一种模块化轮式磁吸附爬壁机器人的制作方法

文档序号:12080734阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种模块化轮式磁吸附爬壁机器人,其特征是:包括两个相互独立的车体模块和四组结构相同的轮式永磁吸附单元,所述两个相互独立的车体模块分为左车体模块和右车体模块,二者结构相同,且外形与内部结构均以二者连接平面为中心呈对称布置,其中左车体模块由左车箱体内的左车箱体驱动电机103通过左车箱体电机驱动器、左车箱体减速器101与左车箱体前输出轴连接,左车箱体前输出轴通过左车箱体同步带106、左车箱体同步带轮109 、111、与左车箱体后输出轴104连接构成。

2.一种模块化轮式磁吸附爬壁机器人,其特征是:所述左车箱体由左车箱体上盖板、左车箱体外侧盖板、左车箱体底部盖板、左车箱体内侧盖板、左车箱体前端盖板、左车箱体后端尾部盖板、左车箱体外侧把手102、左车箱体后端尾部把手107、左车箱体前端把手、左车箱体驱动电机103和左车箱体减速器101支撑件、左车箱体减速器101固定支座、左车箱体电机驱动器支撑固定支架、左前端盖、左后端盖、定位块阴110、定位块阳119构成;

所述左车箱体外侧盖板、左车箱体底部盖板、左车箱体前端盖板、左车箱体后端尾部盖板、左车箱体外侧把手、左车箱体后端尾部把手和左车箱体前端把手分别布置在左车箱体四周,形成一个整体封闭式结构;所述左车箱体上盖板和左车箱体内侧盖板经螺钉固定安装在左车箱体上端面和内侧端面上;左车箱体上盖板右下角位置竖直排列有四个大小不同的防水防爆插头孔,用于车体整体密封式走线和机械与电气的相隔离;

所述左车箱体驱动电机103和左车箱体减速器101支撑件经螺钉固定在左车箱体内部,构成一种笼形结构,将驱动电机103和减速器101放置于笼子内部,不仅能稳定的支撑电机和减速器还能提高车体抗拉抗压强度,

左车箱体电机驱动器支撑固定支架经螺钉固定在左车箱体底盘内部侧面凸出部位,左车箱体电机驱动器经螺钉固定安装于左车箱体电机驱动器支撑固定支架上,左车箱体减速器固定支座上端固定在左车箱体减速器的固定法兰上,底端经螺钉固定在左车箱体底部盖板上,用来实现左车箱体减速器的固定与定位,所述左前端盖位于左车箱体前输出轴与左车箱体侧盖板相接触的外侧位置,左后端盖位于左车箱体后输出轴与左车箱体侧盖板相接触的外侧位置。

3.一种模块化轮式磁吸附爬壁机器人,其特征是:所述左车箱体的左前端盖和左后端盖跟输出轴相接触部位为动静双密封,用于实现左车箱体内部与左车箱体外部环境隔离开;即左车箱体在其与左车箱体上盖板和侧盖板接触的上端面与侧端面均开设矩形密封沟槽,在其与左前端盖与左后端盖连接处以输出轴为中心开设环形密封沟槽,其与左车箱体上盖板、侧盖板、左前端盖和左后端盖的连接,通过密封沟槽内布置的O形圈实现车体的整体静密封;在左车箱体前输出轴跟左前盖板相接触位置与左车箱体输出后轴跟左后盖板相接触位置均开设有环形密封沟槽,用来放置橡胶O形圈,实现车体旋转式动密封,达到整个车体全封闭式的密封。

4.一种模块化轮式磁吸附爬壁机器人,其特征是:所述左车箱体后端尾部把手107与左车箱体前端把手上侧面位置均竖直排列有一组通孔,右车箱体后端尾部把手107与右车箱体前端把手上侧面位置也同样均竖直排列有一组通孔,用于左右两车箱体模块拼接在一起,位于左右车箱体前端把手和后端尾部把手107上的通孔对正对齐,螺栓穿过该通孔跟螺母配合,实现左右车箱体的快速便捷拼接;在左车箱体底部盖板与左车箱体内侧盖板相接触位置的底盘中部,经螺钉固定有定位块阴110,在右车箱体底部盖板与右车箱体内侧盖板相接触位置的底盘中部,经螺钉安装固定有定位块阳119;所述定位块阳119为一带凸起结构,定位块阴110为一带凹陷结构,在定位块阳119和定位块阴110上分布有三组竖直分布的螺纹孔,用于定位块阳119凸起部分跟定位块阴110凹陷部分配合在一起,使左右车箱体对正组装在一起,再经螺钉将定位块阳119与定位块阴110拧紧固定在一起;穿过把手侧面通孔的螺栓与螺母以及定位块阳119与定位块阴110的结合连接,用于实现左右车箱体的快速拼接。

