一种形变稳定的磁吸附式充气爬壁轮制造技术

本发明专利技术公开了一种形变稳定的磁吸附式充气爬壁轮，其包括驱动电机、减速器、主动轮、永磁铁、限位轮。其中，主动轮固定于传动轴上，所述传动轴与减速器均通过安装板固定，所述减速器之下，两主动轮之间设有永磁铁。所述的限位轮固定在主动轮内侧，随主动轮同步转动，起到限制轮胎最大形变量的作用。工作时，由于设定磁铁吸力大于轮胎弹力，所述的限位轮直接接触吸附壁面，从而使磁铁气隙和轮胎形变量保持不变。所述的磁吸附式充气爬壁轮能够适应不平整的吸附壁面，使轮胎形变量及摩擦力保持稳定，增加了爬壁作业的稳定性，同时延长了轮胎寿命，减少了爆胎现象的发生。

【技术实现步骤摘要】
一种形变稳定的磁吸附式充气爬壁轮
本专利技术涉及轮式磁吸附爬壁机器人
，特别涉及一种磁吸附式充气爬壁轮。
技术介绍
由于具有较强的导磁壁面吸附能力和灵活的壁面行走能力，轮式磁吸附爬壁机器人十分适用于船舶、海工平台、石化设备等大尺度结构物的表面维护作业。磁吸附式爬壁轮作为轮式磁吸附爬壁机器人的核心组件，其吸附力的稳定性直接决定着爬壁机器人的工作性能。现有磁吸附式爬壁轮的轮胎可分为充气轮和实心轮两种。其中，充气轮的重量轻，且能够提供较大的摩擦力，有利于提高爬壁机器人的负载能力，故被多数爬壁机器人所采用。在实际设计时，充气轮的轮胎弹力应与磁铁吸力达到平衡，以保证轮胎形变基本不变，从而产生一个稳定的磁铁气隙及对应的磁吸附力。在这个平衡区间内，当轮胎形变较小时，磁吸附力大于轮胎弹力，轮胎形变增大；当轮胎形变量较大时，磁吸附力小于轮胎弹力，轮胎形变减小。这使轮胎的形变维持在一个波动较小的设计区间，从而保证爬壁机器人的作业性能。然而，实际工作壁面通常不平整，具有缺陷凹坑或焊缝凸起，且充气轮的橡胶轮胎易发生非线性形变，这都容易使磁吸附式充气爬壁轮脱离预设的平衡区域。当壁面凹陷增大磁铁气隙时，充气轮的轮胎弹力大于磁吸附力，进一步减小轮胎变形而使磁铁气隙增大，导致磁吸附力不足。当壁面凸起减小磁铁气隙时，充气轮的轮胎弹力小于磁吸附力，进一步增大轮胎变形而使磁铁直接吸附在壁面上，导致磁铁磨损和爆胎。而且，当轮胎处于压扁状态下越障（如过焊缝）时，磁铁被垫高，磁吸附力瞬间减小，轮胎弹力瞬间远大于磁力，容易导致轮胎变形失稳而增大磁铁气隙，削弱爬壁机器人的吸附能力。这就要求磁吸附式充气轮在提供充足磁吸附力的同时保持轮胎形变稳定。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有磁吸附式充气爬壁轮的轮胎形变容易脱离平衡区域，磁铁吸附力不稳定的缺陷，设计一款形变稳定的磁吸附式充气爬壁轮。该磁吸附式充气爬壁轮在不平整的吸附壁面上也能保证吸附力充足和摩擦力稳定，从而适应船板、油罐外壁等复杂的工作壁面。本专利技术的技术方案为：本专利技术包括驱动电机、减速器、主动轮、限位轮和皮带。所述的主动轮固定于传动轴上，所述传动轴与减速器均通过安装板固定，所述减速器之下，两主动轮之间设有永磁铁。所述的主动轮内侧固定有限位轮，限位轮随主动轮同步转动。所述的皮带固定在限位轮与皮带轮外，使得所述的永磁铁、驱动电机和减速器均包裹在皮带内侧。所述的永磁铁吸力设置为恒大于最大轮胎弹力，从而使限位轮接触吸附壁面，保证磁铁气隙及轮胎形变量不变。进一步说，所述的主动轮为充气轮，其作业时的摩擦力只受轮胎与吸附壁面之间的支持力、接触面积和摩擦系数影响。故在同一吸附壁面上，轮胎形变稳定时，可认为主动轮摩擦力保持不变。进一步说，所述的永磁铁通过增减垫片的形式调节磁力大小，从而确保磁吸附力在各种工况下均大于轮胎弹力，且与此同时限位轮受力尽可能小。本专利技术的有益效果：本专利技术所述的磁吸附式充气爬壁轮设置有限位轮，从而约束了轮胎的最大形变。在机器人行走在凸起壁面上，磁力大于轮胎弹力时，轮胎形变量不变，从而防止磁铁与壁面接触产生磨损。同时，稳定的轮胎形变量有助于提高轮胎使用寿命。本专利技术所述的磁吸附式充气爬壁轮的永磁铁磁力可通过在磁铁及安装板间增减垫片进行调节。调节后，所述的磁吸附力应恒大于轮胎弹力，使得限位轮一直接触壁面，轮胎形变量为定值。在越障时，轮系被障碍物抬起导致磁吸附力减小，减小后的磁吸附力仍大于轮胎弹力，使得轮胎在越障完毕后自动回复到最大形变状态。机器人行走在凹陷壁面上时，磁吸附力减小但仍大于轮胎弹力，故轮胎形变量不变，从而保证摩擦力不变，防止机器人打滑。本专利技术所述的磁吸附式充气爬壁轮外设有皮带，可以减缓限位轮的磨损。同时皮带随着限位轮同步转动，可以自动清理吸附的铁屑，从而防止铁屑堆积阻碍机器人越障。