CN212074249U

CN212074249U - 一种自适应磁吸附移动底盘

Info

Publication number: CN212074249U
Application number: CN202020720175.0U
Authority: CN
Inventors: 刘朝华; 金志凯; 郑亚东
Original assignee: Tianjin University of Technology and Education China Vocational Training Instructor Training Center
Current assignee: Tianjin University of Technology and Education China Vocational Training Instructor Training Center
Priority date: 2020-05-06
Filing date: 2020-05-06
Publication date: 2020-12-04
Anticipated expiration: 2030-05-06

Abstract

本实用新型公开了一种自适应磁吸附移动底盘，其特征包括底盘移动装置、变磁力吸附装置和自适应控制系统；自适应控制系统安装于移动底盘壳体顶部；变磁力吸附装置安装于移动底盘壳体腹部。自适应磁吸附移动底盘通过控制磁体单元与导磁壁面的倾斜角度来调节磁吸附力的大小。自适应磁吸附移动底盘在一定程度上解决了爬壁机器人负载能力和运动灵活性的矛盾。

Description

一种自适应磁吸附移动底盘

技术领域

本实用新型属于机器人技术领域，具体涉及一种自适应磁吸附移动底盘。

背景技术

磁吸附式爬壁机器人是特种工业机器人领域中一个十分重要的类型，它能够工作在不同倾斜角度、高度的导磁壁面上。通常磁吸附式爬壁机器人底盘采用履带式或磁轮式结构。磁吸附履带式底盘吸附力强，安全性高，但是底盘运动灵活性差。磁轮式底盘吸附能力弱，但是运动灵活。在磁吸附式爬壁机器人工作过程中，由于工作环境的变化，机器人需要安全工作的磁吸附力也是不同的，因此有必要设计一种能够满足磁吸附爬壁机器人负载能力和运动灵活性要求的底盘，从而提高爬壁机器人的工作效率和安全性。

实用新型内容

为达到以上目的，本实用新型通过以下技术方案实现：一种自适应磁吸附移动底盘，包括底盘移动装置、变磁力吸附装置和自适应控制系统；自适应控制系统安装于移动底盘壳体顶部；变磁力吸附装置安装于移动底盘壳体腹部。

所述底盘移动装置包括驱动磁钢轮、从动磁钢轮、驱动轮电机和减速器；驱动磁钢轮安装在底盘前部，从动磁钢轮安装在底盘后部；驱动磁钢轮通过减速器和驱动轮电机连接，由驱动轮电机带动磁钢轮转动，为底盘运动提供动力；从动磁钢轮跟随驱动磁钢轮运动。

所述变磁力吸附装置包括磁吸附驱动机构和磁吸附组件；所述磁吸附驱动机构包括基座架、步进电机、联轴器、蜗杆、蜗轮、止推轴承、键、转轴和支撑架；所述磁吸附组件包括固定铆件、磁轭板和磁体单元。变磁力吸附装置安装在机器人壳体内；基座架固定于机器人壳体内壁；步进电机安装在基座架上，步进电机输出轴通过联轴器与蜗杆相联接；蜗杆末端通过止推轴承安装在基座架上；转轴通过支撑架固定在机器人底盘内，转轴一端开有键槽用于安装蜗轮；磁体单元安装在磁轭板上，磁轭板通过固定铆件安装在转轴上。

所述自适应控制系统组件包括电源、控制器、电机驱动器和角度传感器；控制器与电机驱动器和角度传感器连接，电机驱动器分别与驱动轮电机和同步电机相连接；电源为控制器、电机驱动器和角度传感器提供电能；角度传感器为双轴数字型输出角度传感器，可实时根据工作环境的坡度采集底盘的倾角数据值，提供给控制器运算处理。

本实用新型的优点和有益效果为：自适应磁吸附移动底盘通过控制磁体单元与导磁壁面的倾斜角度来调节磁吸附力的大小。当工作在倾角较大的环境时，系统将自动减小磁体单元与导磁壁面的倾斜角度，从而增大磁吸附力，保证可靠吸附。当工作在倾角较小的环境时，系统将自动增大磁体单元与导磁壁面的倾斜角度，从而减小磁吸附力和运动阻力，保证底盘运动的灵活性。自适应磁吸附移动底盘从一定程度上更好地解决了机器人负载能力和运动灵活性的矛盾。

附图说明

图1为自适应磁吸附移动底盘整体示意图。

图2为底盘移动装置示意图。

图3为变磁力吸附装置示意图。

图4为磁吸附驱动机构示意图。

图5为磁吸附组件示意图。

图6为磁体单元安装示意图。

图7为自适应控制系统原理框图。

附图标记说明：101-壳体；2-自适应控制系统；201-电源；202-控制器；203-电机驱动器；204-角度传感器；3-移动装置；301-驱动磁钢轮；302-从动磁钢轮；303-驱动轮电机；304-减速器；4-变磁力吸附装置；41-磁吸附驱动机构；42-磁吸附组件；410-基座架；411-步进电机；412-联轴器；413-蜗杆；414-蜗轮；415-止推轴承；416-键；417-转轴；418-支撑架；420-固定铆件；421-磁轭板；422-磁体单元。

