CN208007136U - 吸附机构和机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种吸附机构和机器人，当第一磁铁和第二磁铁处于第一状态时，因两者之间呈相斥状态，两者作为整体来说对导磁材料的吸附力将减小，以达到解除吸附的作用；当第一磁铁和第二磁铁处于第二状态时，因两者之间呈相互吸引状态，两者作为整体来说对导磁材料的吸附力将增大，以达到吸附的作用。由此，可以通过控制第一磁铁和第二磁铁之间磁极的位置关系调整本实施例吸附机构的吸附状态或解除吸附状态，该调整过程所需要输入的能量较少，调整响应速度较快。

Description

吸附机构和机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及应用于机器人末端执行器的吸附机构和机器人。

背景技术

爬壁机器人是模块化机器人的一种，该类型机器人能够在2维或3维环境中移动，用于攀爬垂直墙壁、天花板或其他铁磁材料的壁面等，爬壁机器人的发展已经经过了半个世纪，各种结构尺寸和类型的爬壁机器人被开发出来，用来代替人类完成高风险作业任务，通过低负压或者高负压的方式实现吸附功能，应用比较广泛。通过该种方法可以适应多种壁面环境，应用相对比较广泛，然而在产生高负压的过程中，需要真空泵或者其他装置通过气路抽气来实现负压，需要等待一段时间，不利于实时控制；而传统的电磁吸附需要消耗电能来维持磁力，或者通过电能来抵消磁力，该过程中需要消耗较多的能量。

实用新型内容

有鉴于上述技术问题，本实用新型提供了一种运动过程中能量消耗较少的吸附机构和一种机器人。

本实用新型具体提供一种吸附机构，包括：

第一磁铁；第二磁铁，与第一磁铁相互叠置，第一磁铁受驱动地与第二磁铁保持第一状态或第二状态，第一状态下，第一磁铁和第二磁铁的相同磁极相互靠近，第一磁铁和第二磁铁之间呈相斥状态；第二状态下，第一磁铁和第二磁铁不同磁极相互靠近，第一磁铁和第二磁铁之间呈相互吸引状态。

根据本实用新型的一个实施例，第一磁铁和第二磁铁可相对转动，驱动力矩通过驱动第一磁铁和/或相对转动，使第一磁铁和第二磁铁保持第一状态或第二状态。

根据本实用新型的一个实施例，第一磁铁具有转动自由度，还包括限制第一磁铁单向转动的单向止回机构；第二磁铁不具有转动自由度，第一磁铁可受驱动地相对第二磁铁转动。

根据本实用新型的一个实施例，第一磁铁具有转动自由度，第二磁铁具有转动自由度；还包括，限制第一磁铁沿着第一方向转动的第一单向止回机构，以及限制第二磁铁绕第二磁铁沿着第二方向转动的第二单向止回机构，第一方向与第二方向相逆。

根据本实用新型的一个实施例，还包括一壳体，壳体内形成安装空间，第一磁铁和第二磁铁叠置在安装空间内。

根据本实用新型的一个实施例，单向止回机构包括：内齿轮；棘齿，当内齿轮正向旋转时，棘齿间歇运动于内齿轮的轮齿之间；当内齿轮反向旋转时，棘齿抵压内齿轮的轮齿，阻止内齿轮反向旋转；偏压件，其偏压力作用于棘齿上，并使棘齿朝向内齿轮转动的正向方向偏压。

根据本实用新型的一个实施例，第一单向止回机构包括：第一内齿轮；第一棘齿，当第一内齿轮沿着第一方向旋转时，第一棘齿间歇运动于第一内齿轮的轮齿之间；当第一内齿轮沿着第二方向旋转时，第一棘齿抵压第一内齿轮的轮齿，阻止第一内齿轮沿着第二方向旋转；第一偏压件，其偏压力作用于第一棘齿上，并使第一棘齿朝向内齿轮转动的正向方向偏压。

