[發明專利]磁吸附力可調的爬壁機器人用輪式越障機構

有效

• 申請號: 201010289541.2
• 申請日: 2010-09-22
• 公開（公告）號: CN101947778A
• 公開（公告）日: 2011-01-19
• 發明（設計）人: 高曉飛;吳明暉;趙言正;陳善本;付莊
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B25J5/00
• 分類號: B25J5/00
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及的是一種機器人技術領域的裝置，具體是一種磁吸附力可調的爬壁機器人用輪式越障機構。

背景技術

爬壁機器人是一種具有移動和吸附功能可以在垂直壁面上運動的自動化設備，可以在核工程、消防和大型非結構設備的制造和維護等危險和極限環境下代替工人完成工作。具有廣泛的應用前景。

爬壁機器人常用的吸附方式主要有負壓吸附和磁吸附，因永磁吸附具有吸附力大、不需要電源驅動，在鐵磁質環境中的爬壁機器人大多使用永磁鐵作為吸附機構。爬壁機器人的移動機構主要有足式、輪式和履帶式。足式雖然越障能力好，輪式和履帶式的移動方式在爬壁機器人中應用較多，但存在與磁吸附結合的磁輪移動機構的磁吸附力小和磁履帶移動機構則轉向阻力大的缺點。同時大多不具備越障能力和磁吸附力不可調節。

經過對現有技術的檢索發現，中國專利申請號20041006429.6，記載了一種“磁輪吸附式爬壁機器人”涉及到了磁輪吸附移動技術。其不足在于車輪與壁面接觸面積小，磁能利用率低和磁吸附力小，磁輪往往需做的比較大采用滿足機器人的負載和安全爬壁的要求，但這又增加了機器人的重量和運動的靈活性。

中國專利申請號200510086383.X，記載了“一種磁吸附力可調的爬壁機器人輪式越障機構”涉及到了非接觸磁吸附和輪式移動技術，但存在移動機構不具備越障能力和吸附力大小不可調節的缺點。中國專利申請號02117079.7，記載了“一種磁吸附式爬壁機器人履帶”，其缺點是運動轉向阻力大，運動不靈活。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種磁吸附力可調的爬壁機器人用輪式越障機構，解決現有吸附和移動機構存在的問題，該吸附移動機構運動靈活、移動機構可升降和吸附力可調節。

本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括：移動機構、吸附機構、升降機構、直線導軌、彈簧、滑動導桿和導桿連接框，其中：吸附機構置于驅動機構下并與四根滑動導桿活動連接，彈簧套接滑動導桿上，導桿連接框與彈簧相接觸并與四根滑動導桿相連，升降機構與移動機構和吸附機構活動連接，直線導軌與移動機構相連，升降機構的驅動移動機構和吸附機構沿著直線導軌上下移動。

所述的移動機構包括：兩個驅動輪、驅動輪軸、滑動導筒、兩個驅動電機，其中：驅動輪安裝在驅動輪軸的兩端，驅動輪軸為中空軸，驅動電機安裝在軸中間，電機輸出軸與驅動輪相連直接驅動驅動輪，滑動導筒安裝在驅動輪軸的兩側。

所述的驅動輪由鋁合金車輪轂和一層10mm厚的橡膠外圈組成，橡膠外圈通過模具在車輪轂上澆鑄成型，橡膠外圈與壁面之間有著較大的摩擦系數。

所述的滑動導桿穿過移動機構上的滑動導筒使吸附機構活動設置于移動機構的驅動輪軸下。

所述的吸附機構包括：軛鐵、兩塊第一永磁鐵塊、三塊第二永磁鐵塊及相應磁鐵固定板，磁鐵固定板將永磁鐵塊固定在軛鐵上，第一永磁鐵塊置于軛鐵的兩端，第二永磁鐵塊置于中間位置。

所述的第二永磁鐵塊的長度與第一永磁鐵塊相同，第二永磁鐵塊的寬度大于第一永磁鐵塊。

所述的升降機構包括：第一絲杠螺母、第二絲杠螺母和絲杠，其中：第一絲杠螺母和第二絲杠螺母的螺距為分別為4.5和3mm，第一絲杠螺母安裝在吸附機構上，第二絲杠螺母安裝在移動機構的驅動輪軸上，絲杠與所述的第一絲杠螺母和第二絲杠螺母分別組成運動副。

所述的絲杠上均設有兩段螺距分別為3mm和4.5mm的螺紋。

所述的彈簧為壓縮彈簧，該彈簧在工作中可將磁鐵產生的吸力傳遞到車輪軸上，以減小絲杠與吸附機構螺母間的摩擦力，同時可使吸附機構與車輪軸間保持一定的相對距離。

本發明工作原理是：吸附機構通過滑動導桿與移動機構形成活動連接可相對移動機構上下移動，因第一絲杠螺母和第二絲杠螺母上的螺距不一樣，當絲杠轉動時，在第二絲杠螺母與絲杠嚙合的范圍內，吸附機構可相對移動機構上下移動，從而實現了對吸附力大小的調節。同時移動機構和吸附機構在絲杠的驅動下可一起沿著直線導軌一起上下移動，因此一套驅動電機可同時實現移動機構升降和吸附力大小的調節。

本發明優點包括：克服了現有磁輪式移動機構磁能利用率低磁吸附力小和有磁吸附履帶式移動機構笨重、轉向阻力大的缺點；具有較好的越障能力，磁吸附力大小可實現調節；磁吸附機構經過使用有限元軟件進行了優化設計，提高了磁鐵磁能密度和磁吸附力。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖。

圖2是本發明的前視圖。

圖3a是永磁鐵組件結構示意圖。

圖3b是永磁鐵組件仰視圖。

圖4為實施實例示意圖。

具體實施方式