專利名稱：電磁永磁雙激勵(lì)爬壁機(jī)器人吸附機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種電磁永磁雙激勵(lì)爬壁機(jī) 器人吸附機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
爬壁機(jī)器人作為非結(jié)構(gòu)化環(huán)境下作業(yè)的移動(dòng)載體，在現(xiàn)實(shí)中已近得到了廣泛的應(yīng) 用。而磁吸附方式由于可以提供較大的吸附力，在鐵磁質(zhì)壁面環(huán)境中作業(yè)的爬壁機(jī)器人多 采用磁吸附這一吸附方式。常用的磁吸附方式主要分為永磁吸附和電磁吸附。永磁吸盤是采用永磁磁源，通 過對(duì)磁源的通磁和隔磁控制，使其工作面上交替出現(xiàn)磁場或關(guān)閉磁場。由于其在使用過程 中無需電，也不會(huì)產(chǎn)生溫升，且使用較為安全、可靠，因而被廣泛采用。1984年日本日立制作 所研制了足式磁吸附式爬壁機(jī)器人，采用永磁吸附結(jié)構(gòu)。此后東京工業(yè)大學(xué)的広瀨茂男等 開發(fā)出了“內(nèi)部力補(bǔ)償型磁吸附單元”，解決了吸脫困難的問題。從此以后，永磁吸附方式被 廣泛應(yīng)用于各種運(yùn)動(dòng)方式的爬壁機(jī)器人上，并且在維修、焊接、檢查各種大型構(gòu)造物的領(lǐng)域 內(nèi)發(fā)揮了重要的作用。經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利號(hào)ZL200520014021. 5記載了一種具有雙 磁回路的永磁吸盤。該吸盤磁路由可變磁體和固定磁體構(gòu)成，吸附時(shí)，工作面上將形成雙倍 磁路系統(tǒng)，提高吸附力，脫離時(shí)，可變磁體和固定磁體間形成磁力線回路，以減少吸附力。相比永磁機(jī)構(gòu)，電磁機(jī)構(gòu)的發(fā)展較為緩慢。電磁吸附是應(yīng)用電流磁效應(yīng)的吸附方 式，電磁吸附有許多優(yōu)點(diǎn)電磁吸附的磁性有無可以用通、斷電流控制；磁性的大小可以用 電流的強(qiáng)弱或線圈的匝數(shù)來控制；也可改變電阻控制電流大小來控制磁性大??；它的磁極 可以由改變電流的方向來控制，等等。即磁性的強(qiáng)弱可以改變、磁性的有無可以控制、磁極 的方向可以改變。雖然電磁吸附的靈活性更好，但是由于需要外部供電產(chǎn)生吸附力，因而留 下了安全隱患。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種電磁永磁雙激勵(lì)爬壁機(jī)器人吸附 機(jī)構(gòu)，具有永磁和電磁吸附兩種方式，正常吸附時(shí)，電磁鐵線圈不通電，依靠永磁鐵進(jìn)行吸 附；當(dāng)需要脫離吸附面時(shí)，對(duì)線圈通直流電，電磁鐵產(chǎn)生的磁力與永磁鐵的磁力互相抵消， 可以使吸附機(jī)構(gòu)更加容易地脫離；在特殊情況下，需要增加吸附機(jī)構(gòu)的吸附力，則可對(duì)線圈 通反向直流電，電磁鐵產(chǎn)生的磁力與永磁鐵的磁力互相疊加，增強(qiáng)吸附效果。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明由若干個(gè)并列設(shè)置于軛鐵內(nèi)的吸附單 元組成，每一個(gè)吸附單元包括磁鐵安裝框、電磁鐵鐵芯、永磁鐵和電磁鐵線圈，其中電磁 鐵鐵芯和電磁鐵線圈設(shè)置于磁鐵安裝框的內(nèi)部，永磁鐵與磁鐵安裝框相連，永磁鐵位于電 磁鐵鐵芯與磁鐵安裝框中間。所述的磁鐵安裝框和軛鐵為硅鋼制成；
