一種新型磁吸附式爬壁輪及爬壁機器人的製作方法
2023-11-12 02:15:17
本實用新型涉及機器人技術領域，尤其涉及一種新型磁吸附式爬壁輪及爬壁機器人。
背景技術：
在當前高空生產作業中有很多勞動條件很差的工作，如造船、修船、高空橋梁的保養等工作，工人需要一人或多人配合，在幾十米的高空手持作業工具，工作環境十分惡劣，並且存在摔落安全隱患。而爬壁機器人可以替代人工完成上述危險作業，因此爬壁機器人目前正被廣泛的使用。
而磁吸附式機器人由於其結構簡單，吸附力較大，對壁面凹凸適應性強，不存在真空吸附漏氣的問題，正在成為該領域的研究熱點。如中國專利CN101565063和CN2552648均披露了採用永磁吸附式爬臂機器人的技術方案。與電磁鐵方式相比，永磁體方式具有吸附不耗能、結構簡單、安全性高、不受斷電影響等優點。目前，永磁體式爬壁機器人的移動方式有三種，輪式、履帶式和腳式，相對於後兩種運動方式爬壁機器人，輪式爬壁機器人具有結構簡單、容易實現、行走速度快、轉彎容易等優點，比較適合機器人實現爬壁功能。
而現有輪式爬臂機器人採用整體環形的強磁鐵實現，比較適合小型或者微型爬壁機器人，當在需要中大型機器人，並且需要負重或存在較大反作用力時，必須增大環形磁鐵的直徑和厚度，並增加強磁吸力才能得以滿足需求。這樣會導致大面積、多方位的磁場外洩，引入了意外吸引磁鐵或者鐵質物品的風險。
技術實現要素：
為了解決上述現有技術中提到的缺點和不足，本實用新型提供一種新型磁吸附式爬壁輪及爬壁機器人，不但可以實現磁吸附力大且能解決強磁外洩的問題。
本實用新型提供的新型磁吸附式爬壁輪，技術方案如下：
一種新型磁吸附式爬壁輪，包括電機、減速裝置、主動輪和隨動輪，其中所述主動輪設置在動力軸上，在所述動力軸下方設有瓦形磁鐵。
進一步地，所述隨動輪設置在隨動軸上，所述動力軸與隨動軸之間設有同步履帶，所述瓦形磁鐵設置在所述同步履帶內部。
進一步地，所述瓦形磁鐵為同心或異心圓瓦片形狀，其磁力線位於瓦形徑向方向，所述瓦形徑向方向面向作業金屬面。
進一步地，所述瓦形磁鐵採用釹鐵硼材料製成。
進一步地，所述電機和減速裝置均設在所述同步履帶內部，所述電機控制所述動力軸轉動以帶動主動輪轉動，所述減速裝置包括一級減速機和渦輪二級減速箱，所述電機與一級減速機連接固定，所述一級減速機與渦輪二級減速箱連接固定。
進一步地，所述渦輪二級減速箱左右兩側設有兩塊主動輪支架，所述主動輪支架上分別安裝有防塵保護蓋。
進一步地，所述主動輪支架上還安裝有履帶防護架。
進一步地，所述隨動輪為萬向支撐輪。
進一步地，除瓦形磁鐵外的結構均採用磁性不敏感材料製成。
本實用新型還提供一種新型磁吸附式爬壁機器人，其底部採用上述任意一種新型磁吸附式爬壁輪。
本實用新型提供的新型磁吸附式爬壁機器人具有以下優點：
1、吸附力可調節：通過改變瓦形釹鐵硼磁鐵的內外半徑長度、瓦磁寬度、和不同材質，調節吸附力的大小，以滿足不同作業的要求(其範圍在3kg～300kg)；
2、磁力外洩面積最小：瓦形磁鐵安裝在左右兩側主動輪的中間，且位於動力軸承的下方，並且被同步履帶所包圍，僅僅在最下方接觸金屬的範圍磁力最大，這樣提高了磁力的利用率；
3、瓦形磁鐵方便生產加工：通常圓柱形以及圓環形磁鐵均需要提供不規則模具來加工，而瓦形磁鐵可以用標準的長方形磁鐵通過充磁前進行打磨而成型，然後再進行充磁，不需要新開瓦形模具，從而降低磁鐵加工成本以及方便加工；
4、磁鐵避免直接撞擊：瓦形磁鐵左右均有鋁製傳動皮帶齒輪來防護、瓦形外半圓側接觸面有同步履帶覆蓋，瓦形內半圓側為鋁製瓦形磁鐵連接件，磁鐵處在全方位防護中，避免磁鐵與外界直接接觸，降低了磁鐵的碰撞風險；
5、其他吸附物自動脫離：在旋轉過程中，左右兩側主動輪、傳動皮帶齒輪、外部同步履帶均處在同步旋轉中，而內部的磁鐵處於相對靜止中(不做旋轉)，這樣當同步履帶表面存在其他吸附物時，通過碾壓與行走，最大限度的將吸附物與內部磁鐵做分離，避免吸附物越來越多而影響輪體正常行走；
6、安全有保障：除瓦形磁鐵外的結構均採用磁性不敏感材料製成，增加了對外界的接觸距離，從而避免了意外吸附鐵器而造成的安全風險，並且方便輪子組裝生產，而採用永磁材料，也避免了因意外斷電引發的磁力消失導致摔落的事故。
附圖說明
為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本實用新型的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本實用新型提供的新型磁吸附式爬壁輪實施例的結構爆炸圖；
圖2為新型磁吸附式爬壁輪實施例的整體結構示意圖；