附图说明图1是形变稳定的磁吸附式充气爬壁轮实例的整体结构图（有皮带）；图2是形变稳定的磁吸附式充气爬壁轮实例的整体结构图（无皮带）；图3是形变稳定的磁吸附式充气爬壁轮实例凹陷壁面工作示意图；图4是形变稳定的磁吸附式充气爬壁轮实例凸起壁面工作示意图；图中：1-皮带，2-主动轮，3-安装板，4-皮带轮安装轴，5-皮带轮，6-限位轮，7-永磁铁，8-减速机，9-驱动电机，10-连接法兰。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术技术方案如下：本专利技术包括了驱动电机、减速器、主动轮、限位轮、皮带轮、永磁铁，其中所述减速器固定于两块安装板之间。所述的主动轮为充气轮，安装在减速器输出轴上。所述的驱动电机输入轴通过联轴器与减速器相连接。所述的永磁铁安装在两块安装板上，位于减速机下方。所述的限位轮安装在主动轮内侧，随主动轮转动而转动，其外径决定了轮胎的最大形变值。所述的皮带轮通过皮带轮安装轴，固定于安装板上。所述的限位轮与皮带轮之间设有皮带，皮带随限位轮转动而转动，上述驱动电机、减速器和永磁铁均包裹在所述皮带内部。除永磁吸附装置外的结构均采用磁性不敏感材料制成。以下结合附图对本专利技术作进一步说明。如图1、2所示，所述的形变稳定的磁吸附式充气爬壁轮包括了驱动电机9、减速器8、主动轮2、限位轮6、皮带轮5、永磁铁7。其中，所述的减速器8固定于两块安装板3之间，所述的主动轮2安装在减速器8的输出轴上。上述方案中，优选地，所述的限位轮6安装在主动轮2内侧，随主动轮2转动而转动。所述的永磁铁7安装在两块安装板3上，位于减速机8正下方，其气隙可以增减调解永磁铁7与安装板3之间的垫片进行调节，从而使永磁铁7磁力恒大于轮胎弹力。进一步地，所述的皮带轮5通过皮带轮安装轴4固定于安装板3上。进一步地，所述的皮带1固定于皮带轮5及限位轮6外侧，所述的永磁铁7、驱动电机9和减速器8均包裹在皮带内侧。进一步地，所述的皮带1随限位轮6转动而转动。该结构可自动清除机器人作业过程中吸附在皮带上的铁锈。进一步地，所述的驱动电机9的输出轴与减速器8通过连接法兰10相连接。实际作业时，由于永磁铁7的吸附力大于主动轮2的弹力，限位轮6始终支撑于接触壁面上，从而使得主动轮2的形变稳定。则主动轮2与吸附壁面之间的接触面积稳定，吸附壁面对主动轮2的反作用力稳定，故而整个磁吸附式充气爬壁轮的摩擦力稳定。进一步地，所述的形变稳定的磁吸附式充气爬壁轮可以适应于吸附壁面不平整的复杂工况。如图3所示，当吸附壁面中有凹陷时，永磁铁7气隙增大，磁吸附力减小。此时由于磁吸附力仍大于轮胎弹力，限位轮6的支撑力变小，主动轮2的支撑力不变。故主动轮2形变保持稳定，磁吸附式充气爬壁轮整体摩擦力保持稳定，有效防止了由磁吸附力减小导致的打滑现象的发生。如图4所示，当吸附壁面中有突起时，永磁铁7气隙减小，磁吸附力增大。此时由于限位轮6为刚性材料，其支撑力增大，主动轮2的支撑力仍保持不变。故主动轮2形变保持稳定，轮胎内胎压保持稳定，有效防止了由于磁吸附力增大导致的爆胎现象的发生。同时，磁吸附式充气爬壁轮整体摩擦力保持稳定。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种形变稳定的磁吸附式充气爬壁轮，包括驱动电机、减速器、主动轮、限位轮和皮带，其特征在于：所述的主动轮固定于传动轴上，所述传动轴与减速器均通过安装板固定，所述减速器之下，两主动轮之间设有永磁铁；所述的主动轮内侧固定有限位轮，限位轮随主动轮同步转动；所述的皮带固定在限位轮与皮带轮外，使得所述的永磁铁、驱动电机和减速器均包裹在皮带内侧；所述的永磁铁吸力设置为恒大于最大轮胎弹力，从而使限位轮接触吸附壁面，保证磁铁气隙及轮胎形变量不变。

【技术特征摘要】
1.一种形变稳定的磁吸附式充气爬壁轮，包括驱动电机、减速器、主动轮、限位轮和皮带，其特征在于：所述的主动轮固定于传动轴上，所述传动轴与减速器均通过安装板固定，所述减速器之下，两主动轮之间设有永磁铁；所述的主动轮内侧固定有限位轮，限位轮随主动轮同步转动；所述的皮带固定在限位轮与皮带轮外，使得所述的永磁铁、驱动电机和减速器均包裹在皮带内侧；所述的永磁铁吸力设置为恒大于最大轮胎弹力，从而使限位轮接触吸附壁面，保证磁铁气隙及轮胎形...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋伟，杜镇韬，高振飞，朱世强，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33