CN210132511U - 基于电永磁吸附结构的履带式爬壁机器人 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于电永磁吸附结构的履带式爬壁机器人，包括机器人主体、与机器人主体连接的履带组件、与所述履带组件连接的驱动组件以及与所述履带组件连接的第一磁吸附组件，所述第一磁吸附组件用以与导磁金属壁面配合，所述第一磁吸附组件包括至少一个电控永磁吸附机构，所述电控永磁吸附机构包括导磁轭铁以及设置在导磁轭铁上的相互配合的两个以上主磁体和一个以上的可逆磁体，所述可逆磁体上绕设有励磁线圈。本实用新型提供的基于电永磁吸附结构的履带式爬壁机器人以电永磁吸附机构作为主要吸附手段，辅以履带组件上的永磁体，大大提高了履带式爬壁机器人的负重能力。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种履带式爬壁机器人，特别涉及一种基于电永磁吸附结构的履带式爬壁机器人，属于爬壁机器人技术领域。
背景技术
履带式机器人由于其优良的越野性能，在工业、消防和救灾等领域有着广泛的应用。而爬壁机器人可以在倾斜壁面、竖直壁面甚至天花板上运动，并通过携带工具完成一定的任务，可在各种不适宜人类从事的作业环境下工作，如核工业和石化行业的管道勘察、罐体检测、船舶行业的除锈和喷涂等，将两者相结合，履带式爬壁机器人能在特殊壁面上发挥其优良的越野性能，代替人类完成一定的任务。而吸附手段是所有爬壁机器人最核心的技术。
目前履带式爬壁机器人主要有两种吸附手段，负压吸附和磁吸附。其中负压吸附依靠真空吸盘吸附在壁面上，由于其装置的复杂性，在工业上应用很少。磁场吸附是利用磁场产生的作用力，吸附力较大，适合在导磁材料表面上使用。目前磁吸附式履带式爬壁机器人通常分为电磁式和永磁式。CN 201811316935中公开了一种磁性爬壁机器人的制造方法，其在履带上设有多个电磁吸盘，但采用电磁铁作为吸附手段时，需要通电才能保持吸附状态，当电量不足或者突然断电时，爬壁机器人会失去吸附力。CN 201820025069中公开了一种磁吸附履带爬壁机器人，其使用永磁体作为主要吸附手段，采用设有永磁体的履带作为主要吸附手段，机身前后安装若干永磁体的辅助吸附单元，通过手动调整辅助吸附单元的角度调整吸力。依靠履带上的永磁体作为吸附手段，履带式爬壁机器人的负重能力十分有限，手动调整的辅助吸附单元，具有使用不便，工作局限性大等特点。
实用新型内容
本实用新型的主要目的在于提供一种基于电永磁吸附结构的履带式爬壁机器人，主要适用于可导磁的铁或钢材等材料表面，应用领域包括罐体/管道检测、高层焊接、船体除锈喷漆等，进而克服现有技术中的不足。
为实现前述实用新型目的，本实用新型采用的技术方案包括：
本实用新型提供了一种基于电永磁吸附结构的履带式爬壁机器人，包括机器人主体、与机器人主体连接的履带组件、与所述履带组件连接的驱动组件以及与所述履带组件连接的第一磁吸附组件，所述第一磁吸附组件用以与导磁金属壁面配合，所述第一磁吸附组件包括至少一个电控永磁吸附机构，所述电控永磁吸附机构包括导磁轭铁以及设置在导磁轭铁上的相互配合的两个以上主磁体和一个以上的可逆磁体，所述可逆磁体上绕设有励磁线圈；当向所述励磁线圈输入第一激励电流时，所述电控永磁吸附机构为充磁状态并与导磁金属壁面吸附；当向所述励磁线圈输入第二激励电流时，所述电控永磁吸附机构为退磁状态并与导磁金属壁面脱离；所述第一激励电流与第二激励电流的方向相反。
进一步的，两个所述主磁体对称设置，并且两个所述主磁体的磁场强度相同，磁场方向相反。
进一步的，两个以上所述主磁体均为永磁体，所述可逆磁体为永磁体。
进一步的，所述主磁体为高矫顽力永磁体，所述可逆磁体为低矫顽力永磁体。
