本發(fā)明涉及工業(yè)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種輪式懸磁吸附裝置，該裝置可應(yīng)用于爬壁機(jī)器人領(lǐng)域。本發(fā)明主要針對現(xiàn)有爬壁機(jī)器人爬行穩(wěn)定性欠佳、運(yùn)動靈活性較差等問題，通過對傳統(tǒng)輪式永磁吸附裝置的結(jié)構(gòu)和磁感線的雙重改進(jìn)優(yōu)化，設(shè)計(jì)出了一種輪式懸磁吸附裝置。該裝置中的永磁體像擺鐘擺錘一樣懸掛在磁輪驅(qū)動軸上并可繞該驅(qū)動軸擺動，為爬壁機(jī)器人提供穩(wěn)定可靠吸附力的同時(shí)，不影響機(jī)器人在導(dǎo)磁性壁面上的靈活爬行。

背景技術(shù)：

爬壁機(jī)器人作為移動機(jī)器人的一種，因具有可在導(dǎo)磁性壁面上靈活爬行，攜帶工具完成一定任務(wù)的特點(diǎn)，所以自爬壁機(jī)器人問世以來，就受到世界各國學(xué)者的廣泛關(guān)注。爬壁機(jī)器人可代替人工執(zhí)行簡單重復(fù)、危險(xiǎn)性高、勞動強(qiáng)度大的任務(wù)，尤其在船舶、石化等領(lǐng)域的日常維護(hù)作業(yè)中，爬壁機(jī)器人發(fā)揮了極大作用。然而現(xiàn)有爬壁機(jī)器人普遍存在穩(wěn)定性欠佳、運(yùn)動靈活性較差等缺點(diǎn)。要想提高機(jī)器人爬壁穩(wěn)定性，就需要增大機(jī)器人磁吸附單元的吸附力，傳統(tǒng)增大磁吸附力的方法普遍單純增加永磁體數(shù)量，從而造成磁吸附單元整體重量較重，影響機(jī)器人爬行靈活性。此時(shí)在不降低機(jī)器人吸附力性能前提下，減輕吸附單元重量就顯得極為重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述技術(shù)不足，本發(fā)明克服了現(xiàn)有磁吸附技術(shù)中吸附力與吸附單元重量的矛盾，提出了一種輪式懸磁吸附裝置。本發(fā)明基于輕量化原則和最大限度利用磁能的原則，將永磁體設(shè)計(jì)成扇形可擺動結(jié)構(gòu)。該扇形永磁體像擺鐘擺錘一樣懸掛在磁輪驅(qū)動軸上并可繞該驅(qū)動軸擺動。在增大磁吸附力的同時(shí)，并未增加磁吸附單元的整體重量，從而在保證機(jī)器人爬行穩(wěn)定性的前提下也兼顧其轉(zhuǎn)向運(yùn)動靈活性。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案

一種輪式懸磁吸附裝置，該輪式懸磁吸附裝置由輪體外殼101、扇形釹鐵硼永磁體擺錘105、掛擺件103與109、輪體外側(cè)橡膠102構(gòu)成，所述輪體外殼101橫截面為“日”字形結(jié)構(gòu)，其外側(cè)擋板為可拆卸擋板，卸掉外側(cè)擋板后的輪體外殼為側(cè)置的“山”字形結(jié)構(gòu)，其中間軸為外圓內(nèi)方的中空結(jié)構(gòu)，該外圓內(nèi)方軸的外圓用來懸掛扇形釹鐵硼永磁體擺錘105，內(nèi)方孔用來配合方形驅(qū)動軸，驅(qū)動磁輪轉(zhuǎn)動；所述扇形釹鐵硼永磁體擺錘105側(cè)視結(jié)構(gòu)為“凸”字形結(jié)構(gòu)，正視結(jié)構(gòu)為碗狀“凹”字形結(jié)構(gòu)，在其上部分布置有兩個(gè)左右對稱的通孔110與111，用來將扇形永磁體擺錘105與掛擺件103、擺件109固定在一起；所述輪體外側(cè)橡膠102包覆在輪體外殼101外圓柱面上，用于增大磁輪與導(dǎo)磁性壁面的摩擦系數(shù)，防止爬壁機(jī)器人在移動轉(zhuǎn)向過程出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。