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所述的磁鐵安裝框中間為永磁鐵和電磁鐵的安全空間，磁鐵安裝框上分別設(shè)有永 磁鐵安裝孔和電磁鐵安裝孔；所述的永磁體安裝于磁鐵安裝框上的永磁鐵安裝孔中；所述的電磁鐵鐵芯為軟磁材料制成；所述的電磁鐵鐵芯為圓柱形，高15mm，該電磁鐵鐵芯的兩端與磁鐵安裝框之間為 緊配合。本發(fā)明與現(xiàn)有的吸附機(jī)構(gòu)相比，包括以下優(yōu)點(diǎn)克服了常見的永磁吸附機(jī)構(gòu)脫離 吸附表面時(shí)的困難，控制電磁鐵產(chǎn)生的磁吸附力與永磁鐵產(chǎn)生的吸附力相抵消，更容易脫 離。與電磁吸附相比，更加安全，在掉電時(shí)仍能由永磁鐵保持吸附狀態(tài)，防止機(jī)器人從吸附 表面脫落，對(duì)機(jī)器人或周圍的人員造成損傷。通過改變電磁鐵線圈中的電流大小，可根據(jù)不 同的工作需要調(diào)節(jié)吸盤產(chǎn)生的吸附力。常規(guī)吸附時(shí)可以不需通電，減少了線圈發(fā)熱的時(shí)間， 增加了其使用壽命，并且減少了功耗。通過有限元軟件分析，合理的設(shè)計(jì)了吸附機(jī)構(gòu)各部分 的參數(shù)，提高了吸附機(jī)構(gòu)中磁鐵的的磁能密度?？筛鶕?jù)需要靈活選用吸附單元個(gè)數(shù)，適應(yīng)不 同吸附要求。


圖1是本發(fā)明單個(gè)吸附單元的三維示意圖。圖2是本發(fā)明單個(gè)吸附單元內(nèi)部結(jié)構(gòu)的剖面示意圖；其中圖2a為側(cè)視圖，圖2b為剖視圖。圖3是磁鐵安裝框的部分剖視圖。圖4是四個(gè)吸附單元安裝于軛鐵上成矩形陣列的三維示意圖。圖5為圖4中矩形陣列的下視圖，其中各單元與相鄰單元外側(cè)磁極極性相反。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行 實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施 例。如圖1和圖2a及圖2b所示，本實(shí)施例包括若干個(gè)并列設(shè)置于軛鐵6的吸附單元 1組成，每一個(gè)吸附單元1包括磁鐵安裝框2、電磁鐵鐵芯3、永磁鐵4和電磁鐵線圈5，其 中電磁鐵鐵芯3和電磁鐵線圈5設(shè)置于磁鐵安裝框2的內(nèi)部，永磁鐵與4磁鐵安裝框2相 連，固定于電磁鐵鐵芯3和磁鐵安裝框2之間。 所述的磁鐵安裝框2和軛鐵6為硅鋼制成；所述的磁鐵安裝框2為矩形結(jié)構(gòu)；所述的電磁鐵鐵芯3為軟磁材料制成；所述的永磁鐵4為釹鐵硼材料制成，牌號(hào)為NdFe N45SH。如圖3所示，磁鐵安裝框2上分別設(shè)有電磁鐵鐵芯安裝孔A，走線槽B以及永磁鐵 安裝孔C，其中電磁鐵鐵芯安裝孔A和永磁鐵安裝孔C分別位于磁鐵安裝框2的內(nèi)部，走 線槽B位于磁鐵安裝框2的頂部邊沿。如圖4和圖5所示，是對(duì)單個(gè)吸附單元進(jìn)行不同組合后的形成的機(jī)構(gòu)。在組合后， 磁鐵可通過相鄰的不同磁極組成閉合回路，因而組合并不是對(duì)單個(gè)單元的簡單疊加，而是存在一個(gè)耦合關(guān)系。經(jīng)試驗(yàn)測試，單個(gè)吸附單元獨(dú)自工作時(shí)，由于要通過空氣形成閉合磁回 路，因而吸力較小，約為4· 1N。 如圖4所示，為四個(gè)吸附單元1成矩形陣列，相鄰單元外側(cè)磁極極性相反，此時(shí)平 均每個(gè)單元產(chǎn)生吸附力為19. 5N ；此外四個(gè)磁鐵單元還可以成成直線排列，相鄰單元外側(cè) 磁極極性相反，此時(shí)平均每個(gè)單元產(chǎn)生吸附力為18. 2N ；可以根據(jù)實(shí)際的空間和吸附力需 要加工軛鐵形狀，任意排列磁鐵吸附單元。
