一種用于爬壁機(jī)器人的行動(dòng)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種用于爬壁機(jī)器人的行動(dòng)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]高空大型設(shè)備，如壓力容器、港口物流設(shè)備等，需要進(jìn)行外表面的噴涂檢測(cè)等相關(guān)作業(yè)，爬壁機(jī)器人的需求也應(yīng)運(yùn)而生，因而為了滿足機(jī)器人在貼壁行進(jìn)時(shí)能進(jìn)行避障，車架就要有相應(yīng)的懸掛結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)爬壁機(jī)器人在遇到壁面的曲面變化以及特定的突起時(shí)仍能越過(guò)障礙繼續(xù)作業(yè)。
[0003]目前，爬壁機(jī)器人主要有磁輪式、磁履帶式和非接觸磁吸附輪式爬壁機(jī)器人，且其相應(yīng)的車架模塊采用的越障機(jī)構(gòu)主要取決于車架自身的柔性，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為復(fù)雜。
[0004]并且現(xiàn)有技術(shù)對(duì)爬壁機(jī)器人的磁吸附結(jié)構(gòu)也沒(méi)有優(yōu)化，公開(kāi)號(hào)為CN102673673A，發(fā)明名稱為“一種用于磁吸附爬壁機(jī)器人的新型萬(wàn)向滾動(dòng)磁輪裝置”的中國(guó)專利，以及公開(kāi)號(hào)為CN102897242A，發(fā)明名稱為“懸浮式磁吸附輪”的中國(guó)專利，也采用了磁吸附方式作為爬壁機(jī)器人的輪子，但以上專利均采用整塊的環(huán)形磁塊，只是進(jìn)行了單一的軸向或徑向充磁，未對(duì)磁輪內(nèi)部的吸附單元進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到增大磁吸附力的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決現(xiàn)有技術(shù)中爬壁機(jī)器人行動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、磁吸附力弱的問(wèn)題，提供一種用于爬壁機(jī)器人的行動(dòng)裝置，這種裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)合理、磁吸附力強(qiáng)、制造方便、成本低。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種用于爬壁機(jī)器人的行動(dòng)裝置，包括機(jī)架，在機(jī)架上安裝有兩組磁吸附輪，每組磁吸附輪分為主動(dòng)輪和從動(dòng)輪，主動(dòng)輪與從動(dòng)輪通過(guò)同步帶連接，主動(dòng)輪與驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接；磁吸附輪的轉(zhuǎn)軸安裝在抱轂上，抱轂上固定有帶帽彈簧軸，帶帽彈簧軸穿過(guò)機(jī)架的豎向通孔，帶帽彈簧軸頂部設(shè)有擋帽，在帶帽彈簧軸外側(cè)、機(jī)架的兩側(cè)安裝有彈簧。
[0007]上述的一種用于爬壁機(jī)器人的行動(dòng)裝置，彈簧軸穿過(guò)減震梁板的豎向通孔，減震梁板與機(jī)架螺紋連接。
[0008]上述的一種用于爬壁機(jī)器人的行動(dòng)裝置，在減震梁板上開(kāi)設(shè)有兩個(gè)豎向通孔，與抱轂固定安裝的帶帽彈簧軸為兩支，兩支帶帽彈簧軸分別穿過(guò)減震梁板上的兩個(gè)豎向通孔。
[0009]上述的一種用于爬壁機(jī)器人的行動(dòng)裝置，磁吸附輪的外夾板與轉(zhuǎn)軸螺紋連接，轉(zhuǎn)軸為空心鍵軸，同步帶輪與轉(zhuǎn)軸通過(guò)鍵與鍵槽結(jié)構(gòu)連接，內(nèi)夾板通過(guò)螺栓與外夾板連接，陣列磁環(huán)內(nèi)周面安裝有環(huán)形導(dǎo)磁軛鐵，陣列磁環(huán)的外周面安裝有橡膠墊圈，環(huán)形軛鐵固定于外夾板與內(nèi)夾板的凹槽內(nèi)；在轉(zhuǎn)軸外固定有陣列磁環(huán)，陣列磁環(huán)包括若干組磁陣列單元，每組磁陣列單元依次包括N極向心到S極的徑向磁塊、N極到S極的順時(shí)針環(huán)向磁塊、N極外向心到S極的徑向磁塊，N板到S極的逆時(shí)針環(huán)向磁塊。