一種輪式懸磁吸附裝置，所述掛擺件103與109正視結(jié)構(gòu)和側(cè)視結(jié)構(gòu)均為“凸”字形結(jié)構(gòu)，掛擺件103與109上布置有兩個(gè)左右對稱的螺紋孔，用來將扇形釹鐵硼永磁體擺錘105和掛擺件103與109固定在一起；掛擺件103與109頂部有一通孔，該通孔設(shè)置有深溝球軸承104、深溝球軸承108，用來實(shí)現(xiàn)掛擺件103與109繞磁輪驅(qū)動軸轉(zhuǎn)動。

一種輪式懸磁吸附裝置，所述兩掛擺件103與109分別夾在扇形永磁體擺錘105前后兩上半部分，螺釘穿過掛擺件103與109上的螺紋孔和扇形釹鐵硼永磁體105上的通孔110與111將三者固定擰緊；三者再通過固定在兩個(gè)掛擺件上的深溝球軸承104與108懸掛在輪體外殼101內(nèi)部磁輪驅(qū)動軸上，在磁輪轉(zhuǎn)動狀態(tài)，用于實(shí)現(xiàn)扇形釹鐵硼永磁體擺錘105和掛擺件103與109繞磁輪驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)動。

一種輪式懸磁吸附裝置的制作方法，采用輕量化原則和最大限度利用磁能的原則，將永磁體設(shè)計(jì)成扇形可擺動結(jié)構(gòu)，該扇形永磁體像擺鐘擺錘一樣懸掛在磁輪驅(qū)動軸上，并可繞該驅(qū)動軸擺動；在增大磁吸附力的同時(shí)，并未增加磁吸附單元的整體重量，從而在保證機(jī)器人爬行穩(wěn)定性的前提下也兼顧其轉(zhuǎn)向運(yùn)動靈活性，具體實(shí)施方法如下：

采用的輪體外殼橫截面為“日”字形結(jié)構(gòu)，其外側(cè)擋板為可拆卸的活動擋板，卸掉外側(cè)擋板后的輪體外殼為側(cè)置的“山”字形結(jié)構(gòu)，其中間軸為外圓內(nèi)方的中空結(jié)構(gòu)，該外圓內(nèi)方軸中的外圓部分用來通過軸承懸掛扇形永磁體擺錘，內(nèi)方孔用來配合方形驅(qū)動軸，驅(qū)動磁輪轉(zhuǎn)動；

采用的扇形永磁體擺錘側(cè)視結(jié)構(gòu)為“凸”字形結(jié)構(gòu)，正視結(jié)構(gòu)為碗狀“凹”字形結(jié)構(gòu)，其由強(qiáng)磁性材料的釹鐵硼制備而成，用來提供產(chǎn)生吸附力的強(qiáng)磁環(huán)境；在其上部分布置有兩個(gè)左右對稱的通孔，用來將扇形永磁體擺錘和掛擺件固定安裝到一起；所述掛擺件正視結(jié)構(gòu)和側(cè)視結(jié)構(gòu)均為“凸”字形結(jié)構(gòu)，掛擺件上布置有兩個(gè)左右對稱的螺紋孔，用來將扇形永磁體擺錘和掛擺件固定安裝到一起；掛擺件頂部有一通孔，軸承安裝在該通孔后懸掛在外圓軸上，用來實(shí)現(xiàn)掛擺件繞外圓內(nèi)方中空軸的轉(zhuǎn)動；

采用的輪體外側(cè)橡膠包覆在輪體外殼外圓柱面上，增大磁輪與導(dǎo)磁性壁面的摩擦系數(shù)，防止爬壁機(jī)器人在移動轉(zhuǎn)向過程中打滑；兩掛擺件分別夾在扇形永磁體擺錘前后上半部分，螺釘穿過掛擺件上的螺紋孔和扇形永磁體上的通孔后將三者固定擰緊，然后三者再通過固定在兩個(gè)掛擺件上的軸承懸掛在輪體外殼內(nèi)部的外圓內(nèi)方中空軸上，當(dāng)磁輪轉(zhuǎn)動時(shí)，實(shí)現(xiàn)扇形永磁體擺錘和掛擺件繞磁輪內(nèi)部外圓內(nèi)方中空軸的轉(zhuǎn)動。