5.一种模块化轮式磁吸附爬壁机器人,其特征是:所述左车箱体驱动电机103和左车箱体减速器101固定在一起后,竖直布置在左车箱体驱动电机和左车箱体减速器支撑件105搭建构成的笼形结构内部;左车箱体减速器固定支座108为一“凸”字形形状,其上端经左车箱体减速器的固定法兰孔固定在左车箱体减速器上101,其底端固定在左车箱体底部盖板上,用于实现将驱动电机103与减速器101的固定与定位;左车箱体前输出轴贯穿左车箱体减速器101固定在轴承支座上,左车箱子体输出后轴104与左车箱体输出前轴平行固定在轴承支座上,左车箱体前输出轴和左车箱体后输出轴104均一端固定左车箱体同步带轮109、111,一端固定轮式永磁吸附单元210、220,两个左车箱体同步带轮109、111间张紧左车箱体同步带106,用于将左车箱体驱动电机输出的力和力矩传递到左车箱体输出后轴104上,实现单侧车体两磁轮210、220的同速转动,实现整个车体的四轮四驱形式。

6.一种模块化轮式磁吸附爬壁机器人,其特征是:所述轮式永磁吸附单元由环形永磁体217、外侧导磁轭铁211、内侧导磁轭铁213、定位套219和磁轮外侧橡胶212构成,所述环形永磁体217由强磁性材料:钕铁硼制备而成的环状结构,该环状结构为轴向充磁状态,该环形永磁体用于提供产生吸附力的强磁环境;所述外侧导磁轭铁211为柱状“山”字形结构,在其中心位置固定有用于磁轮驱动与装配的外圆内方中空轴,且外侧导磁轭铁211内侧面有四个环形阵列螺纹孔,用于配合内侧导磁轭铁213侧面四个螺纹孔实现磁轮的装配;内侧导磁轭铁213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;内侧导磁轭铁213内侧面有两组半径不同的环形阵列孔,半径较大的那一组环形阵列孔214用于实现环形永磁体的拆卸与维护,半径较小的那一组环形阵列孔215,用于通过螺钉实现外侧导磁轭铁211和内侧导磁轭铁213的固定与定位,外侧导磁轭铁211和内侧导磁轭铁213均由高磁导率材料:硅钢、铁镍合金制备而成,起到疏导聚拢磁感线的作用,所述定位套219为一由非导磁性材料制成的定位元件,其一部分套在外侧导磁轭铁211外圆内方轴的外圆上,顶紧外侧导磁轭铁,另一部分套在内侧导磁轭铁213外圆内方轴的外圆上,用于保证外侧导磁轭铁与内侧导磁轭铁的同轴度;所述环形永磁体217内嵌在外侧导磁轭铁211与内侧导磁轭铁213之间的凹槽内,内侧与外侧导磁轭铁包裹住环形永磁体217侧面和圆柱面;外侧导磁轭铁211经轴端螺钉跟磁轮驱动轴216固定在一起,外侧轭铁211和内侧导磁轭铁213通过各自侧面的螺纹孔经螺钉固定拧紧;包覆在外侧导磁轭铁211和内侧导磁轭铁213外表面上的磁轮外侧橡胶212,用于避免永磁体高温退磁的情况发生,及防止磁轮在转动过程中出现打滑现象。

7.一种模块化轮式磁吸附爬壁机器人的制作方法,其特征是:采用两个相互独立、左右对称的车体模块,两个相互独立、左右对称的车体模块外形和内部结构均以两者连接平面为对称轴呈对称布置,制作的模块化轮式磁吸附爬壁机器人,且两模块间机械和电气完全隔离,同时具备独立的防尘防水功能;

采用的轮式永磁吸附单元为夹心结构,即环形永磁体的侧面和圆柱面被两侧的导磁轭铁充分包裹,并在永磁体的圆柱面留有一宽度的气隙,形成一种夹心结构;环形永磁体其磁感线从N极出发,流经外侧导磁轭铁,穿过导磁性壁面后,流经内侧导磁轭铁,最后流回环形永磁体S极;该夹心式结构,使环形永磁体磁感线聚拢在一起,使磁感线穿过导磁性壁面形成闭合回路,大大改善了环形永磁体磁感线的利用率,使爬壁机器人更牢固地吸附在导磁性壁面上;

