一种磁铁摆动装置设计方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种磁铁摆动装置设计方法。该方法所设计的磁铁摆动装置基于机器人现有的驱动轮组，在不增加电机的情况下，使用轮组驱动电机作为动力来实现磁铁的摆动，在磁铁和驱动电机之间增加电磁离合器来控制动力的传输，以此来控制磁铁摆动的角度，当磁铁从一个面摆动到另一个面时，即可实现机器人的翻面，并且磁铁可根据需要在自由摆动和主动摆动之间进行自由切换，以使机器人能够适应不同曲率的需求变化。求变化。求变化。

【技术实现步骤摘要】
一种磁铁摆动装置设计方法


[0001]本申请涉及高空作业机器人的
，具体涉及一种磁铁摆动装置设计方法。

技术介绍

[0002]高空作业机器人基于轻量化设计，通常采用扇形磁铁。现有的磁吸附机器人上安装的磁铁均固定在机器人底部，只能与机器人一起移动，不能实现自主摆动。而且，现有的机器人底盘可以在大平面以及曲率比较小的面上运动，但是无法翻越角度小于一定数值的相邻面，如图1中所示的1、2、3处以及类似位置，即只能在平面或角度较小的面和面之间实现行走，大角度的面面转换行走基本无法实现。为了使机器人能够在曲率比较大的面上运动，并顺利翻越角度大于一定数值的相邻面，亟需对现有高空作业机器人中常用的磁铁摆动机构进行改进。