由于采用如上所述的技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下優(yōu)越性：

（1）在保證磁吸附力的前提下，減輕磁吸附單元重量極為重要。該裝置基于最大限度提高永磁體磁感線利用率的原則，對永磁體結(jié)構(gòu)合理優(yōu)化，將永磁體設(shè)計(jì)為扇形可擺動結(jié)構(gòu)，不僅降低了該裝置整體重量且還降低了成本。

（2）扇形永磁體懸掛在磁輪殼體內(nèi)部，避免了扇形永磁體與導(dǎo)磁性壁面直接接觸，彌補(bǔ)了永磁體易碎、強(qiáng)度低的缺陷。

(3) 該鐘擺式懸磁吸附裝置重量輕，體積小且裝配過程簡單，易于實(shí)現(xiàn)拆卸與維護(hù)。

附圖及說明

圖1是本發(fā)明輪式懸磁裝置外觀軸測圖；

圖2是本發(fā)明輪式懸磁裝置右視圖；

圖3是本發(fā)明輪式懸磁裝置左視圖；

圖4是本發(fā)明掛擺件與扇形釹鐵硼永磁體裝配示意圖；

圖5是本發(fā)明輪式懸磁裝置剖面圖；

圖中：101輪體外殼、102輪體外側(cè)橡膠、103外側(cè)掛擺件、104外側(cè)軸承、105扇形永磁體、106磁輪驅(qū)動軸、107軸端固定螺釘、108內(nèi)側(cè)軸承、109內(nèi)側(cè)掛擺件、110扇形釹鐵硼永磁體左側(cè)固定螺紋孔、111扇形釹鐵硼永磁體右側(cè)固定螺紋孔。

具體實(shí)施方式

如圖1、2、3、4、5所示，一種輪式懸磁吸附裝置，是基于輕量化原則和最大限度利用磁能的原則，將永磁體設(shè)計(jì)成扇形可擺動結(jié)構(gòu)。該扇形永磁體像擺鐘擺錘一樣懸掛在磁輪驅(qū)動軸上并可繞該驅(qū)動軸擺動。在增大磁吸附力的同時(shí)，并未增加磁吸附單元的整體重量，從而在保證機(jī)器人爬行穩(wěn)定性的前提下也兼顧其轉(zhuǎn)向運(yùn)動靈活性。與現(xiàn)有磁吸附裝置相比，重量更輕、吸附力更大的懸磁吸附裝置，克服爬壁機(jī)器人穩(wěn)定性與靈活性這一對矛盾，實(shí)現(xiàn)爬壁機(jī)器人在導(dǎo)磁性壁面上的靈活爬行。該裝置采用鐘擺式結(jié)構(gòu)，將扇形永磁體懸掛在磁輪驅(qū)動軸上并能繞該驅(qū)動軸擺動，一方面減輕了磁吸附單元的整體重量，另一方面避免永磁體與導(dǎo)磁性壁面直接接觸，彌補(bǔ)了永磁體易碎，強(qiáng)度低的缺陷。該裝置基于最大限度提高永磁體磁感線利用率的原則，對永磁體結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理優(yōu)化，拋棄傳統(tǒng)的環(huán)形永磁體結(jié)構(gòu)，采用扇形可擺動的新型結(jié)構(gòu)，不僅降低了成本并且裝配過程簡便，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，易于實(shí)現(xiàn)拆卸與維護(hù)。

