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 一种基于电磁吸附的爬壁机器人

 
【申请公布号:CN108657298A;申请权利人:江苏省特种设备安全监督检验研究院;发明设计人:黄凯; 李向东; 陈勇; 郝淼; 孙烨; 洪晓玮;】
 
摘要:
 
本发明涉及一种基于电磁吸附的爬壁机器人,包括框架、两条同步带以及若干电磁铁,框架的两侧分别设置有一组环形轨道,环形轨道的下半部内壁均贴敷有与电源连接的导电层;环形轨道内滑动设置有若干转动套,转动套的转轴均固定连接有一连接板,连接板上设置有导向孔;两条同步带分别在驱动机构的连接下设置于框架的两侧,若干电磁铁分布于两条同步带上,各电磁铁的线圈两极分别连接有一导杆,同一电磁铁两极连接的导杆分别滑动一组环形轨道上位于两个不同环形轨道上的连接板的导向孔内,转动套、连接板以及导杆均采用导电材料制成。本发明使得机器人的吸附性和灵活性均较好。 
 
主权项:
 
1.一种基于电磁吸附的爬壁机器人,其特征在于包括框架、两条同步带以及若干电磁铁,所述框架的两侧分别设置有一组环形轨道,一组环形轨道有两个;环形轨道采用绝缘材料制成,并且环形轨道的下半部内壁均贴敷有与电源连接的导电层;所述环形轨道内滑动设置有若干转动套,所述转动套的转轴均固定连接有一连接板,所述连接板上设置有导向孔;所述框架的两侧分别可转动地设置有若干同步带轮,所述两条同步带分别箍套在框架两侧的同步带轮上,所述同步带轮在驱动机构的作用下转动时,同步带带动框架行走,所述若干电磁铁分布于两条同步带上,各电磁铁的线圈两极分别连接有一导杆,同一电磁铁两极连接的导杆分别滑动一组环形轨道上位于两个不同环形轨道上的连接板的导向孔内,所述转动套、连接板以及导杆均采用导电材料制成;所述同步带带动框架行走时,转动套在连接板、导杆以及的牵拉之下沿环形轨道行走,当转动套位于环形轨道的下侧部时,电磁铁的线圈通电产生磁场。 
 
要求:
 
1.一种基于电磁吸附的爬壁机器人,其特征在于包括框架、两条同步带以及若干电磁铁,所述框架的两侧分别设置有一组环形轨道,一组环形轨道有两个;环形轨道采用绝缘材料制成,并且环形轨道的下半部内壁均贴敷有与电源连接的导电层;所述环形轨道内滑动设置有若干转动套,所述转动套的转轴均固定连接有一连接板,所述连接板上设置有导向孔;所述框架的两侧分别可转动地设置有若干同步带轮,所述两条同步带分别箍套在框架两侧的同步带轮上,所述同步带轮在驱动机构的作用下转动时,同步带带动框架行走,所述若干电磁铁分布于两条同步带上,各电磁铁的线圈两极分别连接有一导杆,同一电磁铁两极连接的导杆分别滑动一组环形轨道上位于两个不同环形轨道上的连接板的导向孔内,所述转动套、连接板以及导杆均采用导电材料制成;所述同步带带动框架行走时,转动套在连接板、导杆以及的牵拉之下沿环形轨道行走,当转动套位于环形轨道的下侧部时,电磁铁的线圈通电产生磁场。
 
2.根据权利要求1所述的基于电磁吸附的爬壁机器人,其特征在于,所述同步带轮有四个,对称分布于框架的两侧;所述驱动机构为步进电机,该步进电机设置于所述框架的内部,步进电机的输出轴与相应的同步带轮连接。
 
3.根据权利要求2所述的基于电磁吸附的爬壁机器人,其特征在于,所述框架连接有两个步进电机,其中一步进电机设置于框架前部内侧,另一步进电机连接于框架后部内侧。
 
4.根据权利要求2所述的基于电磁吸附的爬壁机器人,其特征在于,所述框架的侧部设置有安装孔,所述步进电机的主轴穿过所述安装孔并且使得主轴的端部位于框架的外侧,从而,相应同步带轮连接于所述主轴的端部。
 
5.根据权利要求4所述的基于电磁吸附的爬壁机器人,其特征在于,所述安装孔内置有轴承套杯,所述轴承套杯内沿主轴纵向设置有两个轴承,所述电机的主轴经由两个轴承与所述轴承套杯连接。
 
