專利名稱：一種用于水下爬行機的永磁吸附式履帶行走機構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種水下爬行機技術領域，特別涉及一種用于水下爬行機的永磁吸附式履帶行走機構。
背景技術：
水下爬行機可以廣泛應用于水下焊接、水下維修、水下清污等作業(yè)。永磁吸附式履帶行走機構可以使水下爬行機可靠地吸附于工件表面并平穩(wěn)行走。這種行走機構必須具有足夠大的磁吸附力和結構強度，以滿足爬行機的負載要求，并且便于裝配和更換。此外，這種行走機構必須具有耐蝕性，能夠長期在水中工作。已知現(xiàn)有的一種水下永磁吸附式履帶行走機構采用同步帶結構，將永磁吸附單元用螺栓固定于同步帶上。使用中發(fā)現(xiàn)，這種行走機構安裝很不方便，且柔性的同步帶與剛性的吸附單元之間難以實現(xiàn)可靠連接，行走和轉向時經(jīng)常出現(xiàn)螺栓彎曲，甚至磁塊脫落的故障。另一種履帶機構采用滾子鏈傳動，將磁吸附單元焊接在兩條滾子鏈之間，每隔若干個鏈節(jié)焊接一個吸附單元。這種機構的缺點是運動零件太多，性能不可靠，缺乏防銹性， 在水下長時間工作時一旦鏈條腐蝕，很容易斷裂。另外吸附單元的間距較大，不利于爬行機的穩(wěn)定行走。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種用于水下爬行機的永磁吸附式履帶行走機構，采用鏈條傳動，但不使用標準的滾子鏈，而是將磁吸附單元以銷軸連接，實現(xiàn)鏈條的功能，這樣運動零件數(shù)量大大減少，可以提高耐蝕性和可靠性。為了達到上述目的，本發(fā)明的技術方案為一種用于水下爬行機的永磁吸附式履帶行走機構，由永磁吸附單元通過連接銷兩兩連接組成，永磁吸附單元包括履帶殼體3，履帶殼體3中間設有隔板7，隔板7將履帶殼體 3分為左右兩個室，每個室內(nèi)安裝一塊保護板2和一個永磁體1，保護板2卡在履帶外殼體 3底部內(nèi)側的臺階上，兩個室內(nèi)的永磁體1磁極方向相反，永磁體1的上方設置有厄鐵4，履帶殼體的頂部安裝有起保護作用的蓋板5以及起導向作用的導向板6，蓋板5以及導向板6 分別固定在履帶殼體3和厄鐵4上，履帶殼體3的前后設有相互配合的連接孔8，銷軸9從連接孔8中穿過，永磁吸附單元的兩側設置有滾子10，滾子10和銷軸9之間通過螺栓固定， 構成連接銷。本發(fā)明的優(yōu)點為1、可長期在水下工作，不會因生銹而失效。磁塊表面鍍鎳，并且鋁合金殼體和A3 鋼厄鐵均采用發(fā)黑處理，所有螺栓均采用不銹鋼材質(zhì)，因此整個履帶都不會因生銹而損壞；2、與滾子鏈和磁塊焊接而成的履帶相比，本發(fā)明顯著減少了零件數(shù)量，特別是避免了滾子鏈上的細小零件，降低了出現(xiàn)故障的概率，在保證承載能力達到使用要求的前提下，簡化了機構，可防止由于卷入雜物而造成損壞；3、與同步帶方案相比，本發(fā)明的剛性履帶提高了承載能力和可靠性，避免了同步帶方案中磁塊安裝不可靠使得機器人轉向時磁塊容易脫落，以及相鄰磁塊之間相互吸引或排斥導致履帶變形的問題；4、本發(fā)明設計的履帶殼體具有優(yōu)化的幾何結構，在與前后銷軸連接的部位附近增加了加強筋，在保證相鄰鏈節(jié)所需的轉動角度的前提下，加強筋的形狀盡可能填滿剩余的空間，以獲得最高的承載能力，經(jīng)過有限元計算，優(yōu)化后的履帶殼體相比優(yōu)化之前承載能力提高了兩倍以上，從而在既不改變材料又不增加尺寸和重量的條件下大幅提高了履帶的強度；5、本發(fā)明的履帶安裝和拆卸方便，可自由增加或減少履帶鏈節(jié)數(shù)量，并且可以方便地更換損壞的鏈節(jié)；6、本發(fā)明相比以前的方案更有利于機器人轉向，滾子鏈在轉向時單薄的鏈板很容易在較大的橫向力作用下變形損壞，同步帶轉向時帶輪不能提供橫向力，需要設置導向槽， 