对于本领域普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合具体实施例进一步说明本实用新型的技术方案。

参见附图1，一种自适应磁吸附移动底盘，包括壳体101，自适应控制系统2，底盘移动装置3和变磁力吸附装置4。自适应控制系统2安装在机器人壳体101的顶部。变磁力吸附装置4安装在机器人壳体101的腹部内。底盘移动装置3安装在壳体101底部。

其中，自适应控制系统2包括电源201、控制器202、电机驱动器203和角度传感器204。电源201为控制器202、电机驱动器203和角度传感器204提供电能；角度传感器204实时采集工作环境中移动底盘的倾角数据值，控制器202读取倾角数据值运算处理后将信号传输给电机驱动器203。

参见附图2，底盘移动装置3包括驱动磁钢轮301、从动磁钢轮302、驱动轮电机303和减速器304；驱动磁钢轮301安装在底盘前部，从动磁钢轮302安装在底盘后部；驱动磁钢轮301通过减速器304和驱动轮电机303连接，由驱动轮电机303带动驱动磁钢轮301转动，为底盘运动提供动力；从动磁钢轮302跟随驱动磁钢轮301运动。

参见附图3，变磁力吸附装置4由磁吸附驱动机构41和磁吸附组件42组成。磁吸附驱动机构41为变磁力吸附装置4提供动力，磁吸附组件42用于安装磁体单元。变磁力吸附装置4通过磁吸附驱动机构41将动力传递到磁吸附组件42上，使得磁体单元与导磁壁面夹角发生改变，从而调节磁吸附力的大小。

参见附图4，磁吸附驱动机构41包括基座架410、步进电机411、联轴器412、蜗杆413、蜗轮414、止推轴承415、键416、转轴417和支撑架418；步进电机411安装在基座架410上，步进电机411输出轴通过联轴器412与蜗杆413相连接；蜗杆413末端通过止推轴承415安装在基座架410上；转轴417通过支撑架418固定在机器人底盘内，转轴417一端通过键416与蜗轮414连接。

参见附图5，所述磁吸附组件42包括固定铆件420、磁轭板421和磁体单元422；磁体单元422安装在磁轭板421上，磁轭板421通过固定铆件420安装在转轴417上。

参见附图6，磁体单元由7块永磁体组成。每块永磁体按箭头代表的水平和垂直方向间隔排列形成强化磁场，永磁体材料采用高性能的稀土永磁材料钕铁硼。磁轭板421为软铁材料。

参见附图7，在自适应控制系统2中，电源201采用交直流电源转换模块，可将220V交流电转换为5V，12V和24V直流电压。控制器202采用STM32F103型单片机，角度传感器23采用HVS120T双轴数字型角度传感器，电机驱动器203采用THB6128驱动芯片。电源201为控制器202、电机驱动器203和角度传感器204提供电能。控制器202与角度传感器203和电机驱动器204连接。控制器202处理双轴数字型角度传感器204所采集到的底盘倾角值，运行自适应控制算法，继而通过电机驱动器203驱动步进电机运行，从而改变磁体单元与导磁壁面的倾角大小，实现磁吸附力的变化。

以上对本实用新型进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。

Claims

1.一种自适应磁吸附移动底盘，其特征在于：包括底盘移动装置、变磁力吸附装置和自适应控制系统；自适应控制系统安装于移动底盘壳体顶部；变磁力吸附装置安装于移动底盘壳体内。

2.根据权利要求1所述的一种自适应磁吸附移动底盘，其特征在于：所述底盘移动装置包括驱动磁钢轮、从动磁钢轮、驱动轮电机和减速器；驱动磁钢轮安装在底盘前部，从动磁钢轮安装在底盘后部；驱动磁钢轮通过减速器和驱动轮电机连接，由驱动轮电机带动磁钢轮转动，为底盘运动提供动力；从动磁钢轮跟随驱动磁钢轮运动。

3.根据权利要求1所述的一种自适应磁吸附移动底盘，其特征在于：所述变磁力吸附装置包括磁吸附驱动机构和磁吸附组件；所述磁吸附驱动机构包括基座架、步进电机、联轴器、蜗杆、蜗轮、止推轴承、键、转轴和支撑架；所述磁吸附组件包括固定铆件、磁轭板和磁体单元；所述变磁力吸附装置安装在机器人壳体内；基座架固定于机器人壳体内壁；步进电机安装在基座架上，步进电机输出轴通过联轴器与蜗杆相连接；蜗杆末端通过止推轴承安装在基座架上；转轴通过支撑架固定在机器人底盘内，转轴一端开有键槽用于安装蜗轮；磁体单元安装在磁轭板上，磁轭板通过固定铆件安装在转轴上。

4.根据权利要求1所述的一种自适应磁吸附移动底盘，其特征在于：所述自适应控制系统包括电源、控制器、电机驱动器和角度传感器；控制器与电机驱动器和角度传感器连接；电机驱动器分别与驱动轮电机和同步电机相连接；电源为控制器、电机驱动器和角度传感器提供电能；角度传感器为双轴数字型输出角度传感器，可实时根据工作环境的坡度采集底盘的倾角数据值，提供控制器运算处理。