一种爬壁机器人的磁性轮装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种爬壁机器人的磁性轮装置，包括驱动机构、磁吸附机构和车轮组件，磁吸附机构包括磁铁固定座、轭铁和两个径向充磁且充磁方向相反的瓦状磁铁，轭铁为弧形结构，与瓦状磁铁的内壁相贴合，轭铁和瓦状磁铁置于磁铁固定座内；所述驱动机构固定在磁铁固定座上，包括电机；所述车轮组件包括车轮轮毂和轮胎皮，车轮轮毂由电机驱动，轮胎皮套装在车轮轮毂外侧。本实用新型专利技术将爬壁机器人的磁吸附机构、驱动机构和传动机构合理地集成在车轮组件中，实现了磁吸附式爬壁轮的集成化设计；磁吸附机构受到的指向壁面的吸附力分别由联轴器和轴承承担。

A magnetic wheel device of wall climbing robot

【技术实现步骤摘要】
一种爬壁机器人的磁性轮装置
本技术属于机器人
，特别涉及一种爬壁机器人的磁性轮装置。
技术介绍
爬壁机器人按照吸附方式分类，可分为磁吸式、负压式、仿生式、静电感应和螺旋桨推力等，其中磁吸式爬壁机器人的应用最为广泛。磁吸附是利用电磁铁或永磁铁产生的磁场与铁磁性壁面环境产生吸附力，主要可分为电磁铁和永磁铁两种吸附方式。电磁吸附利用电磁铁产生吸附力，可以通过电流调节吸附力的大小，但结构体积重量较大，系统断电时失去吸附力，存在一定安全隐患；永磁吸附机构采用永磁铁产生吸附力，吸附机构的结构体积和质量较小，且吸附力稳定，所以磁吸式爬壁机器人大都采用永磁铁的吸附方式。在利用永磁铁吸附的爬壁机器人中，如何使用同等重量的永磁铁，产生最大的磁力是研究者们必须考虑的问题。一般采用优化永磁吸附单元的方法来实现永磁材料性能的最大化。除此之外，许多研究者基于Halbach阵列基础上开展磁铁排列的设计。Halbach阵列是美国学者KlausHalbach在利用各种永磁铁结构产生的磁场做电子加速实验的时候，发现的一种特殊的永磁铁结构，并对其进行了逐步完善。它将径向与切向的永磁体按照一定的顺序交错排列，使得阵列的一侧磁场显著增强而另一侧则大幅减弱，从而获取单边强磁，帮助降低端边漏磁和提高气隙磁密，使用较少的磁体获得较大的磁力。永磁铁吸附的爬壁机器人一部分是利用机身上的永磁铁完成吸附，另一部分是车轮上的永磁铁吸附，其中车轮结构能够较好的集成吸附机构、传动机构和驱动机构，也就是集成化的磁吸附式爬壁轮装置。磁吸附式爬壁轮的主要研究难点在于车轮轮毂内部需要集成完整的吸附、传动和驱动的所有零部件，并且各个部件之间不能发生干涉。为了实现较为紧凑的磁吸附式爬壁轮结构，磁吸附机构上需要设计具有曲面结构的磁铁阵列，以适应车轮内壁的圆柱面结构，使得磁铁更紧贴壁面；传动和驱动机构的长度要求小于车轮总体宽度，且电机与编码器要与磁铁保持一定距离，以免强磁场影响了电子元件的正常工作。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种爬壁机器人的磁性轮装置，用于实现爬壁机器人在铁磁性壁面上的吸附。为此，本技术的技术方案是：一种爬壁机器人的磁性轮装置，其特征在于：包括驱动机构、磁吸附机构和车轮组件，磁吸附机构包括磁铁固定座、轭铁和两个径向充磁且充磁方向相反的瓦状磁铁，轭铁为弧形结构，与瓦状磁铁的内壁相贴合，轭铁和瓦状磁铁置于磁铁固定座内；所述驱动机构固定在磁铁固定座上，包括电机；所述车轮组件包括车轮轮毂和轮胎皮，车轮轮毂由电机驱动，轮胎皮套装在车轮轮毂外侧。优选地，所述磁铁固定座上安装有轴承，轴承与车轮组件的内壁相接触。优选地，所述两个瓦状磁铁拼合后成扇形结构，轭铁贴合在内壁，磁铁固定座中间设有扇形的安装位，瓦状磁铁与轭铁拼合后放置在该安装位上。优选地，所述驱动机构还包括电机固定座、减速器和联轴器，电机固定座固定在磁铁固定座上，电机安装在电机固定座上；所述减速器的输入端与电机轴相连接，减速器的输出端与联轴器相连接。本技术采用钢轭铁来增加磁铁固定座下方的磁场强度，在磁铁固定座上方起到磁屏蔽的作用，不会对电机编码器产生影响；两块径向充磁的钕铁硼磁瓦充磁方向相反，与钢轭铁、铁磁性壁面构成闭合磁回路，提高了磁吸附式车轮的吸附力。