一種用于爬壁機(jī)器人的磁吸附輪的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種爬壁機(jī)器人的磁吸附輪。
【背景技術(shù)】
[0002]爬壁機(jī)器人作為特種機(jī)器人的一種，用來代替人工無法在惡劣，危險(xiǎn)，極端條件下的作業(yè)。在磁基壁面上進(jìn)行特種作業(yè)，如檢測、打磨、拋光、焊接等，具有高效，安全等特點(diǎn)，已得到了越來越多的關(guān)注。而如何使爬壁機(jī)器人牢固地吸附在導(dǎo)磁基面上，一直是人們需要解決的一個(gè)問題。
[0003]Halbach磁陳列的目的是用最少量的永磁體產(chǎn)生最強(qiáng)的磁場。而Halbach磁環(huán)是將磁鐵徑向式與平行式排列結(jié)合在一起，使得磁環(huán)一邊磁場強(qiáng)度得到增強(qiáng)，而另一邊磁場強(qiáng)度則減弱，最終形成單邊磁場。
[0004]Halbach磁環(huán)目前應(yīng)用最多的領(lǐng)域是作為電機(jī)轉(zhuǎn)子的固定磁場使用。
[0005]公開號(hào)為CN102673673A，發(fā)明名稱為“一種用于磁吸附爬壁機(jī)器人的新型萬向滾動(dòng)磁輪裝置”的中國專利，以及公開號(hào)為CN102897242A，發(fā)明名稱為“懸浮式磁吸附輪”的中國專利，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】

[0006]為解決現(xiàn)有技術(shù)中爬壁機(jī)器人使用的磁輪結(jié)構(gòu)簡單、磁吸附力不強(qiáng)的缺點(diǎn)，提供一種用于爬壁機(jī)器人的磁吸附輪，這種磁吸附輪簡單合理，磁吸附力強(qiáng)。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案:
[0008]一種用于爬壁機(jī)器人的磁吸附輪，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。
[0009]上述的一種用于爬壁機(jī)器人的磁吸附輪，外夾板與轉(zhuǎn)軸螺紋連接，內(nèi)夾板通過螺栓與外夾板連接，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)。
[0010]上述的一種用于爬壁機(jī)器人的磁吸附輪，轉(zhuǎn)軸為空心鍵軸。
[0011]上述的一種用于爬壁機(jī)器人的磁吸附輪，陣列磁環(huán)包括四組磁陣列單元。
[0012]上述的一種用于爬壁機(jī)器人的磁吸附輪，相鄰的徑向磁塊和環(huán)向磁塊，環(huán)向角度比為 0.4-0.8。
[0013]爬壁機(jī)器人驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸與磁吸附輪通過鍵和鍵槽的形式傳遞扭矩，轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)夾板轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)磁吸附輪轉(zhuǎn)動(dòng)。磁吸附輪通過內(nèi)部的永磁單元Halbach陣列原理進(jìn)行排列，而通過本實(shí)用新型這種排列，可以最大地增強(qiáng)磁吸附力。
[0014]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。
[0015]附圖5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5可知有限元的模擬計(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。
[0016]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，
[0017]k=n/ (n+m)
[0018]上式中:/?為徑向永磁單元角度；》為環(huán)向永磁單元角度。
[0019]附圖6中Xl為k值；Y為吸附力，單位為N。由附圖6可知對(duì)有限元的仿真中，可見吸附力在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。
[0020]本實(shí)用新型優(yōu)化了永磁吸附輪中永磁吸附單元結(jié)構(gòu)，排列了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。同時(shí)提高了永磁單元的單位磁效能，達(dá)到了同體積磁環(huán)近2倍的吸附力。
【附圖說明】
[0021]圖1是爬壁機(jī)器人磁吸附輪整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2是爬壁機(jī)器人磁吸附輪軸向剖視圖
[0023]圖3是爬壁機(jī)器人磁吸附輪徑向剖視圖。
[0024]圖4是Habalch陣列中永磁單元的磁化方向。
[0025]圖5是磁吸附力與極數(shù)的有限元模擬圖。
[0026]圖6是不同環(huán)向角度比與磁吸附力的有限元模擬圖。
[0027]圖中標(biāo)記為:1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。
【具體實(shí)施方式】
[0028]實(shí)施例一
[0029]上述的一種用于爬壁機(jī)器人的磁吸附輪，轉(zhuǎn)軸5為空心軸，設(shè)有鍵槽51 ;外夾板7與轉(zhuǎn)軸5通過螺釘3連接，內(nèi)夾板I通過螺釘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)。
[0030]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。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于爬壁機(jī)器人的磁吸附輪，其特征在于在轉(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。2.如權(quán)利要求1所述的一種用于爬壁機(jī)器人的磁吸附輪，其特征在于外夾板與轉(zhuǎn)軸螺紋連接，內(nèi)夾板通過螺栓與外夾板連接，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)。3.如權(quán)利要求2所述的一種用于爬壁機(jī)器人的磁吸附輪，其特征在于轉(zhuǎn)軸為空心鍵軸。4.如權(quán)利要求1或2所述的一種用于爬壁機(jī)器人的磁吸附輪，其特征在于陣列磁環(huán)包括四組磁陣列單元。5.如權(quán)利要求1所述的一種用于爬壁機(jī)器人的磁吸附輪，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)器人的磁吸附輪，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。磁吸附輪通過內(nèi)部的永磁單元Halbach陣列原理進(jìn)行排列，而通過本實(shí)用新型這種排列，可以最大化地增強(qiáng)磁吸附力。
【IPC分類】B60B19/00, B62D57/024
【公開號(hào)】CN204701688
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520220679
【發(fā)明人】梁利華, 潘柏松, 葉宇峰, 唐晨, 沈純陽, 魏靈航, 奚敏建, 丁煒, 王偉華, 徐俊杰
【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
【公開日】2015年10月14日
【申請(qǐng)日】2015年4月14日