优选的，所述主磁体的矫顽力为600-2000kA/m，所述可逆磁体的矫顽力为 30-200kA/m。
优选的，所述主磁体的材质包括永磁铁氧体、钐钴、钕铁硼中的任意一种，但不限于此。
优选的，所述可逆磁体的材质包括锰铝碳、铝镍钴、铁铬钴中的任意一种，但不限于此。
进一步的，所述履带组件包括不导磁的链带主体，所述不导磁的链带主体还与第二磁吸附组件连接，所述第二磁吸附组件包括一个以上的永磁吸附机构，所述永磁吸附机构能够与导磁金属壁面配合，且所述永磁吸附机构与导磁金属壁面无直接接触。
优选的，所述永磁吸附机构为永磁体。
优选的，所述永磁吸附机构为高矫顽力永磁体
进一步的，在所述链带主体的表面还设置有复数个耐磨防滑凸起，所述永磁吸附机构设置在相邻两个耐磨防滑凸起之间。
优选的，所述永磁吸附机构的高度低于所述耐磨防滑凸起的高度。
更进一步的，在所述链带主体与永磁吸附机构之间还设置有保护垫。
进一步的，所述机器人主体还包括控制组件，所述控制组件包括主控组件和电控永磁控制组件，所述主控与所述电控永磁控制组件以及驱动组件连接，所述主控组件包括姿态传感器；所述电控永磁控制组件能够调节输入励磁线圈中的电流大小和方向。
进一步的，所述驱动组件包括驱动机构、主动轮和从动轮，所述驱动机构与主动轮传动连接，所述主动轮经所述履带组件与从动轮连接。
优选的，所述驱动机构包括驱动电机。
进一步的，所述机器人主体还包括电源组件，所述电源组件与所述电控永磁控制组件以及电控永磁控制组件连接，所述电源组件包括移动电源以及能够连接外部电源的连接接口。
优选的，所述机器人主体为轻质不导磁材质，驱动电机、主控组件和电控永磁控制组件设置在机器人主体的内部或顶部。
与现有技术相比，本实用新型的优点包括：
1)本实用新型提供的基于电永磁吸附结构的履带式爬壁机器人以电永磁吸附机构作为主要吸附手段，辅以履带组件上的永磁体，大大提高了履带式爬壁机器人的负重能力；
2)相比电磁式履带爬壁机器人，本实用新型中使用的电永磁吸附机构仅在切换吸附状态或者需要调节吸附力的时候需要用电，无需持续通电即可保持吸附或释放状态，提高了爬壁机器人续航能力；
3)本实用新型提供的基于电永磁吸附结构的履带式爬壁机器人通过姿态传感器检测自身状态，在倾角较小，对吸力要求不高的壁面，机器人能够自动调整电永磁吸附机构的磁吸力，通过降低电永磁吸附机构的磁吸力，减小电机负荷，延长电机的使用寿命；
4)相比于单纯依靠永磁体作为吸附手段的爬壁机器人，该机器人能通过切换自身吸附状态，能够更方便的从附着的壁面上取下。
附图说明
图1是本实用新型一典型实施案例中一种基于电永磁吸附结构的履带式爬壁机器人的结构示图；
图2是本实用新型一典型实施案例中履带的链带主体的剖面结构示意图；
图3是本实用新型一典型实施案例中电控永磁吸附机构的剖面结构示意图；
图4a是本实用新型一典型实施案例中履带式爬壁机器人的一种工作状态结构的示意图；
图4b是本实用新型一典型实施案例中履带式爬壁机器人的另一种工作状态的结构示意图；
图5是本实用新型一典型实施案例中电控永磁吸附机构吸持的原理示意图；
图6是本实用新型一典型实施案例中电控永磁吸附机构释放的原理示意图。
具体实施方式
鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本实用新型的技术方案。如下将结合附图对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明，应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围；此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
