[实用新型]一种爬壁机器人的磁性轮装置

说明书

本实用新型公开了一种爬壁机器人的磁性轮装置，包括驱动机构、磁吸附机构和车轮组件，磁吸附机构包括磁铁固定座、轭铁和两个径向充磁且充磁方向相反的瓦状磁铁，轭铁为弧形结构，与瓦状磁铁的内壁相贴合，轭铁和瓦状磁铁置于磁铁固定座内；所述驱动机构固定在磁铁固定座上，包括电机；所述车轮组件包括车轮轮毂和轮胎皮，车轮轮毂由电机驱动，轮胎皮套装在车轮轮毂外侧。本实用新型将爬壁机器人的磁吸附机构、驱动机构和传动机构合理地集成在车轮组件中，实现了磁吸附式爬壁轮的集成化设计；磁吸附机构受到的指向壁面的吸附力分别由联轴器和轴承承担。

技术领域

本实用新型属于机器人技术领域，特别涉及一种爬壁机器人的磁性轮装置。

背景技术

爬壁机器人按照吸附方式分类，可分为磁吸式、负压式、仿生式、静电感应和螺旋桨推力等，其中磁吸式爬壁机器人的应用最为广泛。磁吸附是利用电磁铁或永磁铁产生的磁场与铁磁性壁面环境产生吸附力，主要可分为电磁铁和永磁铁两种吸附方式。电磁吸附利用电磁铁产生吸附力，可以通过电流调节吸附力的大小，但结构体积重量较大，系统断电时失去吸附力，存在一定安全隐患；永磁吸附机构采用永磁铁产生吸附力，吸附机构的结构体积和质量较小，且吸附力稳定，所以磁吸式爬壁机器人大都采用永磁铁的吸附方式。

在利用永磁铁吸附的爬壁机器人中，如何使用同等重量的永磁铁，产生最大的磁力是研究者们必须考虑的问题。一般采用优化永磁吸附单元的方法来实现永磁材料性能的最大化。除此之外，许多研究者基于Halbach阵列基础上开展磁铁排列的设计。Halbach阵列是美国学者Klaus Halbach在利用各种永磁铁结构产生的磁场做电子加速实验的时候，发现的一种特殊的永磁铁结构，并对其进行了逐步完善。它将径向与切向的永磁体按照一定的顺序交错排列，使得阵列的一侧磁场显著增强而另一侧则大幅减弱，从而获取单边强磁，帮助降低端边漏磁和提高气隙磁密，使用较少的磁体获得较大的磁力。

永磁铁吸附的爬壁机器人一部分是利用机身上的永磁铁完成吸附，另一部分是车轮上的永磁铁吸附，其中车轮结构能够较好的集成吸附机构、传动机构和驱动机构，也就是集成化的磁吸附式爬壁轮装置。

磁吸附式爬壁轮的主要研究难点在于车轮轮毂内部需要集成完整的吸附、传动和驱动的所有零部件，并且各个部件之间不能发生干涉。为了实现较为紧凑的磁吸附式爬壁轮结构，磁吸附机构上需要设计具有曲面结构的磁铁阵列，以适应车轮内壁的圆柱面结构，使得磁铁更紧贴壁面；传动和驱动机构的长度要求小于车轮总体宽度，且电机与编码器要与磁铁保持一定距离，以免强磁场影响了电子元件的正常工作。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种爬壁机器人的磁性轮装置，用于实现爬壁机器人在铁磁性壁面上的吸附。

为此，本实用新型的技术方案是：一种爬壁机器人的磁性轮装置，其特征在于：包括驱动机构、磁吸附机构和车轮组件，磁吸附机构包括磁铁固定座、轭铁和两个径向充磁且充磁方向相反的瓦状磁铁，轭铁为弧形结构，与瓦状磁铁的内壁相贴合，轭铁和瓦状磁铁置于磁铁固定座内；所述驱动机构固定在磁铁固定座上，包括电机；所述车轮组件包括车轮轮毂和轮胎皮，车轮轮毂由电机驱动，轮胎皮套装在车轮轮毂外侧。

优选地，所述磁铁固定座上安装有轴承，轴承与车轮组件的内壁相接触。

优选地，所述两个瓦状磁铁拼合后成扇形结构，轭铁贴合在内壁，磁铁固定座中间设有扇形的安装位，瓦状磁铁与轭铁拼合后放置在该安装位上。

优选地，所述驱动机构还包括电机固定座、减速器和联轴器，电机固定座固定在磁铁固定座上，电机安装在电机固定座上；所述减速器的输入端与电机轴相连接，减速器的输出端与联轴器相连接。

本实用新型采用钢轭铁来增加磁铁固定座下方的磁场强度，在磁铁固定座上方起到磁屏蔽的作用，不会对电机编码器产生影响；两块径向充磁的钕铁硼磁瓦充磁方向相反，与钢轭铁、铁磁性壁面构成闭合磁回路，提高了磁吸附式车轮的吸附力。