圖3為圖1中動力軸局部放大圖；
圖4為本實用新型提供的新型磁吸附式爬壁機器人整體結構示意圖；
圖5為圖1中瓦形磁鐵實施例一的結構示意圖；
圖6為圖1中瓦形磁鐵實施例二的結構示意圖。
附圖標記
1電機 2主動輪 3隨動輪
4瓦形磁鐵 20動力軸 30隨動軸
40同步履帶 50一級減速機 60渦輪二級減速箱
70主動輪支架 80防塵保護蓋 90履帶防護架
100機器人控制器
具體實施方式
為使本實用新型實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。
本實用新型實施例提供一種新型磁吸附式爬壁輪，參見圖1～圖3，該新型磁吸附式爬壁輪包括：電機1、減速裝置、主動輪2和隨動輪3，其中，所述主動輪2設置在動力軸20上，在所述動力軸20下方設有瓦形磁鐵4。
上述方案中，優選地，所述瓦形磁鐵為同心或異心圓瓦片形狀(如圖5和圖6所示)，其磁力線位於瓦形徑向方向，所述瓦形徑向方向面向作業金屬面。一面為N級，一面為S級，具體實施時，可設計成內外徑面等磁力或者外徑面磁力大於內徑面磁力方式。以同心圓瓦片形狀為例，可由釹鐵硼強磁材料加工而成，外圓的半徑為120mm，內圓的半徑為80mm，厚度為40mm，扇形的角度為60度，外圓弧直線長度為100mm，瓦形磁鐵的充磁方向位徑向(磁力線在徑向朝外)S-N或者N-S,瓦形磁鐵的長度為100mm。
採用瓦形磁鐵的目的在於，第一方面，吸附力可調節，可通過改變瓦形釹鐵硼磁鐵的內外半徑長度、瓦磁寬度或釹鐵硼材質(n38/n40/n42/n45/n52)調節吸附力的大小，以滿足不同作業的要求(其範圍在3kg～300kg)；第二方面，磁力外洩面積最小，瓦形磁鐵安裝在左右兩側主動輪的中間，且位於動力軸承的下方，僅僅在最下方接觸金屬的範圍磁力最大，這樣提高了磁力的利用率；第三方面，瓦形磁鐵方便生產加工，通常圓柱形以及圓環形磁鐵均需要提供不規則模具來加工，而瓦形磁鐵可以用標準的長方形磁鐵通過充磁前進行打磨而成型，然後再進行充磁，不需要新開瓦形模具，從而降低磁鐵加工成本以及方便加工。
進一步地，所述隨動輪3設置在隨動軸30上，所述動力軸20與隨動軸30之間設有同步履帶40，所述瓦形磁鐵4設置在所述同步履帶40內部。此結構可以使得磁鐵被同步履帶所包圍，不直接接觸工作面，避免吸附一些金屬屑，影響磁力。
具體實施時，所述電機1和減速裝置均設在所述同步履帶40內部，所述電機1控制所述動力軸20轉動以帶動主動輪2轉動，所述減速裝置包括一級減速機50和渦輪二級減速箱60，所述電機1與一級減速機50連接固定，所述一級減速機50與渦輪二級減速箱60連接固定，其具體固定方式在此不做限定。上述結構使得其他吸附物自動脫離，比如在輪體旋轉過程中，左右兩側主動輪、傳動皮帶齒輪、外部同步履帶均處在同步旋轉中，而內部的磁鐵處於相對靜止中(不做旋轉)，這樣當同步履帶表面存在其他吸附物時，通過碾壓與行走，最大限度的將吸附物與內部磁鐵做分離，避免吸附物越來越多而影響輪體正常行走。優選地，所述同步履帶40採用橡膠材料製成。
本實用新型實施例提供的新型磁吸附式爬壁輪可以避免磁鐵直接撞擊，如瓦形磁鐵左右均有鋁製傳動皮帶齒輪來防護、瓦形外半圓側接觸面有同步履帶覆蓋，瓦形內半圓側為鋁製瓦形磁鐵連接件，磁鐵處在全方位防護中，避免磁鐵與外界直接接觸，降低了磁鐵的碰撞風險。
進一步地，所述渦輪二級減速箱60左右兩側設有兩塊主動輪支架70，所述主動輪支架70上分別安裝有防塵保護蓋80，以防止工作時粉塵進入結構內，影響其工作。
為加強履帶的防護作用，在所述主動輪支架70上還安裝有履帶防護架90。
本新型提供新型磁吸附式爬壁機器人，如圖4所示，包括上述任意一種新型磁吸附式爬壁輪，機器人控制器100設置於其上。具體實施時，所述隨動輪3為萬向支撐輪。這樣可以通過主支架結構設計，即可組成一個磁吸附爬壁機器人，通過對左右兩個磁吸附爬壁主動輪中電機的差速控制，實現機器人的前進、後退、左轉、右轉，自由的在磁吸附壁面行走，完成特定的作業任務。
優選地，除瓦形磁鐵4外的結構均採用磁性不敏感材料製成，比如可選用鋁製、碳纖維、合金、塑料等材料，增加了對外界的接觸距離，從而避免了意外吸附鐵器而造成的安全風險，並且方便輪子組裝生產；而瓦形磁鐵採用永磁材料製成，可以避免了因意外斷電引發的磁力消失導致摔落的事故。
最後應說明的是以上各實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述各實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本實用新型各實施例技術方案的範圍。