根据本实用新型的一个实施例，第二单向止回机构包括：第二内齿轮；第二棘齿，当第二内齿轮沿着第二方向旋转时，第二棘齿间歇运动于第二内齿轮的轮齿之间；当第二内齿轮沿着第二方向旋转时，第二棘齿抵压第二内齿轮的轮齿，阻止第二内齿轮沿着第二方向旋转；第二偏压件，其偏压力作用于第二棘齿上，并使第二棘齿朝向内齿轮转动的正向方向偏压。

根据本实用新型的一个实施例，还包括一壳体，壳体内形成安装空间，第一磁铁和第二磁铁叠置在安装空间内；第一磁铁和第二磁铁在安装空间内自上而下叠置，第二磁铁的下表面为吸附机构的吸附面。

根据本实用新型的一个实施例，还包括一壳体，壳体内形成安装空间，第一磁铁和第二磁铁叠置在安装空间内；单向止回机构包括：内齿轮；棘齿，当内齿轮正向旋转时，棘齿间歇运动于内齿轮的轮齿之间；当内齿轮反向旋转时，棘齿抵压内齿轮的轮齿，阻止内齿轮反向旋转；偏压件，其偏压力作用于棘齿上，并使棘齿朝向内齿轮转动的正向方向偏压；内齿轮设置在壳体上端侧面；第二磁铁和壳体相互固定；棘齿和第一齿轮相互固定。

本实用新型还提供一种机器人，包括：控制器；动作机构，受控制器输出的控制信号而产生动作，动作机构包括：第一磁铁；第二磁铁，与第一磁铁相互叠置，第二磁铁受驱动地与第一磁铁保持第一状态或第二状态，第一状态下，第一磁铁和第二磁铁的相同磁极相互靠近，第一磁铁和第二磁铁之间呈相斥状态；第二状态下，第一磁铁和第二磁铁不同磁极相互靠近，第一磁铁和第二磁铁之间呈相互吸引状态；驱动机构，驱动第一磁铁和/或第二磁铁运动，使第一磁铁和第二磁铁保持在第一状态或第二状态。

附图说明

为了更清楚地说明本使用新型实施例的技术方案，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实用新型的一个最优实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型一个实施例中机器人的运动过程示意图，图1a是机器人初始放置状态，为两条支撑足；图1b是机器人驱动使一条支撑足的磁铁由第一状态转换为第二状态，为机器人移动做准备；图1c是机器人本体移动状态，图1d是机器人本体落地状态，图1e是机器人移动足的磁铁由第二状态转换为第一状态，移动足转换为支撑足，图1f是另外一条支撑足的磁铁转换为第二状态，并移动；

图2是本实用新型一个实施例中吸附机构的分解示意图；

图3是本实用新型一个实施例中吸附机构的剖面示意图；

图4是本实用新型一个实施例中吸附机构的俯视图；

图中，1、机器人的机构本体；2、吸附机构；201、螺钉；202、内齿轮；203、偏压件；204、棘齿；205、第一磁铁；206、固定螺纹孔；207、第二磁铁；208、壳体；209、内齿轮的固定螺纹孔； 210、第二磁铁固定孔；211内六角固定孔。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参考图1，本实施例公开一种吸附机构，该吸附机构可以应用于机器人领域，或一些设备的执行末端，起到吸附和解除吸附的作用。以下结合附图对本实施例的吸附机构进一步说明，请参考图2，本实施例的吸附机构主要包括：第一磁铁205和第二磁铁 207，第二磁铁207与第一磁铁205相互叠置，第一磁铁205受驱动地与第二磁铁207保持第一状态或第二状态，第一状态下，第一磁铁205和第二磁铁207的相同磁极相互靠近，第一磁铁205 和第二磁铁207之间图1c呈相斥状态；第二状态下，第一磁铁205 和第二磁铁207不同磁极相互靠近，第一磁铁205和第二磁铁207 之间呈图3所示的相互吸引状态；通过驱动第一磁铁205运动，使第一磁铁205和第二磁铁207保持在第一状态或第二状态。