橫向力過大時導向槽易變形，而對于本發(fā)明，機器人轉向時鏈輪的橫向力作用在寬大的履帶殼體上，即使吸附力很大也不至于損壞受力零件；7、吸附能力強，通過串聯(lián)磁路增加了磁場強度，并且通過實驗優(yōu)化了吸附單元內(nèi)部的磁塊、厄鐵和隔板的幾何尺寸，以使吸附力達到最大值，滿足了機器人的負載需要；8、相鄰履帶鏈節(jié)的間距較以前的方案更小，鏈節(jié)排列更緊密，因此機器人行走更平穩(wěn)，有利于實施焊接等作業(yè)。


圖1是本發(fā)明的履帶板裝配體，其中，圖Ia是主視圖的剖視圖、圖Ib是左視圖的剖視圖、圖Ic是頂視圖、圖Id是軸測圖。圖2是本發(fā)明的相鄰履帶板連接結構圖，其中，圖加是主視圖、圖2b是左視圖、圖 2c是俯視圖、圖2d是軸測圖。圖3是本發(fā)明的履帶整體裝配圖，其中，圖3a是主視圖、圖北是左視圖、圖3c是俯視圖。圖4是本發(fā)明的履帶在機器人爬行機上的裝配圖，其中，圖如是主視圖、圖4b是左視圖、圖4c是俯視圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明的結構原理和工作原理作詳細敘述。參見圖1、圖2、圖3，一種用于水下爬行機的永磁吸附式履帶行走機構，由永磁吸附單元通過連接銷兩兩連接組成，永磁吸附單元包括履帶殼體3、履帶殼體3是永磁吸附單元的外殼，起保護和隔磁功能，該外殼由鋁合金制造，能夠將磁力線約束在吸附單元之內(nèi)， 使通過工件表面的磁力線更為集中，增大吸附力；履帶殼體3中間設有隔板7，一方面起到隔磁作用，使吸附單元內(nèi)形成串聯(lián)磁路，另一方面還可以起到增強殼體強度的功能。隔板7 將履帶殼體3分為左右兩個室，每個室內(nèi)安裝一塊保護板2和一個永磁體1，保護板2卡在履帶外殼體3底部內(nèi)側的臺階上，兩個室內(nèi)的永磁體1磁極方向相反，永磁體1的上方設置有軛鐵4，履帶殼體的頂部安裝有起保護作用的蓋板5以及起導向作用的導向板6，蓋板5 以及導向板6通過螺栓及墊片分別固定在履帶殼體3和厄鐵4上。履帶離開工件時臺階將保護板2和永磁體1托起。永磁體1為釹鐵硼永磁體，表面鍍鎳，以防止氧化腐蝕，保護板 2由A3鋼制造，可以起到導磁和保護永磁體1的作用，防止永磁體1直接與工件接觸，以免永磁體1打碎或表面鍍層損壞。履帶殼體3的前后設有相互配合的連接孔8，銷軸9從連接孔8中穿過，永磁吸附單元的兩側設置有滾子10，滾子10和銷軸9之間通過螺栓固定。銷軸和兩端的滾子組成連接銷，相鄰兩個永磁吸附單元之間通過連接銷互相連接，起連接和傳動作用，將各永磁吸附單元串聯(lián)起來形成履帶。履帶殼體3是履帶的主要受力零件之一， 為增強其強度，將其前后連接孔周圍的空間充分利用，設計了結構優(yōu)化的加強筋，有效增強了履帶的抗拉強度。經(jīng)過有限元計算，履帶的抗拉強度可以達到700N以上。銷軸9直徑 6mm，經(jīng)過計算，可以滿足負載要求。銷軸和滾子都用40Cr材料。滾子和銷軸之間通過螺栓固定。滾子10的直徑、長度以及相鄰滾子的間距按照國標選擇16A型鏈條的尺寸設計。主動輪12包括內(nèi)外兩個鏈輪，分別嵌入履帶板兩側的相鄰滾子的空隙內(nèi)，相當于履帶內(nèi)外各有一條滾子鏈。