请参阅图1-3，一种基于电永磁吸附机构的履带式爬壁机器人，包括机器人主体(可以称之为车体，下同)、履带(即前述履带组件)2以及电控永磁吸附机构。机器人主体1使用轻质不导磁材料制成，机器人主体两侧设置有主动轮 1-4、从动轮1-5、车体内部设置有驱动电机及电机驱动器1-3和电控永磁控制系统(即前述电控永磁控制组件，下同)1-2，履带组件分别与所述主动轮和从动轮连接，机器人通过驱动电机及电机驱动器1-3控制机器人前进后退，通过改变主动轮的速度和运转方向使机器人进行转向。
请参阅图2，爬壁机器人主动轮1-4通过履带2带动从动轮1-5使机器人前进，机器人的履带包括两条平行的不导磁链带(即前述链带主体，下同)2-4，在链带上通过固定螺丝固定连接有永磁体(即前述永磁吸附机构，或称之为非电控的永磁吸附机构)2-2，链带2-4上设置有耐磨防滑凸起2-1，耐磨防滑凸起 2-1高于永磁体2-2，为防止永磁体2-2在机器人运动过程中与链带有频繁摩擦或碰撞导致损坏，在链带2-4与永磁体2-2之间设置保护垫2-3，保护垫的材质和厚度可以根据需要进行设置，再次不再赘述。
请参阅图3，爬壁机器人使用电控永磁吸附机构3作为主要吸附手段，电控永磁吸附机构3包括两个主磁体3-1、可逆磁体3-2、磁轭(即前述导磁轭铁，下同)3-3和励磁线圈3-4，励磁线圈3-4绕设在可逆磁体3-2上；两个所述主磁体对称设置，并且两个所述主磁体的磁场强度相同，磁场方向相反；所述主磁体为高矫顽力永磁体，所述可逆磁体为低矫顽力永磁体，所述主磁体的矫顽力为 600-2000kA/m，所述可逆磁体的矫顽力为30-200kA/m；所述主磁体的材质包括永磁铁氧体、钐钴、钕铁硼中的任意一种，但不限于此；所述可逆磁体的材质包括锰铝碳、铝镍钴、铁铬钴中的任意一种，但不限于此。
具体的，请参阅图5，当向所述励磁线圈3-4输入第一激励电流时，可逆磁体3-2受到正向激励，可逆磁体3-2呈现上极为N极，下极为S极，主磁体3-1 和可逆磁体3-2中都有磁通穿过，主磁体3-1产生的磁场和可逆磁体3-2产生的磁场方向相同，所述电控永磁吸附机构为充磁状态，对外呈吸附状态。
请参阅图6，当向所述励磁线3-4输入第二激励电流时，可逆磁体3-2受到负向激励，可逆磁体3-2呈现上极为S极，下极为N极，导磁金属壁面中没有磁通穿过，此时，所述主磁体磁场和可逆磁体磁场方向相反，所述电控永磁吸附机构对外呈释放状态。
请参阅图1-3、图4a、图4b，设置于车体顶部的电永磁控制系统1-2与电源组件连接，并可以控制输出上述两种激励电流，对电永磁吸附机构3进行吸附状态调节，配合使用姿态传感器对机器人姿态进行实时监测，爬壁机器人在吸力要求较低的平缓壁面，通过控制激励电流大小来调节电永磁吸附机构的吸附力，从而降低驱动电机负荷。
具体的，其中的主控组件和电控永磁控制组件包括控制芯片，其中采用的数控程序等均可以通过市购获得。其中的各组件的尺寸可以根据是具需要进行调整，在此不再赘述。
本实用新型提供的基于电永磁吸附结构的履带式爬壁机器人以电永磁吸附机构作为主要吸附手段，辅以履带组件上的永磁体，大大提高了履带式爬壁机器人的负重能力；本实用新型提供的基于电永磁吸附结构的履带式爬壁机器人通过姿态传感器检测自身状态，在倾角较小，对吸力要求不高的壁面，机器人能够自动调整电永磁吸附机构的磁吸力，通过降低电永磁吸附机构的磁吸力，减小电机负荷，延长电机的使用寿命；相比电磁式履带爬壁机器人，本实用新型中使用的电永磁吸附机构仅在切换吸附状态或者需要调节吸附力的时候需要用电，无需持续通电即可保持吸附或释放状态，提高了爬壁机器人续航能力；相比于单纯依靠永磁体作为吸附手段的爬壁机器人，该机器人能通过切换自身吸附状态，能够更方便的从附着的壁面上取下。
应当理解，上述实施例仅为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (16)