6.根据权利要求5所述的基于电磁吸附的爬壁机器人,其特征在于,所述主轴的中部侧壁设置有与轴承套杯的内侧沿口相对的环形卡槽,所述轴承套杯的内侧沿口连接有置于所述环形卡槽内的卡圈。
 
 
一种基于电磁吸附的爬壁机器人
技术领域
 
本发明涉及一种爬壁机器人,尤其是一种能够吸附在钢铁壁面的爬壁机器人,属于工业技术领域。
 
背景技术
 
移动机器人主要由移动平台(行走机构)、执行机构及相关驱动动力、信息感知与控制系统等构成。行走机构可以分为轮式(包括履带式)和足式(腿式)等形式。在平坦、坚实的地面,轮式运动比腿式运动效率高,而且结构简单、活动灵活。一般性的移动机器人通常采用轮式运动机构。腿式运动适宜于粗糙和非结构化地形,机构自由度多,控制复杂。腿式运动以一系列机器人和地面之间的点接触为特征。其主要优点包括在粗糙地形上良好的自适应性和机动性。
 
目前,国内外广泛开展爬壁机器人研究。爬壁机器人的吸附方式主要有负压吸附、仿生干性粘合剂吸附和磁力吸附等。负压吸附不受工作条件和工作介质限制,但是当吸附壁面有裂纹或凹凸时,吸盘容易漏气。干性粘合剂吸附是利用各种物体接触面之间的分子力进行吸附,可以在任意场合应用。磁力吸附方式仅适用于导磁材料的壁面。磁力吸附可以分为电磁铁吸附、永磁体吸附、电磁和永磁混合吸附。
 
检索发现,申请号2010102893277的中国专利提出了“轮式越障爬壁机器人”,永磁铁安装在机器人底盘下,与被吸附面形成面状非接触吸附。由于磁力是恒定的,所以这个磁力既是吸附力,也成为运动的阻力。磁力越大,吸附性越好,但是机动性越差。磁力越小,机动性越好,但是吸附性越差。申请号2015106680094的中国专利提出了“爬壁机器人”,变磁吸附单元轮流与风电塔筒表面吸附与脱离。但是所采用的变磁吸附单元体积笨重,而且该专利采用机械拨杆控制吸附单元的磁力,可靠性低。申请号2017107659155的中国专利提出了“一种轮式磁吸附爬壁机器人”,吸附模块由永久磁条构成,通过调整吸附模块上的螺栓来调整永久磁条与作业壁面之间的间隙(5-10mm)。机器人移动时,吸附力下降,安全性降低。申请号为2017100147777的中国专利提出了“一种吸附在钢铁壁面的爬壁机器人”,电磁铁通过电刷与通电板导通得点、脱离时失电。也就是说,电磁铁的轮流通电保证了爬壁机器人的吸附性和较好的灵活性。电磁铁上面固定压缩弹簧(接通电磁铁的一根引线),弹簧的另外一端连接电刷触点,触点与通电板接触得电。
 
发明内容
 
本发明的目的是提供一种吸附性和灵活性均较好,能够在钢铁壁面移动的爬壁机器人,具体由以下技术方案实现:
 
一种基于电磁吸附的爬壁机器人,包括框架、两条同步带以及若干电磁铁,所述框架的两侧分别设置有一组环形轨道,一组环形轨道有两个;环形轨道采用绝缘材料制成,并且环形轨道的下半部内壁均贴敷有与电源连接的导电层;所述环形轨道内滑动设置有若干转动套,所述转动套的转轴均固定连接有一连接板,所述连接板上设置有导向孔;所述框架的两侧分别可转动地设置有若干同步带轮,所述两条同步带分别箍套在框架两侧的同步带轮上,所述同步带轮在驱动机构的作用下转动时,同步带带动框架行走,所述若干电磁铁分布于两条同步带上,各电磁铁的线圈两极分别连接有一导杆,同一电磁铁两极连接的导杆分别滑动一组环形轨道上位于两个不同环形轨道上的连接板的导向孔内,所述转动套、连接板以及导杆均采用导电材料制成;所述同步带带动框架行走时,转动套在连接板、导杆以及的牵拉之下沿环形轨道行走,当转动套位于环形轨道的下侧部时,电磁铁的线圈通电产生磁场。
 
