[发明专利]一种基于弹簧形变的磁吸附力自适应调节装置及方法

说明书

本发明涉及一种用于非接触式永磁爬壁小车的基于弹簧形变的磁吸附力自适应调节装置及方法。它克服现有吸附力调节装置无法自适应的实时调节，达到直接测试并控制调节磁吸附力。其技术方案：该自适应调节装置的吸附机构与升降机构安装在小车底盘下部，吸附机构由弹簧连接，弹簧内部用滑动导杆规定运动路径，升降机构的丝杠与固定在黄铜板上的螺母连接，板上接有位移传感器；移动机构安装在小车底盘两侧和底部；控制反馈系统安装在小车底盘的上部，检测的信息经系统处理传递给控制器，将得到的信号数据对比。通过改变弹簧的形变量来实现磁吸附力自适应调节。本装置具有运动灵活负载大的优点，直接调节磁吸附力来控制吸附力大小能运用于复杂工况下。

技术领域

本发明涉及一种基于弹簧形变量来调节磁吸附力的自适应调节装置及方法，它广泛应用于非接触式永磁爬壁小车。

背景技术

爬壁机器人是一种能在垂直壁面上进行作业并具有移动和吸附功能的自动化设备，将其应用于储罐缺陷检测，具有很好的适用性。但是对于大型储罐来说，其罐壁厚度从底圈到顶圈会依次减薄，同时，罐壁可能出现凹坑或者凸起等壁面不平整的情况，这要求爬壁机器人必须具有(1)自主适应壁厚变化的能力；(2)与运动相匹配的吸附能力；(3)越障能力。对于铁磁性材料的壁面，通常采用永磁铁作为吸附元件。永磁吸附装置与被检壁面隔有一定间隙，两者之间产生磁吸附力，磁吸力越大，机器人运动时的运动阻力越大，其运动灵活性越差；磁吸力越小，机器人运动更灵活，但其在爬行过程中可能出现倾覆，无法工作。吸附系统需要在稳定吸附与灵活运动中权衡吸附力的大小，这对爬壁机器人吸附系统来讲存在技术难题，因此设计一种吸附力可调永磁吸附系统具有重要的工程应用前景。

针对吸附力可调的永磁吸附系统，在国内外研究中普遍将永磁铁置于履带、车轮或底盘上，采用改变永磁铁排布方式或者通过调节气隙的大小来实现对吸附力的控制。文献：可变磁力永磁轮式爬壁机器人的研究(张强强.太原理工大学，2013)中，提出了一种新型的可变磁力永磁车轮结构，通过永磁车轮外圈轭铁与永磁铁相互旋转1定角度，改变永磁车轮产生的磁力大小,实现磁力调节；U.S.Pat.NO.6,125,955同样也设计了磁轮式吸附装置，车轮包括若干相邻环形永磁磁极组，永磁铁磁盘排列在磁极组的圆周上，每个轮毂上至少固定一个永磁磁极组，其他磁极组与弹簧装置相连，用于壁面不平时吸附力的改变。磁轮式的设计缺陷在于车轮与壁面的接触面积过小，磁能利用率低，同时磁吸附力小，若要满足负载要求，则需增大磁轮，这样会造成爬壁机器人的自重增加，失去运动的灵活性。

U.S.Pat.NO.9428231提出在机器人底盘上安装一个具有弹性滑脚链的悬挂机构，将永磁铁置于吸附装置中，当遇到不平坦的壁面时能在弹簧伸缩的作用下实现；U.S.Pat.NO.3810515、 U.S.Pat.NO.6793026、中国专利申请号CN201010289541.2等专利以及文章：磁隙式爬壁机器人的研制(薛胜雄.机械工程学报：2011，47(21)：037-42)均提出，通过磁隙调节装置调节吸附单元与试验钢板之间的磁隙，但是此类装置只实现了吸附力大小可调节，不具有吸附力大小自适应调节的功能。