上述实施方式是本实施例的核心技术方案，当第一磁铁205和第二磁铁207处于第一状态时，因两者之间呈相斥状态，两者作为整体来说对导磁材料的吸附力将减小，以达到解除吸附的作用；当第一磁铁205和第二磁铁207处于第二状态时，因两者之间呈相互吸引状态，两者作为整体来说对导磁材料的吸附力将增大，以达到吸附的作用。由此，可以通过控制第一磁铁205和第二磁铁207之间磁极的位置关系调整本实施例吸附机构的吸附状态或解除吸附状态，该调整过程所需要输入的能量较少，调整响应速度较快。

在一个实施例中，参考图2，还包括一个壳体208，壳体208 的内部形成一个安装空间第一磁铁205和第二磁铁207自上而下叠置在安装空间内，第一磁铁205和壳体208之间不存在限制转动的连接关系，因此第一磁铁205具有转动自由度；第二磁铁207 和壳体208的侧壁固定连接，具体的是通过螺钉201、壳体上设置的连接孔和第二磁铁固定孔210将两者相对固定，因此第二磁铁 207不具备转动自由度。

继续参考图2，设内齿轮202通过两个螺钉201固定在壳体208 的上端侧面上。棘齿204一端固定在第一磁铁205上，自由端受偏压件203的偏压力作用，朝向图4所示的顺时针方向偏压，内齿轮202、棘齿204和偏压件203即构成了单向止回机构，也即，内齿轮202只能朝向图4所示的顺时针方向旋转，而当内齿轮202 朝向图4所示的逆时针旋转时，内齿轮202将会被棘齿204锁止。由此可以通过驱动第一齿轮205如图4所示的顺时针方向单向旋转来控制第一磁铁205和第二磁铁207处于第一状态或是第二状态。

上述实施方式中，因位于下方的第二磁铁207不进行转动，并且第二磁铁207的下表面是作为吸附机构的吸附面，因此这样设置能够在第二状态下保证第二磁铁207与导磁材料之间可靠吸附，而不容易发生脱落和磨损。

一个实施例中，可以通过驱动第二磁铁207相对第一磁铁205 动作来调整第一磁铁205和第二磁铁207处于第一状态或第二状态(图中未显示)，与前述的实施方式相比，驱动力矩作用于第二磁铁207上，而第一磁铁205则与壳体208保持静止。

一个实施例中，通过同时驱动第一磁铁205和第二磁铁207动作来调整第一磁铁205和第二磁铁207处于第一状态或第二状态。驱动力矩同时作用于第一磁铁205和第二磁铁207上，具体是驱动力矩使第一磁铁205和第二磁铁207朝向相反方向转动。同时此实施例中还包括，限制第一磁铁205沿着第一方向转动的第一单向止回机构，以及限制第二磁铁207沿着第二方向转动的第二单向止回机构，第一方向与第二方向相逆。

第一单向止回机构包括：第一内齿轮；第一棘齿，当第一内齿轮沿着第一方向旋转时，第一棘齿间歇运动于第一内齿轮的轮齿之间；当第一内齿轮沿着第二方向旋转时，第一棘齿抵压第一内齿轮的轮齿，阻止第一内齿轮沿着第二方向旋转；第一偏压件，其偏压力作用于第一棘齿上，并使第一棘齿朝向内齿轮转动的正向方向偏压。第一内齿轮、第一棘齿、第一偏压件的设置方式和以上实施方式中所述的单向止回机构中的内齿轮202、偏压件203、棘齿204的设置方式相同，可参考图4来理解本实施例所述的第一单向止回机构。

第二单向止回机构包括：第二内齿轮；第二棘齿，当第二内齿轮沿着第二方向旋转时，第二棘齿间歇运动于第二内齿轮的轮齿之间；当第二内齿轮沿着第二方向旋转时，第二棘齿抵压第二内齿轮的轮齿，阻止第二内齿轮沿着第二方向旋转；第二偏压件，其偏压力作用于第二棘齿上，并使第二棘齿朝向内齿轮转动的正向方向偏压。第二内齿轮、第二棘齿、第二偏压件的设置方式和以上实施方式中所述的单向止回机构中的内齿轮202、偏压件203、棘齿204的设置方式相同，可参考图4来理解本实施例所述的第二单向止回机构。