該輪式懸磁吸附裝置其主要由輪體外殼、扇形永磁體擺錘、掛擺件、輪體外側(cè)橡膠構(gòu)成。所述輪體外殼橫截面為“日”字形結(jié)構(gòu)，其外側(cè)擋板為可拆卸的活動擋板，卸掉外側(cè)擋板后的輪體外殼為側(cè)置的“山”字形結(jié)構(gòu)，其中間軸為外圓內(nèi)方的中空結(jié)構(gòu)，該外圓內(nèi)方軸中的外圓部分用來通過軸承懸掛扇形永磁體擺錘，內(nèi)方孔用來配合方形驅(qū)動軸，驅(qū)動磁輪轉(zhuǎn)動。所述扇形永磁體擺錘側(cè)視圖為“凸”字形結(jié)構(gòu)，正視圖為碗狀“凹”字形結(jié)構(gòu)，其由強(qiáng)磁性材料（如釹鐵硼）制備而成，用來提供產(chǎn)生吸附力的強(qiáng)磁環(huán)境。在其上部分布置有兩個(gè)左右對稱的通孔，用來將扇形永磁體擺錘和掛擺件固定安裝到一起。所述掛擺件正視圖和側(cè)視圖均為“凸”字形結(jié)構(gòu)，掛擺件上布置有兩個(gè)左右對稱的螺紋孔，用來將扇形永磁體擺錘和掛擺件固定安裝到一起。掛擺件頂部有一通孔，軸承安裝在該通孔后懸掛在外圓軸上，用來實(shí)現(xiàn)掛擺件繞外圓內(nèi)方中空軸的轉(zhuǎn)動。所述輪體外側(cè)橡膠包覆在輪體外殼外圓柱面上，增大磁輪與導(dǎo)磁性壁面的摩擦系數(shù)，防止爬壁機(jī)器人在移動轉(zhuǎn)向過程中打滑。兩掛擺件分別夾在扇形永磁體擺錘前后上半部分，螺釘穿過掛擺件上的螺紋孔和扇形永磁體上的通孔后將三者固定擰緊。然后三者再通過固定在兩個(gè)掛擺件上的軸承懸掛在輪體外殼內(nèi)部的外圓內(nèi)方中空軸上，當(dāng)磁輪轉(zhuǎn)動時(shí)，實(shí)現(xiàn)扇形永磁體擺錘和掛擺件繞磁輪內(nèi)部外圓內(nèi)方中空軸的轉(zhuǎn)動。

采用鐘擺懸磁結(jié)構(gòu)，是經(jīng)過對永磁體磁感線和結(jié)構(gòu)改進(jìn)優(yōu)化，將永磁體設(shè)計(jì)為扇形可擺動結(jié)構(gòu)，將其懸掛在磁輪驅(qū)動軸上并可繞該驅(qū)動軸轉(zhuǎn)動。這樣，不僅減輕了磁輪總體重量還有效的提高了永磁體磁能的利用率。

該輪式懸磁吸附裝置，具體由輪體外殼101、扇形釹鐵硼永磁體擺錘105、掛擺件103與109、輪體外側(cè)橡膠102構(gòu)成。所述輪體外殼101橫截面為“日”字形結(jié)構(gòu)，其外側(cè)擋板可拆卸，卸掉外側(cè)擋板后的輪體外殼為側(cè)置的“山”字形結(jié)構(gòu)，其中間軸為外圓內(nèi)方的中空結(jié)構(gòu)，該外圓內(nèi)方軸的外圓用來懸掛扇形釹鐵硼永磁體擺錘105，內(nèi)方孔用來配合方形驅(qū)動軸，驅(qū)動磁輪轉(zhuǎn)動。所述扇形釹鐵硼永磁體擺錘105側(cè)視圖為“凸”字形結(jié)構(gòu)，正視圖為碗狀“凹”字形結(jié)構(gòu)，在其上部分布置有兩個(gè)左右對稱的通孔110與111，用來將扇形永磁體擺錘105和掛擺件103與109固定安裝到一起。所述掛擺件103與109正視圖和側(cè)視圖均為“凸”字形結(jié)構(gòu)，掛擺件103與109上布置有兩個(gè)左右對稱的螺紋孔，用來將扇形釹鐵硼永磁體擺錘105和掛擺件103與109固定安裝到一起。掛擺件103與109頂部有一通孔，深溝球軸承104與108安裝在該通孔，用來實(shí)現(xiàn)掛擺件103與109繞磁輪驅(qū)動軸轉(zhuǎn)動。所述輪體外側(cè)橡膠102包覆在輪體外殼101外圓柱面上，增大磁輪與導(dǎo)磁性壁面的摩擦系數(shù)，防止爬壁機(jī)器人在移動轉(zhuǎn)向過程出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。

兩掛擺件103與109分別夾在扇形永磁體擺錘105前后兩上半部分，螺釘穿過掛擺件103與109上的螺紋孔和扇形釹鐵硼永磁體105上的通孔110與111后將三者固定擰緊。然后三者再通過固定在兩個(gè)掛擺件上的深溝球軸承104與108懸掛在輪體外殼101內(nèi)部磁輪驅(qū)動軸上，當(dāng)磁輪轉(zhuǎn)動時(shí)，實(shí)現(xiàn)扇形釹鐵硼永磁體擺錘105和掛擺件103與109繞磁輪驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)動。