一种基于球面驱动的轮式爬壁机器人吸附装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于球面驱动的轮式爬壁机器人吸附装置，其包括球轮、固定轴、轴套、固定框架、转动框架、第一线圈绕组、第一永磁阵列、第二线圈绕组和第二永磁阵列；其中，第一永磁阵列的磁场，穿过球轮与被吸附的金属壁面形成磁回路，从而产生对壁面的磁吸附力；当第一线圈绕组通电时，第一永磁阵列能绕连接轴左右摆动，当第二线圈绕组通电时，第二永磁阵列能绕固定轴前后摆动，由此产生两个正交方向的偏摆力矩，使得转动框架上的永磁阵列产生两自由度的球面偏摆运动；并且，第一永磁阵列的偏摆意味着吸附力的方向也在改变，因此，能够通过对第一永磁阵列偏摆方向的主动控制，使得吸附力总是垂直于接触壁面，从而保持最佳吸附性能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于球面驱动的轮式爬壁机器人吸附装置


[0001]本专利技术涉及爬壁机器人
，特别是涉及一种基于球面驱动的轮式爬壁机器人吸附装置。

技术介绍

[0002]爬壁机器人是一种能在大型壁面上垂直攀爬，并完成检测与维护作业的自动化机器人，在飞机蒙皮铆接、风电叶片维修、船舰除锈与探伤等方面具有重要应用潜力，可有效解决传统人工作业方式(如搭载吊篮或腰系绳索)的劳动强度大、工作效率低、危险性高等缺陷。其中，磁吸附轮式机器人具有吸附力强、运动灵活等特点，因此受到研究者的广泛关注，也取得了不少成果。但目前磁吸附轮式爬壁机器人尚存在吸附及脱附力可控性较弱的问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是：提供一种基于球面驱动的轮式爬壁机器人吸附装置，能够实现吸附力的主动控制。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种基于球面驱动的轮式爬壁机器人吸附装置，包括球轮、固定轴、轴套、固定框架、转动框架、第一线圈绕组、第一永磁阵列、第二线圈绕组和第二永磁阵列，所述球轮通过轴承与所述固定轴转动连接，所述轴套可转动地套接在所述固定轴上，所述轴套的径向两端分别固设有连接轴，所述连接轴的轴线与所述固定轴的轴线垂直相交的交点与所述球轮的球心重合，所述转动框架可转动地连接在所述连接轴上且位于所述球轮内，所述固定框架固定连接在所述固定轴上且位于所述转动框架内，所述第一线圈绕组固定在所述固定框架的下端内侧，所述第二线圈绕组固定在所述固定框架的上端外侧，所述第一永磁阵列固定在所述转动框架的下端内侧且与所述第一线圈绕组相对，所述第二永磁阵列固定在所述固定框架的上端内侧且与所述第二线圈绕组相对，所述第一永磁阵列呈圆弧状且所述第一永磁阵列的中心圆弧线所在的平面与所述连接轴的轴线重合，所述第二永磁阵列呈圆弧状且所述第二永磁阵列的中心圆弧线所在的平面与所述固定轴的轴线重合；当所述第一线圈绕组通电时，所述第一永磁阵列能绕所述连接轴左右摆动，当所述第二线圈绕组通电时，所述第二永磁阵列能绕所述固定轴前后摆动。
[0005]作为本专利技术的优选方案，所述第一永磁阵列由外至内依次设有外层阵列、中层阵列和内层阵列，所述外层阵列和所述内层阵列均为用于加强所述球轮的球面一侧磁场强度的哈尔巴赫阵列，所述中层阵列为周向交替阵列，且在相邻的两个永磁体之间布置有导磁体。
[0006]作为本专利技术的优选方案，所述第二永磁阵列由外至内依次设有外层阵列、中层阵列和内层阵列，所述外层阵列和所述内层阵列均为用于加强所述球轮的球面一侧磁场强度的哈尔巴赫阵列；所述中层阵列为周向交替阵列，且在相邻的两个永磁体之间布置有导磁体。
[0007]作为本专利技术的优选方案，所述转动框架的外侧面与所述球轮的内侧面之间设有气隙。
[0008]作为本专利技术的优选方案，所述第一线圈绕组与所述第一永磁阵列之间设有气隙。
[0009]作为本专利技术的优选方案，所述第二线圈绕组与所述第二永磁阵列之间设有气隙。
[0010]作为本专利技术的优选方案，所述第一永磁阵列绕所述固定轴前后摆动的角度范围为0度～45度。
[0011]作为本专利技术的优选方案，所述第二永磁阵列绕所述固定轴前后摆动的角度范围为0度～45度。
[0012]作为本专利技术的优选方案，所述球轮为刚性球轮。
[0013]作为本专利技术的优选方案，所述球轮的材质为导磁材料。
[0014]本专利技术实施例一种基于球面驱动的轮式爬壁机器人吸附装置，与现有技术相比，其有益效果在于：
[0015](1)第一永磁阵列的磁场，穿过球轮与被吸附的金属壁面形成磁回路，从而产生对壁面的磁吸附力，该磁吸附力能将球轮压紧在壁面上，增大与壁面之间的摩擦力，使爬壁机器人使用过程中具有较好的附着能力；