采用的四轮四驱运动形式,单侧车体两磁轮同速转动,该机器人左右两侧传动单元均采用同步带传动,车体驱动电机经减速器减速后,将力和力矩传递到车体前输出轴上,车体前输出轴和车体后输出轴平行布置,且均一端固定安装车体同步带轮,另一端固定安装轮式永磁吸附单元;两车体同步带轮间张紧车体同步带,从而将车体前输出轴上的力和力矩传递到车体后输出轴上,从而实现同侧车体两磁轮的同速转动,左右两侧传动相同,实现整个车体的四轮四驱运动形式,

采用的车体整体式密封,所述左车箱体在其与左车箱体上盖板接触的上端面开设矩形密封沟槽,在其与前端盖与后端盖连接处以输出轴为中心开设环形密封沟槽,当其与左车箱体上盖板、前端盖和后端盖连接时通过密封沟槽内布置的橡胶O形圈实现车体的整体静密封,前端盖与前输出轴、后端盖与后输出轴相对转动位置的前端盖和后端盖内部均开设有环形密封沟槽,用来放置橡胶O形圈,实现车体旋转式动密封,最终达到整个车体全封闭式密封的目的;整体静密封和旋转式动密封使爬壁机器人车体内部和外界环境完全隔离,使得机器人在导磁性壁面上快速爬行时依然能保持良好的密封性,实现了机器人在恶劣环境下的正常作业,

采用的轮式永磁吸附单元由环形永磁体、外侧导磁轭铁、内侧导磁轭铁、定位套、磁轮外侧橡胶构成,其中的环形永磁体由强磁性材料钕铁硼制备而成,用于提供强磁环境,并采用轴向充磁方式;外侧导磁轭铁为柱状“山”字形结构,其中心轴为外圆内方的中空结构,用于磁轮驱动与装配,且外侧导磁轭铁内侧面有四个环形阵列螺纹孔,用于配合外侧导磁轭铁侧面四个螺纹孔实现磁轮装配过程中的定位于固定;内侧导磁轭铁为柱状“王”字形结构,在其中心位置同样固定有一根外圆内方中空轴,用于磁轮装配与驱动,内侧导磁轭铁内侧面有两组半径不同的环形阵列孔,半径较大的那一组环形阵列孔用于实现环形永磁体的拆卸与维护,半径较小的那一组环形阵列孔,用于通过螺钉实现外侧导磁轭铁和内侧导磁轭铁的固定与定位,外侧导磁轭铁和内侧导磁轭铁均由高磁导率材料的硅钢、铁镍合金制备而成,起到疏导聚拢磁感线的作用;

采用的定位套为非导磁性材料制成的定位元件,其一端套在外侧导磁轭铁中心位置的外圆内方轴上,另一端套在内侧导磁轭铁外圆内方轴的外圆上,用于保证外侧导磁轭铁与内侧导磁轭铁的同轴度;采用的环形永磁体内嵌在外侧导磁轭铁与内侧导磁轭铁之间的凹槽内,内侧与外侧导磁轭铁包裹住环形永磁体侧面和圆柱面;外侧导磁轭铁经轴端螺钉跟磁轮驱动轴固定在一起,外侧轭铁和内侧导磁轭铁通过各自侧面的螺纹孔经螺钉固定拧紧;磁轮外侧橡胶包覆在外侧导磁轭铁和内侧导磁轭铁外表面上,避免产生包覆在永磁体上使得永磁体高温退磁的情况,磁轮外侧橡胶用来增大磁轮摩擦力,防止磁轮在转动过程中出现打滑现象,实现爬壁机器人在导磁壁面上灵活移动;

夹心式轮式永磁吸附单元工作时,环形永磁体的磁感线从N极流出,经外侧导磁轭铁疏导聚拢后,穿过导磁性壁面,流经内侧导磁轭铁,最后流回环形永磁体S极,形成了闭合磁感线回路,提高了磁感线利用率,增大了爬壁机器人在导磁壁面上的吸附力,避免了磁轮在转动过程中出现打滑现象,实现爬壁机器人在导磁性壁面上的灵活爬行。

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