[实用新型]一种轮式永磁吸附装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及工业机器人技术领域，特别涉及一种轮式永磁吸附装置，该装置可应用于机器人领域。本发明要解决的技术问题是为爬壁机器人等行走设备提供一种体积小、重量轻、易于维护、具备高摩擦系数、同时比现有永磁吸附装置磁能利用率更高的轮式永磁吸附装置，以实现爬壁机器人等行走设备在各类导磁性壁面上的可靠吸附与灵活爬行。

背景技术

近年来，机器人在各个领域均得到了广泛应用与发展。用机器人代替人工从事各种劳动强度大、危险性高、简单重复的工作，已是社会发展的必然趋势。爬壁机器人作为移动机器人的一种，能吸附在各类壁面上且可携带相应工具完成一定作业，广泛应用于核工业、石化、船舶、建筑、消防等领域，代替人工进行清洗、检测、维护、观察、搜救等作业。因此，研发高性能、高可靠性的爬壁机器人已成为各行各业的迫切需求与研发重点。目前，爬壁机器人常采用的磁吸附方式主要分为电磁吸附和永磁吸附两种，其中永磁吸附方式因具有吸附不耗能、安全性较高等诸多优点得到了较广应用。

经专利检索发现，专利号为：200820176461.4的专利涉及一种橡胶磁轮吸附驱动机构，其采用两块钢轮夹紧一个环形永磁磁轮，并在磁轮外侧包裹一层橡胶敷层以提高磁轮摩擦力。该结构虽从原理上能够实现对导磁性壁面的吸附，但实用意义有限，存在诸多不足，具体如下：（1）从原理上看，该专利磁路设计欠佳，磁场方向未明确指出，且仅采用普通钢轮与环形永磁体局部接触，导磁能力有限，磁能利用率较低；（2）从结构上看，该专利结构设计极不合理，两块钢轮通过中间凸起部位的外圆柱面与环形永磁体内圆柱面实现定位，利用吸附力实现二者连接，须知永磁体均为脆性材料且对钢轮存在巨大作用力，装配难度较大，如定位圆柱面配合过紧，装配过程中不易定位且易发生永磁体破碎现象，如定位圆柱面配合较松，两块钢轮的同轴度不易保证。同时，磁轮运动过程中可能存在较大的轴向载荷，仅依靠吸附力连接，极不可靠且不易拆卸维护，另外，考虑永磁体为低强度脆性材料，工作过程中直接承受壁面压力，寿命会大大缩短；（3）从工艺上看，该专利可行性欠佳，该专利将橡胶直接包裹在环形永磁体上，须知即使目前最先进的包胶工艺包胶过程中所需的温度亦能使当今最耐温的永磁体退磁。

目前应用于爬壁机器人的磁吸附装置普遍存在结构笨重、不易维护、摩擦力小、磁能利用率低等诸多局限，已成为阻碍爬壁机器人研发与应用的瓶颈问题。针对现有永磁吸附装置存在的诸多不足，急需提出了一种体积小、重量轻、易于维护、具备高摩擦力、同时比现有永磁吸附装置磁能利用率更高的新型轮式永磁吸附装置，以实现爬壁机器人等行走设备在各类导磁性壁面上的可靠吸附与灵活爬行。

发明内容

针对上述技术不足，本实用新型提供一种轮式永磁吸附装置，该装置采用夹心结构，将环形永磁体内嵌在两块高磁导率轭铁，如硅钢、铁镍合金等之间的凹槽内，两导磁轭铁分别充分接触包裹轴向充磁的永磁体两极，使两极磁感线充分聚拢，不仅提高了磁能利用率还避免了环形永磁体跟导磁性壁面的直接接触，弥补了环形永磁体易碎、强度低的缺陷。

为实现上述发明目的，本实用新型采用如下技术方案

一种轮式永磁吸附装置，该轮式永磁吸附装置由环形钕铁硼永磁体103、外侧硅钢导磁轭铁101、内侧硅钢导磁轭铁104、定位套105、磁轮外侧橡胶102组成，所述的定位套105由非导磁性材料制成的定位元件，其一端套在外侧硅钢导磁轭铁101中心的外圆上，另一端套在内侧硅钢导磁轭铁104中心部位位置的外圆上，实现外侧硅钢导磁轭铁101与内侧硅钢导磁轭铁104的径向定位，保证了安装时两者的同轴度；所述的环形钕铁硼永磁体103内嵌在外侧硅钢导磁轭铁101与内侧硅钢导磁轭铁104之间的凹槽内；外侧硅钢导磁轭铁101经驱动轴末端的螺钉109跟磁轮驱动轴106固定在一起，外侧硅钢导磁轭铁101和内侧硅钢导磁轭铁104分别通过各自侧面的螺纹孔107与110固定拧紧，构成夹心结构轮式永磁吸附单元；且磁轮外侧橡胶102包覆在外侧硅钢导磁轭铁101和内侧硅钢导磁轭铁104外圆柱面上，用于增大磁轮摩擦力，避免磁轮在转动过程中出现打滑现象。

一种轮式永磁吸附装置，所述的外侧硅钢导磁轭铁101为柱状“山”字形结构，其中心轴为用于磁轮驱动与装配的外圆内方中空结构；外侧硅钢导磁轭铁101内侧面有四个环形阵列螺纹孔110，用于配合内侧硅钢导磁轭铁104侧面四个螺纹孔107实现磁轮内外侧导磁轭铁和环形永磁体的固定与定位；内侧硅钢导磁轭铁104为柱状“王”字形结构，在其中心位置同样固定有一外圆内方中空轴，用于磁轮装配与驱动。