此外，在此实施例中，第一内齿轮和第二内齿轮分别设置在壳体的两端侧面上，第一棘齿、第二棘齿分别设置在第一磁铁205 和第二磁铁207上，第一偏压件和第二偏压件分别设置在第一磁铁205和第二磁铁207上。

在一个实施方式中，单向止回机构包括：外座圈、内座圈、保持架、楔块(图中未显示)，也即楔块式的单向离合器；当然，在一些实施方式中，第一单向止回机构、第二单向止回机构也都可以采用楔块式的单向离合器，又或者是其他形式的单向离合器，本领域技术人员可根据实际需求进行选择，在此则不进行赘述。

本发明的一个实施例还提供一种机器人，包括控制器；

动作机构，受所述控制器输出的控制信号而产生动作，所述动作机构包括：

第一磁铁205；

第二磁铁207，与所述第一磁铁205相互叠置，所述第二磁铁 207受驱动地与所述第一磁铁205保持第一状态或第二状态，所述第一状态下，所述第一磁铁205和第二磁铁207的相同磁极相互靠近，所述第一磁铁205和所述第二磁铁207之间呈相斥状态；所述第二状态下，所述第一磁铁205和所述第二磁铁207不同磁极相互靠近，所述第一磁铁205和所述第二磁铁207之间呈相互吸引状态；

还包括，驱动机构，驱动所述第一磁铁205和/或所述第二磁铁207运动，使所述第一磁铁205和第二磁铁207保持在所述第一状态或所述第二状态。

图1所展示的是机器人的运动过程示意图，以下结合图1对上述实施例中吸附机构的工作过程进行详细说明：

如图1所示，本实施例包括机器人本体1、吸附机构2、螺钉 201、内齿轮202、偏压件203、棘齿204、第一磁铁205、固定螺纹孔206、第二磁铁207、壳体208、内齿轮的固定孔209、第二磁铁固定孔210、内六角固定孔211；第一磁铁205和第二磁铁207 可选用市售的铷磁铁或其他形式的磁铁，所述内齿轮202、壳体 208均为铁磁材料制成；第一磁铁205上有偏压件203、棘齿204 和内六角固定孔211，内六角孔211与模块机器人1的驱动机构相连接组成连接机构，带动第一磁铁205旋转，棘齿204与内齿轮 202之间相互啮合，保证第一磁铁205只能沿齿槽单方向旋转，考虑到模块机器人中线路的问题，设置其转动方向为图4的顺时针方向，第二磁铁207上有螺纹孔206与壳体208侧边的螺纹孔210 联通，并通过201固定螺栓形成固定结构。

机器人安装该性吸附机构后，根据机器人运动过程的工作方式，简述该装置在具有铁磁环境下运动的运动特点。

机器人安装有吸附机构的运动特性：图1中a是模块化机器人的正常静止状态，第一磁铁205与第二磁铁207的磁极方向相同，组成的磁铁厚度增加，对外界铁磁环境的吸附能力更强，当机器人的右端轴进行转动时，通过内六角固定孔211与第一磁铁205 相连，带动第一磁铁205按照图4所示的顺时针方向旋转，考虑到模块化机器人外部线路的问题，限制逆转，棘齿204与内齿轮 202啮合，避免第一磁铁205逆转，当机器人的右边磁铁旋转到图1中的b状态时，此时第一磁铁205与第二磁铁207之间相互吸引，此时机器人足端对吸附面的吸附力最小，模块化机器人抬起前足实现运动。

图1d～图1f所示的工作过程中，机器人后足的第一磁铁205 继续受驱顺时针转动，从而完成抬起后足实现运动，此后的过程与前述的实施方式相同，在此则不进行赘述。

还应当理解，本发明实施例中提到的第一和第二等限定词，仅仅为了更清楚地描述本发明实施例的技术方案使用，并不能用以限制本发明的保护范围。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种吸附机构，其特征在于，包括：

第一磁铁；

第二磁铁，与所述第一磁铁相互叠置，所述第一磁铁受驱动地与所述第二磁铁保持第一状态或第二状态，所述第一状态下，所述第一磁铁和第二磁铁的相同磁极相互靠近，所述第一磁铁和所述第二磁铁之间呈相斥状态；所述第二状态下，所述第一磁铁和所述第二磁铁不同磁极相互靠近，所述第一磁铁和所述第二磁铁之间呈相互吸引状态。