[0010]上述的一種用于爬壁機(jī)器人的行動(dòng)裝置，陣列磁環(huán)包括四組磁陣列單元。
[0011]上述的一種用于爬壁機(jī)器人的行動(dòng)裝置，相鄰的徑向磁塊和環(huán)向磁塊，環(huán)向角度比為 0.4-0.8。
[0012]爬壁機(jī)器人通過(guò)四個(gè)磁輪吸附在壁面上，吸輪的減震梁彈性自適應(yīng)結(jié)構(gòu)使得機(jī)器人與壁面緊密貼合。每個(gè)主動(dòng)輪由電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，依靠同步帶帶動(dòng)后輪轉(zhuǎn)動(dòng)，可依靠?jī)蓚?cè)輪子的差速實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎。同步帶輪分別與前后輪的轉(zhuǎn)軸相連，通過(guò)同步帶使主動(dòng)輪和從動(dòng)輪的運(yùn)轉(zhuǎn)方式相同，保證了爬壁機(jī)器人在行進(jìn)時(shí)有著合理的摩擦力分布，大大提高了吸附的可靠性與安全性。
[0013]在遇到曲面環(huán)境或者局部突起時(shí)，由于車架懸掛機(jī)構(gòu)允許有一定減震適應(yīng)活動(dòng)范圍，從而保證車輪四點(diǎn)接觸、同時(shí)安全行進(jìn)。
[0014]在同一支帶帽彈簧軸上、在機(jī)架通孔的兩側(cè)安裝彈簧，使得爬壁機(jī)器人能適應(yīng)導(dǎo)磁面在機(jī)器人下方，和導(dǎo)磁面在機(jī)器人上方兩種正爬和懸爬的方式，延長(zhǎng)彈簧的使用壽命，使爬壁機(jī)器人適應(yīng)更多工況的壁面攀爬條件。
[0015]環(huán)形Halbach的排列方式變化多樣，人們常把一個(gè)徑向的N極永磁單元和一個(gè)環(huán)向的S極永磁單元形成的磁極稱為一個(gè)極對(duì)。多極的Halbach環(huán)形陣列極對(duì)數(shù)有偶數(shù)和奇數(shù)兩類，奇數(shù)極對(duì)數(shù)Halbach圓形陣列為對(duì)內(nèi)加強(qiáng)型，偶數(shù)極對(duì)數(shù)Halbach陣列為對(duì)外加強(qiáng)型。根據(jù)爬壁機(jī)器人需要用到外加強(qiáng)型把爬壁機(jī)器人吸附在導(dǎo)磁體，通常吸附在鐵罐體上用于檢測(cè)鐵罐體的性能使用，故以4，6，8，12，16偶數(shù)極對(duì)數(shù)，進(jìn)行仿真分析。
[0016]附圖7中X為磁輪旋轉(zhuǎn)角度，單位為° 4為吸附力，單位為N。由附圖7可知從有限元的模擬計(jì)算中可以得出極對(duì)數(shù)越多，吸附力越趨于平穩(wěn)，極對(duì)數(shù)較少的磁輪吸附力大小峰值波動(dòng)越大。采用8極對(duì)數(shù)磁輪吸附力波動(dòng)控制在5%以內(nèi)，而且磁吸附力也較高。
[0017]針對(duì)8個(gè)極對(duì)數(shù)組成的磁環(huán)，相鄰縱向永磁單元和橫向永磁單元的體積配比對(duì)吸附力也有不同的影響。為直觀的反應(yīng)兩者的大小引入系數(shù)環(huán)向角度比k，
k=n/(n+m)
上式中:/?為徑向永磁單元角度；》為環(huán)向永磁單元角度。
[0018]附圖8中Xl為k值；Y為吸附力，單位為N。由附圖8可知對(duì)有限元的仿真中，可見(jiàn)吸附力在k=0.6左右，磁輪吸附力將達(dá)到峰值。而k在0.4-0.8的區(qū)間內(nèi)，吸附力也是令人滿意的。