[0016](2)当第一线圈绕组通电时，第一永磁阵列能在磁场相互作用下绕连接轴左右摆动，当第二线圈绕组通电时，第二永磁阵列能在磁场相互作用下绕固定轴前后摆动，由此产生两个正交方向的偏摆力矩，使得转动框架上的永磁阵列产生两自由度的球面偏摆运动；并且，第一永磁阵列的偏摆意味着吸附力的方向也在改变，因此，能够通过对第一永磁阵列偏摆方向的主动控制，使得吸附力总是垂直于接触壁面，从而保持最佳吸附性能；
[0017](3)由于本专利技术能够实现第一永磁阵列偏摆方向的主动控制，使得第一永磁阵列的中心圆弧线(即吸附力方向)偏离垂直位置，实现对吸附力的精准控制，从而适应不同的应用需求；比如，当对系统灵活性要求较高时，可适当降低吸附单元的吸附力；当第一永磁阵列偏离垂直位置较多时，还能够实现快速主动脱附。
附图说明
[0018]图1是本专利技术实施例的基于球面驱动的轮式爬壁机器人吸附装置的结构示意图；
[0019]图2是本专利技术实施例的基于球面驱动的轮式爬壁机器人吸附装置隐藏球轮后的结构示意图；
[0020]图3是第一永磁阵列(或第二永磁阵列)磁极构型的结构示意图。
[0021]附图标记：
[0022]球轮1；固定轴2；轴套3；固定框架4；转动框架5；第一线圈绕组6；第一永磁阵列7；第二线圈绕组8；第二永磁阵列9；轴承10；连接轴11；外层阵列A，第一外层永磁体a1，第二外层永磁体a2，第三外层永磁体a3，第四外层永磁体a4，第五外层永磁体a5；中层阵列B，第一中层永磁体b1，第二中层永磁体b2；内层阵列C，第一内层永磁体c1，第二内层永磁体c2，第三内层永磁体c3，第四内层永磁体c4，第五内层永磁体c5；导磁体D，第一导磁体d1，第二导磁体d2，第三导磁体d3。
具体实施方式
[0023]下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。
[0024]在本专利技术的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0025]在本专利技术的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
[0026]本专利技术的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属
技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本专利技术中的具体含义。
[0027]如图1和图2所示，本专利技术实施例提供的基于球面驱动的轮式爬壁机器人吸附装置，其包括球轮1、固定轴2、轴套3、固定框架4、转动框架5、第一线圈绕组6、第一永磁阵列7、第二线圈绕组8和第二永磁阵列9，所述球轮1通过轴承10与所述固定轴2转动连接，所述轴套3可转动地套接在所述固定轴2上，所述轴套3的径向两端分别固设有连接轴本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于球面驱动的轮式爬壁机器人吸附装置，其特征在于，包括球轮、固定轴、轴套、固定框架、转动框架、第一线圈绕组、第一永磁阵列、第二线圈绕组和第二永磁阵列，所述球轮通过轴承与所述固定轴转动连接，所述轴套可转动地套接在所述固定轴上，所述轴套的径向两端分别固设有连接轴，所述连接轴的轴线与所述固定轴的轴线垂直相交的交点与所述球轮的球心重合，所述转动框架可转动地连接在所述连接轴上且位于所述球轮内，所述固定框架固定连接在所述固定轴上且位于所述转动框架内，所述第一线圈绕组固定在所述固定框架的下端内侧，所述第二线圈绕组固定在所述固定框架的上端外侧，所述第一永磁阵列固定在所述转动框架的下端内侧且与所述第一线圈绕组相对，所述第二永磁阵列固定在所述固定框架的上端内侧且与所述第二线圈绕组相对，所述第一永磁阵列呈圆弧状且所述第一永磁阵列的中心圆弧线所在的平面与所述连接轴的轴线重合，所述第二永磁阵列呈圆弧状且所述第二永磁阵列的中心圆弧线所在的平面与所述固定轴的轴线重合；当所述第一线圈绕组通电时，所述第一永磁阵列能绕所述连接轴左右摆动，当所述第二线圈绕组通电时，所述第二永磁阵列能绕所述固定轴前后摆动。2.根据权利要求1所述的基于球面驱动的轮式爬壁机器人吸附装置，其特征在于，所述第一永磁阵列由外至内依次设有外层阵列、中层阵列和内层阵列，所述外层阵列和所述内层阵列均为用于加强所述球轮的球面一侧磁场强度的哈尔巴赫阵...

【专利技术属性】
技术研发人员：高晓珊，严亮，何兴华，卜苏皖，赵培然，
申请(专利权)人：北京航空航天大学宁波创新研究院，
类型：发明
国别省市：