2.如权利要求1所述的吸附机构，其特征在于，

所述第一磁铁和所述第二磁铁可相对转动，驱动力矩通过驱动所述第一磁铁和/或相对转动，使所述第一磁铁和所述第二磁铁保持第一状态或第二状态。

3.如权利要求2所述的吸附机构，其特征在于，

所述第一磁铁具有转动自由度，还包括限制所述第一磁铁单向转动的单向止回机构；

所述第二磁铁不具有转动自由度，所述第一磁铁可受驱动地相对所述第二磁铁转动。

4.如权利要求2所述的吸附机构，其特征在于，

所述第一磁铁具有转动自由度，所述第二磁铁具有转动自由度；

还包括，限制所述第一磁铁沿着第一方向转动的第一单向止回机构，以及限制所述第二磁铁沿着第二方向转动的第二单向止回机构，所述第一方向与所述第二方向相逆。

5.如权利要求3或4所述的吸附机构，其特征在于，

还包括一壳体，所述壳体内形成安装空间，所述第一磁铁和第二磁铁叠置在所述安装空间内。

6.如权利要求3所述的吸附机构，其特征在于，

所述单向止回机构包括：

内齿轮；

棘齿，当所述内齿轮正向旋转时，所述棘齿间歇运动于所述内齿轮的轮齿之间；当所述内齿轮反向旋转时，所述棘齿抵压所述内齿轮的轮齿，阻止所述内齿轮反向旋转；

偏压件，其偏压力作用于所述棘齿上，并使所述棘齿朝向所述内齿轮转动的正向方向偏压。

7.如权利要求4所述的吸附机构，其特征在于，

所述第一单向止回机构包括：

第一内齿轮；

第一棘齿，当所述第一内齿轮沿着第一方向旋转时，所述第一棘齿间歇运动于所述第一内齿轮的轮齿之间；当所述第一内齿轮沿着第二方向旋转时，所述第一棘齿抵压所述第一内齿轮的轮齿，阻止所述第一内齿轮沿着第二方向旋转；

第一偏压件，其偏压力作用于所述第一棘齿上，并使所述第一棘齿朝向所述内齿轮转动的正向方向偏压。

8.如权利要求4所述的吸附机构，其特征在于，

所述第二单向止回机构包括：

第二内齿轮；

第二棘齿，当所述第二内齿轮沿着第二方向旋转时，所述第二棘齿间歇运动于所述第二内齿轮的轮齿之间；当所述第二内齿轮沿着第二方向旋转时，所述第二棘齿抵压所述第二内齿轮的轮齿，阻止所述第二内齿轮沿着第二方向旋转；

第二偏压件，其偏压力作用于所述第二棘齿上，并使所述第二棘齿朝向所述内齿轮转动的正向方向偏压。

9.如权利要求6-8中任一所述的吸附机构，其特征在于，

还包括一壳体，所述壳体内形成安装空间，所述第一磁铁和第二磁铁叠置在所述安装空间内；

所述第一磁铁和所述第二磁铁在所述安装空间内自上而下叠置，所述第二磁铁的下表面为所述吸附机构的吸附面。

10.一种机器人，其特征在于，包括：

控制器；

动作机构，受所述控制器输出的控制信号而产生动作，所述动作机构包括：

第一磁铁；

第二磁铁，与所述第一磁铁相互叠置，所述第二磁铁受驱动地与所述第一磁铁保持第一状态或第二状态，所述第一状态下，所述第一磁铁和第二磁铁的相同磁极相互靠近，所述第一磁铁和所述第二磁铁之间呈相斥状态；所述第二状态下，所述第一磁铁和所述第二磁铁不同磁极相互靠近，所述第一磁铁和所述第二磁铁之间呈相互吸引状态；

驱动机构，驱动所述第一磁铁和/或所述第二磁铁运动，使所述第一磁铁和第二磁铁保持在所述第一状态或所述第二状态。