[0019]本發(fā)明優(yōu)化了永磁吸附輪中永磁吸附單元結(jié)構(gòu)，通過(guò)優(yōu)化排列永磁吸附單元充磁角度，使得磁環(huán)的外圈吸附力增強(qiáng)，內(nèi)圈吸附力幾乎為零。提高了永磁單元的單位磁效能，達(dá)到了同體積未優(yōu)化時(shí)近2倍的吸附力。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為本發(fā)明車架整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2為本發(fā)明減震懸掛結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖3是爬壁機(jī)器人磁吸附輪整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖4是爬壁機(jī)器人磁吸附輪軸向剖視圖。
[0024]圖5是爬壁機(jī)器人磁吸附輪徑向剖視圖。
[0025]圖6是Habalch陣列中永磁單元的磁化方向。
[0026]圖7是磁吸附力與極數(shù)的有限元模擬圖。
[0027]圖8是不同環(huán)向角度比與磁吸附力的有限元模擬圖。
[0028]圖中標(biāo)記為內(nèi)夾板，2橡膠墊圈，3連接外夾板與轉(zhuǎn)軸的螺釘，4環(huán)形軛鐵，5轉(zhuǎn)軸，51轉(zhuǎn)軸上的鍵槽，6連接內(nèi)夾板與外夾板的螺釘，7外夾板，8環(huán)形陣列磁環(huán)，81為N極向心到S極的徑向磁塊、82為N極到S極的順時(shí)針環(huán)向磁塊、83為N極外向心到S極的徑向磁塊，84為N板到S極的逆時(shí)針環(huán)向磁塊，9機(jī)架，91步進(jìn)電機(jī)，92抱轂，93主動(dòng)磁吸附輪，94同步帶，95從動(dòng)磁吸附輪，96同步帶輪，97帶帽彈簧軸，98彈簧，99帶帽彈簧軸頂部的擋帽，100減震梁板。
【具體實(shí)施方式】
[0029]實(shí)施例一
參照附圖，一種用于爬壁機(jī)器人的行動(dòng)裝置，包括機(jī)架9，在機(jī)架上安裝有兩組磁吸附輪，每組磁吸附輪分為主動(dòng)輪93和從動(dòng)輪95，主動(dòng)輪與從動(dòng)輪通過(guò)同步帶94連接，主動(dòng)輪與驅(qū)動(dòng)電機(jī)91連接；磁吸附輪的轉(zhuǎn)軸安裝在抱轂92上，抱轂上固定有兩支帶帽彈簧軸97，帶帽彈簧軸穿過(guò)減震梁板100的兩個(gè)豎向通孔，減震梁板與機(jī)架螺紋連接，帶帽彈簧軸頂部設(shè)有擋帽99，在帶帽彈簧軸外側(cè)、機(jī)架的兩側(cè)安裝有彈簧，擋帽外徑大于帶帽彈簧軸用于阻擋彈簧。
[0030]磁吸附輪轉(zhuǎn)軸為空心鍵軸，同步帶輪與轉(zhuǎn)軸通過(guò)鍵與鍵槽結(jié)構(gòu)連接，外夾板7與轉(zhuǎn)軸5通過(guò)螺釘3連接，內(nèi)夾板I通過(guò)螺釘6與外夾板連接，陣列磁環(huán)8內(nèi)周面安裝有環(huán)形導(dǎo)磁軛鐵4，陣列磁環(huán)的外周面安裝有橡膠墊圈2，環(huán)形軛鐵固定于外夾板與內(nèi)夾板的凹槽內(nèi)。
[0031]陣列磁環(huán)包括四組磁陣列單元，每組磁陣列單元依次包括N極向心到S極的徑向磁塊81、N極到S極的順時(shí)針環(huán)向磁塊82、N極外向心到S極的徑向磁塊83，N板到S極的逆時(shí)針環(huán)向磁塊84 ;其中相鄰的徑向磁塊和環(huán)向磁塊，環(huán)向角度比為0.6。
[0032]將爬壁機(jī)器人放在需要檢測(cè)的導(dǎo)磁鐵壁面上，通常罐體為鐵制導(dǎo)磁材料制作，爬壁機(jī)器人的磁吸附輪將爬壁機(jī)器人吸附在罐體上，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，主動(dòng)磁輪通過(guò)同步帶使從動(dòng)磁輪亦開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)使爬壁機(jī)器人向前爬行或者轉(zhuǎn)彎，而碰到工作壁面的曲度發(fā)生變化、以及特定的突起時(shí)，由于采用了懸掛減震結(jié)構(gòu)，磁輪能相對(duì)爬壁機(jī)器人的機(jī)架相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使得爬壁機(jī)器人仍能越過(guò)障礙繼續(xù)作業(yè)。