1.一种基于电永磁吸附结构的履带式爬壁机器人，包括机器人主体、与机器人主体连接的履带组件、与所述履带组件连接的驱动组件以及与所述履带组件连接的第一磁吸附组件，所述第一磁吸附组件用以与导磁金属壁面配合，其特征在于：所述第一磁吸附组件包括至少一个电控永磁吸附机构，所述电控永磁吸附机构包括导磁轭铁以及设置在导磁轭铁上的相互配合的两个以上主磁体和一个以上的可逆磁体，所述可逆磁体上绕设有励磁线圈；当向所述励磁线圈输入第一激励电流时，所述电控永磁吸附机构为充磁状态并与导磁金属壁面吸附；当向所述励磁线圈输入第二激励电流时，所述电控永磁吸附机构为退磁状态并与导磁金属壁面脱离；所述第一激励电流与第二激励电流的方向相反。
2.根据权利要求1所述的基于电永磁吸附结构的履带式爬壁机器人，其特征在于：两个所述主磁体对称设置，并且两个所述主磁体的磁场强度相同，磁场方向相反。
3.根据权利要求1或2所述的基于电永磁吸附结构的履带式爬壁机器人，其特征在于：两个以上所述主磁体均为永磁体，所述可逆磁体为永磁体。
4.根据权利要求3所述的基于电永磁吸附结构的履带式爬壁机器人，其特征在于：所述主磁体为高矫顽力永磁体，所述可逆磁体为低矫顽力永磁体。
5.根据权利要求4所述的基于电永磁吸附结构的履带式爬壁机器人，其特征在于：所述主磁体的矫顽力为600-2000kA/m，所述可逆磁体的矫顽力为30-200kA/m。
6.根据权利要求1所述的基于电永磁吸附结构的履带式爬壁机器人，其特征在于：所述履带组件包括不导磁的链带主体，所述不导磁的链带主体还与第二磁吸附组件连接，所述第二磁吸附组件包括一个以上的永磁吸附机构，所述永磁吸附机构能够与导磁金属壁面配合，且所述永磁吸附机构与导磁金属壁面无直接接触。
7.根据权利要求6所述的基于电永磁吸附结构的履带式爬壁机器人，其特征在于：所述永磁吸附机构为永磁体。
8.根据权利要求6所述的基于电永磁吸附结构的履带式爬壁机器人，其特征在于：所述永磁吸附机构为高矫顽力永磁体。
9.根据权利要求6所述的基于电永磁吸附结构的履带式爬壁机器人，其特征在于：在所述链带主体的表面还设置有复数个耐磨防滑凸起，所述永磁吸附机构设置在相邻两个耐磨防滑凸起之间。
10.根据权利要求9所述的基于电永磁吸附结构的履带式爬壁机器人，其特征在于：所述永磁吸附机构的高度低于所述耐磨防滑凸起的高度。
11.根据权利要求6所述的基于电永磁吸附结构的履带式爬壁机器人，其特征在于：在所述链带主体与永磁吸附机构之间还设置有保护垫。
12.根据权利要求1所述的基于电永磁吸附结构的履带式爬壁机器人，其特征在于：所述机器人主体还包括控制组件，所述控制组件包括主控组件和电控永磁控制组件，所述主控与所述电控永磁控制组件以及驱动组件连接，所述主控组件包括姿态传感器；所述电控永磁控制组件能够调节输入励磁线圈中的电流大小和方向。
13.根据权利要求12所述的基于电永磁吸附结构的履带式爬壁机器人，其特征在于：所述驱动组件包括驱动机构、主动轮和从动轮，所述驱动机构与主动轮传动连接，所述主动轮经所述履带组件与从动轮连接。
14.根据权利要求13所述的基于电永磁吸附结构的履带式爬壁机器人，其特征在于：所述驱动机构包括驱动电机。
15.根据权利要求12所述的基于电永磁吸附结构的履带式爬壁机器人，其特征在于：所述机器人主体还包括电源组件，所述电源组件与所述电控永磁控制组件以及电控永磁控制组件连接，所述电源组件包括移动电源以及能够连接外部电源的连接接口。
16.根据权利要求15所述的基于电永磁吸附结构的履带式爬壁机器人，其特征在于：所述机器人主体为轻质不导磁材质。
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