

图5为本实用新型一种爬壁机器人用吸附轮的磁轮组合实施例示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型作进一步详细说明。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域技术人员所理解的通常意义。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图1所示的方位或位置关系，术语“前”指示的方位或位置关系为基于附图1所示的“左”，术语“后”指示的方位或位置关系为基于附图1所示的“右”，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

如图1-2所示，一种爬壁机器人用吸附轮，包括磁轮组合1、罩设在磁轮组合外的外轮组合2、用于安装磁轮组合及外轮组合的传动轴3和设置在外轮组合上的吸附模块4，外轮组合与壁面直接接触，优选外轮组合与磁轮组合的安装轴孔都为圆心以利于转动稳定性，另外采用外轮组合内置磁轮组合结构设计，可使磁吸附的磁轮组合被保护在外轮组合内，避免了磁轮组合直接与外界接触及受力承载等其它摩擦损伤，极大提高了磁轮组合的使用寿命；磁轮组合包括圆形磁铁11和卡套在圆形磁铁轴向两端的呈凹型的磁钢12，可使圆形磁铁的轴向方向或厚度方向磁力转变集中为圆周外表面，从而有效提高了磁轮组合与壁面的吸附力和圆形磁铁的磁力利用率，进而提高了本技术方案吸附轮的承载力；外轮组合包括呈圆筒状的壳体21、固设在壳体轴向一端的圆形侧板22以及与壳体另一端可拆卸连接的圆形封板23，所述圆形侧板与圆形封板的外径相同且大于壳体外径，以利于圆形侧板与圆形封板之间构成对吸附模块的环形卡套空间，圆形封板雨壳体可拆卸连接可便于安装与拆卸，结构简单，实用性强；吸附模块包括卡接在圆形侧板与圆形封板之间并套设在壳体周向外表面的硅基底板41和设置在硅基底板外表面上的碳纳米管阵列42，优选在位于环形卡套空间一侧的圆形侧板与圆形封板的相同直径圆周上开有环形槽2a，同时在硅基底板的横向两端设有与环形槽相匹配的凸条4a，以有利于硅基底板在壳体轴向两端的卡接固定；所述碳纳米管由垂直部分421和位于垂直部分端部的弯曲部分422组成；硅基底板用于生长出碳纳米管阵列，碳纳米管的垂直部分和弯曲部分分别用来仿生壁虎脚部的刚毛和铲状绒毛；当碳纳米管阵列与硅基底板接触时，弯曲部分与硅基底板面的线接触有效地增大了接触面积，并且在壳体与壁面接触的切向力作用下，取向基本一致，同时弯曲部分在外轮组合的旋转运动下，并随外轮组合的转动方向逆向弯曲；碳纳米管的直径约为10～15nm，长度约为150μm，密度约为10¹⁰～10¹¹cm^-2，这样可以容易地将外轮吸附固定于壁面；上述吸附原理是模仿壁虎脚掌与物体的吸附力进行吸附固定的，而壁虎脚掌的吸附力是范德瓦尔斯力，范德瓦尔斯力是永远存在于分子间的吸引力；可有效适用于伴有大凸起，粗糙或非铁质材料壁面的吸附，提高了环境适应性，满足不同的使用作业需要，同时在磁吸附壁面作业时可与磁轮组合进行有效结合与叠加，大大提高了与壁面的吸附力和本吸附轮的承载力；同时上述吸附固定方式不会与接触壁面硬性摩擦，避免了对壁面材料的损伤，使用安全可靠。

作为对上述技术方案的进一步改进，所述传动轴3包括动力输入的截面呈圆形的第一段31、用于安装磁轮组合的截面呈方形的第二段32以及锁紧固定外轮组合的截面呈圆形的第三段33，所述第一段上设有用于阻挡圆形侧板的凸肩311，所述第三段上设有紧固磁轮组合的第一锁紧件331和紧固封板的第二锁紧件332；第一段及第三段设为圆形截面可利于设置螺纹，即优选在凸肩与第二段之间的第一段采用螺纹与圆形侧板连接；第二段设置方形截面与磁轮组合配合可有效避免磁轮组合发生差速转到，影响上述吸附轮的转动稳定性；同时第三段也采用螺纹与第一锁紧件及第二锁紧件连接，以便于磁轮组合与外轮组合的快速安装固定，设置紧固件可防止外轮组合在转动过程中与传动轴发生滑移与松懈，提高稳固性。

进一步的，所述硅基底板41的下表面上设有多个凸起411，所述壳体21周向外表面上设有多个与凸起位置相对应的凹槽211，所述凹槽与凸起相匹配，设置凹槽与凸起可使硅基底板稳固在壳体周向外表面，防止硅基底板在转动过程中与壳体发生相对滑移。

进一步的，所述硅基底板41外表面高于圆形侧板与圆形封板的圆周外表面，有利于保证硅基底板与壁面直接接触。

优选的，所述磁钢的外圆周呈锥形状，有利于圆形磁铁磁力能转变集中到磁轮组合的圆周方向，提高磁力利用率；磁钢的外圆周锥形倾斜方向可为向如图1所示的磁钢的外端部倾斜，或为向如图3所示的圆形磁铁方向倾斜；同时可根据实际使用增设多个圆形磁铁，如图4、图5所示，在相邻圆形磁铁之间设有中间磁钢13，所述中间磁钢轴向两端的外圆周上设有卡套圆形磁铁的环形凸条，环形凸条有利于夹持圆形磁铁，圆形磁铁的数量可根据磁力使用要求而调节，另外圆形磁铁还可由多块磁铁成辐射状或同心状排列构成。

以上的说明和实施例仅是范例性的，并不对本实用新型的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本实用新型的精神和范围下可以对实用新型技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本实用新型的保护范围内。

Claims (6)

1.一种爬壁机器人用吸附轮，其特征在于：包括磁轮组合、罩设在磁轮组合外的外轮组合、用于安装磁轮组合及外轮组合的传动轴和设置在外轮组合上的吸附模块，所述磁轮组合包括圆形磁铁和卡套在圆形磁铁轴向两端的呈凹型的磁钢，所述外轮组合包括呈圆筒状的壳体、固设在壳体轴向一端的圆形侧板以及与壳体另一端可拆卸连接的圆形封板，所述圆形侧板与圆形封板的外径相同且大于壳体外径，所述吸附模块包括卡接在圆形侧板与圆形封板之间并套设在壳体周向外表面的硅基底板和设置在硅基底板外表面上的碳纳米管阵列。

2.根据权利要求1所述的一种爬壁机器人用吸附轮，其特征在于：所述传动轴包括动力输入的截面呈圆形的第一段、用于安装磁轮组合的截面呈方形的第二段以及锁紧固定外轮组合的截面呈圆形的第三段，所述第一段上设有用于阻挡圆形侧板的凸肩，所述第三段上设有紧固磁轮组合的第一锁紧件和紧固圆形封板的第二锁紧件。

3.根据权利要求1所述的一种爬壁机器人用吸附轮，其特征在于：所述碳纳米管由垂直部分和位于垂直部分端部的弯曲部分组成。

4.根据权利要求1所述的一种爬壁机器人用吸附轮，其特征在于：所述硅基底板的下表面上设有多个凸起，所述壳体周向外表面上设有多个与凸起位置相对应的凹槽，所述凹槽与凸起相匹配。

5.根据权利要求4所述的一种爬壁机器人用吸附轮，其特征在于：所述硅基底板外表面高于圆形侧板与圆形封板的圆周外表面。

6.根据权利要求1所述的一种爬壁机器人用吸附轮，其特征在于：所述磁钢的外圆周呈锥形状。