[0033]這種爬壁機(jī)器人的行動(dòng)裝置，使得機(jī)器人能在大中型罐體復(fù)雜工況條件下爬行，從根本上消除了人工檢測(cè)的危險(xiǎn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于爬壁機(jī)器人的行動(dòng)裝置，包括機(jī)架，其特征在于在機(jī)架上安裝有兩組磁吸附輪，每組磁吸附輪分為主動(dòng)輪和從動(dòng)輪，主動(dòng)輪與從動(dòng)輪通過(guò)同步帶連接，主動(dòng)輪與驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接；磁吸附輪的轉(zhuǎn)軸安裝在抱轂上，抱轂上固定有彈簧軸，彈簧軸穿過(guò)機(jī)架的豎向通孔，彈簧軸頂部設(shè)有擋片，在彈簧軸外側(cè)、機(jī)架的兩側(cè)安裝有彈簧。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用于爬壁機(jī)器人的行動(dòng)裝置，其特征在于彈簧軸穿過(guò)減震梁板的豎向通孔，減震梁板與機(jī)架螺紋連接。
3.如權(quán)利要求2所述的一種用于爬壁機(jī)器人的行動(dòng)裝置，其特征在于在減震梁板上開(kāi)設(shè)有兩個(gè)豎向通孔，與抱轂固定安裝的彈簧軸為兩支，兩支彈簧軸分別穿過(guò)減震梁板上的兩個(gè)豎向通孔。
4.如權(quán)利要求1所述的一種用于爬壁機(jī)器人的行動(dòng)裝置，其特征在于磁吸附輪的外夾板與轉(zhuǎn)軸螺紋連接，轉(zhuǎn)軸為空心鍵軸，同步帶輪與轉(zhuǎn)軸通過(guò)鍵與鍵槽結(jié)構(gòu)連接，內(nèi)夾板通過(guò)螺栓與外夾板連接，陣列磁環(huán)內(nèi)周面安裝有環(huán)形導(dǎo)磁軛鐵，陣列磁環(huán)的外周面安裝有橡膠墊圈，環(huán)形軛鐵固定于外夾板與內(nèi)夾板的凹槽內(nèi)；在轉(zhuǎn)軸外固定有陣列磁環(huán)，陣列磁環(huán)包括若干組磁陣列單元，每組磁陣列單元依次包括N極向心到S極的徑向磁塊、N極到S極的順時(shí)針環(huán)向磁塊、N極外向心到S極的徑向磁塊，N板到S極的逆時(shí)針環(huán)向磁塊。
5.如權(quán)利要求4所述的一種用于爬壁機(jī)器人的行動(dòng)裝置，其特征在于陣列磁環(huán)包括四組磁陣列單元。
6.如權(quán)利要求4所述的一種用于爬壁機(jī)器人的行動(dòng)裝置，其特征在于相鄰的徑向磁塊和環(huán)向磁塊，環(huán)向角度比為0.4-0.8。
【專利摘要】一種用于爬壁機(jī)器人的行動(dòng)裝置，包括機(jī)架，在機(jī)架上安裝有兩組磁吸附輪，每組磁吸附輪分為主動(dòng)輪和從動(dòng)輪，主動(dòng)輪與從動(dòng)輪通過(guò)同步帶連接，主動(dòng)輪與驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接；磁吸附輪的轉(zhuǎn)軸安裝在抱轂上，抱轂上固定有彈簧軸，彈簧軸穿過(guò)機(jī)架的豎向通孔，彈簧軸頂部設(shè)有擋片，在彈簧軸外側(cè)、機(jī)架的兩側(cè)安裝有彈簧。爬壁機(jī)器人通過(guò)四個(gè)磁輪吸附在壁面上，吸輪的減震梁彈性自適應(yīng)結(jié)構(gòu)使得機(jī)器人與壁面緊密貼合。每個(gè)主動(dòng)輪由電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，依靠同步帶帶動(dòng)后輪轉(zhuǎn)動(dòng)，可依靠?jī)蓚?cè)輪子的差速實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎。
【IPC分類】B62D57-024
【公開(kāi)號(hào)】CN104875807
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510173037
【發(fā)明人】潘柏松, 梁利華, 葉宇峰, 丁煒, 沈純陽(yáng), 魏靈航, 奚敏建
【申請(qǐng)人】浙江工業(yè)大學(xué), 浙江省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院
【公開(kāi)日】2015年9月2日
【申請(qǐng)日】2015年4月14日