所述的基于电磁吸附的爬壁机器人,其进一步设计在于,所述同步带轮有四个,对称分布于框架的两侧;所述驱动机构为步进电机,该步进电机设置于所述框架的内部,步进电机的输出轴与相应的同步带轮连接。
 
所述的基于电磁吸附的爬壁机器人,其进一步设计在于,所述框架连接有两个步进电机,其中一步进电机设置于框架前部内侧,另一步进电机连接于框架后部内侧。
 
所述的基于电磁吸附的爬壁机器人,其进一步设计在于,所述框架的侧部设置有安装孔,所述步进电机的主轴穿过所述安装孔并且使得主轴的端部位于框架的外侧,从而,相应同步带轮连接于所述主轴的端部。
 
所述的基于电磁吸附的爬壁机器人,其进一步设计在于,所述安装孔内置有轴承套杯,所述轴承套杯内沿主轴纵向设置有两个轴承,所述电机的主轴经由两个轴承与所述轴承套杯连接。
 
所述的基于电磁吸附的爬壁机器人,其进一步设计在于,所述主轴的中部侧壁设置有与轴承套杯的内侧沿口相对的环形卡槽,所述轴承套杯的内侧沿口连接有置于所述环形卡槽内的卡圈。
 
本发明有益效果在于:
 
本发明利用环形轨道、导电层、连接板以及导杆连接电源和电磁铁,使得机器人的吸附性和灵活性均较好。
 
附图说明
 
一种基于电磁吸附的爬壁机器人
图1是本发明实施例的三维示意图。
 
一种基于电磁吸附的爬壁机器人
图2是实施例的侧视图。
 
一种基于电磁吸附的爬壁机器人
图3电磁铁局部示意图。
 
一种基于电磁吸附的爬壁机器人
图4是电机主轴与轴承套杯之间的结构关系示意图。
 
具体实施方式
 
以下结合说明书附图以及实施例对本发明进行进一步说明:
 
如图1、图2所示的一种基于电磁吸附的爬壁机器人,包括框架4、两条同步带1以及若干电磁铁2,所述框架的两侧分别设置有一组环形轨道,一组环形轨道7有两个;环形轨道采用绝缘材料制成,经由固定架8固定设置在框架4内;并且环形轨道的下半部内壁均贴敷有与电源连接的导电层,具体而言,如图3所示,同一组环形轨道上的导电层为铜皮9、铜皮12;所述环形轨道内滑动设置有若干转动套6-2,所述转动套的转轴6-1均固定连接有一连接板6-3,所述连接板上设置有导向孔;所述两条同步带分别在驱动机构的连接下设置于所述框架的两侧的同步带轮3上,所述若干电磁铁分布于两条同步带上,各电磁铁的线圈两极分别连接有一导杆,即导杆11和导杆14经由导杆支架13连接于电磁铁的线圈两极;同一电磁铁两极连接的导杆分别滑动一组环形轨道上位于两个不同环形轨道上的连接板的导向孔内,所述转动套、连接板以及导杆均采用导电材料制成;所述导电同步带带动框架行走时,转动套在连接板、导杆以及的牵拉之下沿环形轨道行走,当转动套位于环形轨道的下侧部时,电磁铁的线圈通电产生磁场。
 
并且,实际上为了确保导电接触效果,每条环形轨道具有上下相对的两个轨道面,作为导电层的铜皮贴付在上下两个轨道面上,从而无论转动套与哪个铜皮接触都能起到导电效果。
 
另外,具体而言,驱动机构为步进电机5,该步进电机设置于所述框架的侧部,并且经由可转动设置于框架两侧的同步带轮3与相应的同步带驱动连接。所述框架的侧部设置有安装孔,所述步进电机的主轴16连接于所述安装孔内。
 
安装孔的外侧固定连接有法兰盖21,所述安装孔内置有轴承套杯17,轴承套杯经由螺钉20固定连接于法兰盖,所述轴承套杯内沿主轴纵向设置有两个轴承即轴承19、轴承20,所述电机的主轴经由两个轴承与所述轴承套杯连接。
 
所述主轴的中部侧壁设置有与轴承套杯的内侧沿口相对的环形卡槽,所述轴承套杯的内侧沿口连接有置于所述环形卡槽内的卡圈15。卡圈能够防止主轴16的轴向串动。
 
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