權(quán)利要求
一種電磁永磁雙激勵(lì)爬壁機(jī)器人吸附機(jī)構(gòu)，其特征在于，由若干個(gè)并列設(shè)置于軛鐵內(nèi)的吸附單元組成，每一個(gè)吸附單元包括磁鐵安裝框、電磁鐵鐵芯、永磁鐵和電磁鐵線圈，其中電磁鐵鐵芯和電磁鐵線圈設(shè)置于磁鐵安裝框的內(nèi)部，永磁鐵與磁鐵安裝框相連，永磁鐵位于電磁鐵鐵芯與磁鐵安裝框中間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁永磁雙激勵(lì)爬壁機(jī)器人吸附機(jī)構(gòu)，其特征是，所述的磁 鐵安裝框和軛鐵為硅鋼制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁永磁雙激勵(lì)爬壁機(jī)器人吸附機(jī)構(gòu)，其特征是，所述的電 磁鐵鐵芯為軟磁材料制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁永磁雙激勵(lì)爬壁機(jī)器人吸附機(jī)構(gòu)，其特征是，所述的磁 鐵安裝框中間為永磁鐵和電磁鐵的安全空間，磁鐵安裝框上分別設(shè)有永磁鐵安裝孔和電磁 鐵安裝孔；所述的永磁體安裝于磁鐵安裝框上的永磁鐵安裝孔中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的電磁永磁雙激勵(lì)爬壁機(jī)器人吸附機(jī)構(gòu)，其特征是，所述的 電磁鐵鐵芯為圓柱形，高15mm，該電磁鐵鐵芯的兩端與磁鐵安裝框之間為緊配合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電磁永磁雙激勵(lì)爬壁機(jī)器人吸附機(jī)構(gòu)，其特征是，所述的 磁鐵安裝框?yàn)榫匦谓Y(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁永磁雙激勵(lì)爬壁機(jī)器人吸附機(jī)構(gòu)，其特征是，所述的永 磁鐵為釹鐵硼材料制成，牌號(hào)為NdFe N45SH。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電磁永磁雙激勵(lì)爬壁機(jī)器人吸附機(jī)構(gòu)，其特征是，所述的 磁鐵安裝框上設(shè)有走線槽，走線槽位于磁鐵安裝框的頂部邊沿。
全文摘要
一種機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域的電磁永磁雙激勵(lì)爬壁機(jī)器人吸附機(jī)構(gòu)，由若干個(gè)并列設(shè)置于軛鐵內(nèi)的吸附單元組成，每一個(gè)吸附單元包括磁鐵安裝框、電磁鐵鐵芯、永磁鐵和電磁鐵線圈，電磁鐵鐵芯和電磁鐵線圈設(shè)置于磁鐵安裝框的內(nèi)部，永磁鐵與磁鐵安裝框相連，電磁鐵鐵芯位于永磁鐵和軛鐵的中間或永磁鐵位于電磁鐵鐵芯與軛鐵中間。本發(fā)明具有永磁和電磁吸附兩種方式，不通電時(shí)靠永磁鐵進(jìn)行吸附；通直流電產(chǎn)生的磁力與永磁鐵的磁力互相抵消，可以使吸附機(jī)構(gòu)更加容易地脫離；反向直流電產(chǎn)生的磁力與永磁鐵的磁力互相疊加，增強(qiáng)吸附效果。
文檔編號(hào)B62D57/024GK101941478SQ201010288769
公開日2011年1月12日 申請(qǐng)日期2010年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月21日
發(fā)明者付莊, 吳明暉, 趙言正, 陳善本, 高曉飛 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)