本技术将爬壁机器人的磁吸附机构、驱动机构和传动机构合理地集成在车轮组件中，实现了磁吸附式爬壁轮的集成化设计；利用瓦状磁铁的扇形外壁面紧贴车轮轮毂内壁面，减少磁隙从而提高了吸附力，且磁性轮转动过程中，磁吸附机构不跟随车轮转动，扇形的磁铁始终保持在紧贴壁面位置，相比于圆环形的整圈磁铁，用较少的磁铁提供了相同的吸附力；相较于机身上的吸附装置，由于车轮始终与壁面接触，进而能够保证磁隙的大小恒定，提供了更加稳定的吸附力。本技术具有较高的结构强度，在磁铁固定座上设置轴承来与车轮轮毂内壁接触，起到支撑磁铁固定座的作用，该支撑与联轴器在车轮轮毂处的连接构成简支梁结构，减少了磁吸附作用力在电机输出轴处的应力集中。磁吸附机构受到的指向壁面的吸附力分别由联轴器和轴承承担。而常规爬壁机器人的吸附力都是直接作用在悬臂梁结构的电机输出轴上，本技术将其改进为简支梁的支撑结构，减少了电机输出轴处的应力集中，从而减小了车轮整体的变形程度。附图说明以下结合附图和本技术的实施方式来作进一步详细说明图1为本技术的结构示意图；图2为本技术的零件爆炸图；图3为本技术的结构侧视图。图中标记为：电机固定座1、磁铁固定座2、钕铁硼磁瓦3、45号钢轭铁4、直流电机5、减速器6、沉头螺钉7、法兰联轴器8、圆柱头螺钉9、车轮轮毂10、橡胶轮胎皮11、尼龙轴承12、挡圈13、轴承安装座14。具体实施方式参见附图。本实施例所述的磁性轮装置，用于爬壁机器人上，包括驱动机构、磁吸附机构和车轮组件，驱动机构包括电机固定座1、直流电机5、减速器6和法兰联轴器8；减速器6安装在直流电机5和电机固定座1之间，通过沉头螺钉7与电机固定座1连接，减速器6的输入端与直流电机5的输出轴连接，减速器6的输出端为D型轴，配合法兰联轴器8中互成90度的两个顶丝进行紧固。所述车轮组件包括车轮轮毂10和橡胶轮胎皮11，橡胶轮胎皮11通过胶粘固定在车轮轮毂10外侧，能够提供更大的摩擦力。法兰联轴器8与车轮轮毂10固定的四个紧固螺丝孔为螺纹孔，装配过程中，可以把其余部件安装好后再进行车轮装配。磁吸附机构包括磁铁固定座2、45号钢轭铁4和两个径向充磁的钕铁硼磁瓦3，45号钢轭铁4为弧形结构，与钕铁硼磁瓦3拼合后的内壁相贴合，45号钢轭铁4与两块径向充磁的钕铁硼磁瓦3安装于磁铁固定座2中；磁铁阵列采用45号钢轭铁能够增加磁铁固定座下方的磁场强度，在磁铁固定座2上方起到磁屏蔽的作用，不会对电机编码器产生影响；每个车轮中的两块径向充磁的钕铁硼磁瓦充磁方向相反，两块钕铁硼磁瓦3、45号钢轭铁4与铁磁性壁面构成闭合磁回路，提高了磁吸附式车轮的吸附力。所述电机固定座1与磁铁固定座2固定连接，磁铁固定座2上还固定有三个轴承安装座14，轴承安装座上安装有尼龙轴承12，并通过挡圈13固定和限位；尼龙轴承12与车轮轮毂10内壁接触，起到支撑磁铁固定座2的作用，该支撑与法兰联轴器8在车轮轮毂10处的连接构成简支梁结构，减少了磁吸附作用力在电机输出轴处的应力集中；车轮转动过程中，磁铁固定座2不跟随运动，而是相对于机器人机身静止，能够用小块扇形磁铁提供与整块圆环形磁铁相同的吸附力。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种爬壁机器人的磁性轮装置，其特征在于：包括驱动机构、磁吸附机构和车轮组件，磁吸附机构包括磁铁固定座、轭铁和两个径向充磁且充磁方向相反的瓦状磁铁，轭铁为弧形结构，与瓦状磁铁的内壁相贴合，轭铁和瓦状磁铁置于磁铁固定座内；所述驱动机构固定在磁铁固定座上，包括电机；所述车轮组件包括车轮轮毂和轮胎皮，车轮轮毂由电机驱动，轮胎皮套装在车轮轮毂外侧。/n

【技术特征摘要】
1.一种爬壁机器人的磁性轮装置，其特征在于：包括驱动机构、磁吸附机构和车轮组件，磁吸附机构包括磁铁固定座、轭铁和两个径向充磁且充磁方向相反的瓦状磁铁，轭铁为弧形结构，与瓦状磁铁的内壁相贴合，轭铁和瓦状磁铁置于磁铁固定座内；所述驱动机构固定在磁铁固定座上，包括电机；所述车轮组件包括车轮轮毂和轮胎皮，车轮轮毂由电机驱动，轮胎皮套装在车轮轮毂外侧。


2.如权利要求1所述的一种爬壁机器人的磁性轮装置，其特征在于：所述磁铁固定座上安装有轴承，轴承与车轮组...

【专利技术属性】
技术研发人员：何明达，郭为忠，张少泓，来志敏，刘洋洋，张子辰，王文聪，
申请(专利权)人：核星核电科技海盐有限公司，上海交通大学，
类型：新型
国别省市：浙江;33