參見圖4，本發(fā)明的工作原理為機器人兩側各有一條履帶，每條履帶由一個伺服電機驅動的主動輪12帶動，從動輪11與主動輪12半徑相同。從動輪11與主動輪12中間設有張緊輪13，張緊輪13在張緊彈簧16的作用下從內(nèi)側向外張緊履帶。在履帶內(nèi)側的底部設有導向槽15，起到輔助導向的作用，使履帶運轉時便于與鏈輪相嚙合。當機器人靜止時，位于機器人底部的各個履帶鏈節(jié)與鋼板接觸，每個鏈節(jié)分別與鋼板之間形成閉合磁路，每個鏈節(jié)內(nèi)部的兩個磁塊串聯(lián)，形成較強的磁場，將機器人牢固地吸附于工件上。當兩側的電機以相同轉速前進時，兩側履帶同步運轉。隨著機器人的前進，與鋼板相吸的吸附單元中的最后一塊將被主動輪12卷起，同時機器人前部的一塊吸附單元將吸附在鋼板上。在此過程中，其它各吸附單元均與鋼板保持靜止，從而使機器人在前進的同時保持穩(wěn)定吸附。當兩側電機以不同轉速運轉時，機器人轉向。由于主動輪12轉速不同，使得機器人本體17朝向轉速較慢的一側偏移，而這時履帶仍吸附于鋼板上而保持靜止。因此機器人本體17將對履帶產(chǎn)生橫向作用力，迫使履帶在鋼板上橫向滑動。這個作用力通過機器人本體17，經(jīng)從動輪11傳遞給履帶殼體3。履帶在橫向力作用下克服鋼板的摩擦力發(fā)生橫向滑動，從而使機器人整體轉向。當需要從鋼板上卸下機器人時，可將一帶有坡面的非金屬板鋪于機器人前方的鋼板上，并使機器人駛上此板，從而消除吸附力，然后即可取下機器人。其中1、磁塊，2、保護板，3、履帶殼體，4、厄鐵，5、蓋板，6、導向板，7、隔板，8、連接孔，9、銷軸，10、滾子，11、從動輪，12、主動輪，13、張緊輪，14、履帶裝配體，15、導向槽，16、張緊彈簧，17、機器人本體。
權利要求
1. 一種用于水下爬行機的永磁吸附式履帶行走機構，其特征在于，由永磁吸附單元通過連接銷兩兩連接組成，永磁吸附單元包括履帶殼體(3)，履帶殼體C3)中間設有隔板(7)， 隔板(7)將履帶殼體C3)分為左右兩個室，每個室內(nèi)安裝一塊保護板( 和一個永磁體 (1)，保護板( 卡在履帶外殼體C3)底部內(nèi)側的臺階上，兩個室內(nèi)的永磁體(1)磁極方向相反，永磁體(1)的上方設置有厄鐵G)，履帶殼體的頂部安裝有起保護作用的蓋板(5)以及起導向作用的導向板(6)，蓋板(5)以及導向板(6)分別固定在履帶殼體(3)和厄鐵⑷ 上，履帶殼體C3)的前后設有相互配合的連接孔(8)，銷軸(9)從連接孔(8)中穿過，永磁吸附單元的兩側設置有滾子(10)，滾子(10)和銷軸(9)之間通過螺栓固定，構成連接銷。
全文摘要
一種用于水下爬行機的永磁吸附式履帶行走機構，由永磁吸附單元通過連接銷連接組成，永磁吸附單元的履帶殼體中間設有隔板，隔板將履帶殼體分為左右兩個室，每個室內(nèi)安裝一塊保護板和一個永磁體，保護板卡在履帶外殼體內(nèi)側，永磁體的上方設置有厄鐵，履帶殼體的頂部安裝有起保護作用的蓋板以及起導向作用的導向板，蓋板與導向板分別固定在履帶殼體和厄鐵上，履帶殼體的前后設有相互配合的連接孔，銷軸從連接孔中穿過，永磁吸附單元的兩側設置有滾子，滾子和銷軸之間通過螺栓固定，構成連接銷；本發(fā)明通過優(yōu)化水下爬行機履帶內(nèi)部結構增強了吸附力，并且通過有限元計算和結構優(yōu)化設計提高了承載能力。經(jīng)過測試，滿足了水下焊接機器人的使用要求。
文檔編號B63H19/08GK102431635SQ20111032836
公開日2012年5月2日 申請日期2011年10月25日 優(yōu)先權日2011年10月25日
發(fā)明者張伯奇, 潘際鑾 申請人:清華大學