技术实现思路

[0003]为了解决上述技术问题，本申请提供了一种磁铁摆动装置设计方法。该方案基于机器人现有的驱动轮组，在不增加电机的情况下，使用轮组驱动电机作为动力来实现磁铁的摆动，在磁铁和驱动电机之间增加电磁离合器来控制动力的传输，以此来控制磁铁摆动的角度，当磁铁从一个面摆动到另一个面时，即可实现机器人的翻面，并且磁铁可根据需要在自由摆动和主动摆动之间进行自由切换，以使机器人能够适应不同曲率的需求变化。
[0004]本申请所采用的技术方案如下：
[0005]一种磁铁摆动装置设计方法，所述磁铁摆动装置包括磁铁、齿轮(1)、齿轮(2)、齿轮(3)、齿轮(4)、齿轮(5)、止动块、电磁离合器、转轴、磁铁固定座、驱动电机、减速机、包胶轮(1)、包胶轮(2)，该设计方法包括：
[0006]将齿轮(1)固定到包胶轮(1)上，与包胶轮同时转动，在传动机构中增加了齿轮(2)来实现换向，以使得磁铁摆动方向与机器人运动方向一致；
[0007]将齿轮(3)和齿轮(4)同轴，齿轮(3)固定在转轴上，齿轮(4)与转轴之间通过增加轴承来实现齿轮(4)的自由转动；
[0008]在齿轮(3)和齿轮(4)之间设置电磁离合器来实现动力传递的通断，以控制齿轮(4)的主动转动或自由转动；
[0009]根据磁铁的磁吸力大小来计算出摆动磁铁所需的转矩大小，并计算整套传动机构的传动比、中心距以及齿轮参数；
[0010]根据传递的扭矩来确定电磁离合器的选型。
[0011]进一步的，所述传动机构分为两部分，齿轮(1)、齿轮(2)、齿轮(3)为第一部分，齿数分别为z1、z2、z3，齿轮(4)、齿轮(5)为第二部分，齿数分别为z4、z5；其中，齿轮(2)为惰轮，只起换向作用，不改变传动比；齿轮(4)、齿轮(5)这两组齿轮取相同模数。
[0012]进一步的，所述齿轮(2)为中间惰轮，齿轮(5)为扇形齿轮，齿轮(4)与齿轮(5)啮合，所述磁铁通过磁铁固定座与齿轮(5)固定，所述通过齿轮(4)的旋转带动齿轮(5)和所述
磁铁一起摆动。
[0013]进一步的，在摆动中，所述磁铁的前后摆动不低于90
°
，齿轮(5)的齿数根据所述磁铁的前后摆动角度计算得出。
[0014]进一步的，根据所述磁铁的前后摆动角度计算得出，包括：
[0015]根据齿轮(5)的齿数以及机器人需要翻越的内角大小来确定需要保留的扇形处的齿数，内角角度为θ，摆动齿轮角度为α；
[0016]摆动齿轮角度满足α＞2(180
°‑
θ)；
[0017]根据摆动齿轮角度α来确定磁铁摆动齿轮(5)需要保留的扇形处的齿数。
[0018]进一步的，电磁离合器的选型需要根据传递的转矩来确定，包括：
[0019]齿轮(3)传递转矩为电磁离合器选型时，电磁离合器最大转矩大于s2*T2，选用转矩自重比大的牙嵌式电磁离合器。
[0020]进一步的，所述根据磁铁的磁吸力大小来计算出摆动磁铁所需的转矩大小，包括：
[0021]根据摆动磁铁所需转矩来计算齿轮(4)传递转矩，所述摆动磁铁所需转矩为s*T
m
，所述齿轮(4)传递转矩T2通过如下公式计算：
[0022][0023]其中，s1为安全系数，i2为齿轮(4)与齿轮(5)之间的传动比，T
m
为磁铁摆动所需最大转矩；
[0024]齿轮(3)传递转矩与齿轮(4)相同，齿轮(3)的传递转矩采用与齿轮(4)相同的方式计算；
[0025]齿轮(1)的传递转矩T1通过如下公式计算：
[0026][0027]其中，i1为齿轮(1)与齿轮(3)之间的传动比。
[0028]进一步的，计算整套传动机构的中心距，包括：
[0029]根据各个齿轮的齿面接触强度，通过如下关系式估算中心距a；
[0030][0031]其中，u为齿数比，且满足u＝i；A
a
为钢制齿轮配对齿轮副值，K为载荷系数，ψ
a
为齿宽系数，σ
HP
为许用接触应力。
[0032]进一步的，所述齿轮参数包括模数m、齿数z、螺旋角β、齿宽b。
[0033]进一步的，根据如下公式计算齿轮(1)的齿数z1：
[0034][0035]如果齿轮的传动为外啮合，则分母括号内取u+1；
[0036]如果齿轮的传动为内啮合，则分母括号内取u
‑
1；
[0037]根据齿轮(1)的齿数z1采用如下公式计算齿轮(3)的齿数z3：
[0038]z3＝u1*z1[0039]其中，u1为齿轮(1)的齿数比；
[0040]齿轮(2)的齿数z2与齿轮(3)的齿数取值相同；
[0041]采用如下公式计算齿宽b：
[0042]b＝ψ
a
*a
[0043]其中，ψ
a
为齿宽系数。
[0044]通过本申请实施例，可以获得如下技术效果：与现有技术相比，本专利技术可以是机器人顺利翻越图1中的内外角，大大提高了机器人的工作范围和适应性。
附图说明
[0045]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0046]图1为现有技术中机器人运动路径示意图；
[0047]图2为磁铁摆动装置的组成结构示意图；
[0048]图3a、3b为传动机构的组成结构示意图；
[0049]图3c为传动机构中各齿轮传动方向示意图；
[0050]图4为磁力摆动所需转矩的软件仿真示意图；
[0051]图5a为磁铁摆动前状态示意图；
[0052]图5b为磁力摆动所需转矩的软件仿真示意图。
具体实施方式
[0053]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁铁摆动装置设计方法，所述磁铁摆动装置包括磁铁、齿轮(1)、齿轮(2)、齿轮(3)、齿轮(4)、齿轮(5)、止动块、电磁离合器、转轴、磁铁固定座、驱动电机、减速机、包胶轮(1)、包胶轮(2)，其特征在于，该设计方法包括：将齿轮(1)固定到包胶轮(1)上，与包胶轮同时转动，在传动机构中增加了齿轮(2)来实现换向，以使得磁铁摆动方向与机器人运动方向一致；将齿轮(3)和齿轮(4)同轴，齿轮(3)固定在转轴上，齿轮(4)与转轴之间通过增加轴承来实现齿轮(4)的自由转动；在齿轮(3)和齿轮(4)之间设置电磁离合器来实现动力传递的通断，以控制齿轮(4)的主动转动或自由转动；根据磁铁的磁吸力大小来计算出摆动磁铁所需的转矩大小，并计算整套传动机构的传动比、中心距以及齿轮参数；根据传递的扭矩来确定电磁离合器的选型。2.根据权利要求1所述的磁铁摆动装置设计方法，其特征在于，所述传动机构分为两部分，齿轮(1)、齿轮(2)、齿轮(3)为第一部分，齿数分别为z1、z2、z3，齿轮(4)、齿轮(5)为第二部分，齿数分别为z4、z5；其中，齿轮(2)为惰轮，只起换向作用，不改变传动比；齿轮(4)、齿轮(5)这两组齿轮取相同模数。3.根据权利要求2所述的磁铁摆动装置设计方法，其特征在于，所述齿轮(2)为中间惰轮，齿轮(5)为扇形齿轮，齿轮(4)与齿轮(5)啮合，所述磁铁通过磁铁固定座与齿轮(5)固定，所述通过齿轮(4)的旋转带动齿轮(5)和所述磁铁一起摆动。4.根据权利要求2所述的磁铁摆动装置设计方法，其特征在于，在摆动中，所述磁铁的前后摆动不低于90
°
，齿轮(5)的齿数根据所述磁铁的前后摆动角度计算得出。5.根据权利要求4所述的磁铁摆动装置设计方法，其特征在于，根据所述磁铁的前后摆动角度计算得出，包括：根据齿轮(5)的齿数以及机器人需要翻越的内角大小来确定需要保留的扇形处的齿数，内角角度为θ，摆动齿轮角度为α；摆动齿轮角度满足α＞2(180
°‑
θ)；根据摆动齿轮角度α来确定磁铁摆动齿轮(5)需要保留的...

【专利技术属性】
技术研发人员：许华旸，何承通，宋章军，卞丙祥，吴迪，刘彦雨，郭超琼，
申请(专利权)人：北京史河科技有限公司，
类型：发明
国别省市：