基于磁性座原理的爬壁机器人的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于磁性座原理的爬壁机器人，包括载物台、底板以及四条爬行腿，爬行腿包括大腿支架、小腿支架、可变磁力的磁吸附单元和舵机，磁吸附单元包括磁吸附单元支架、磁性座和磁吸附单元舵机，磁吸附单元支架外侧还安装有足部传感器，载物台上设有中央控制单元，底板上设有电池和舵机控制板，中央控制单元检测足部传感器的信号并发送相应指令给舵机控制板，舵机控制板控制爬行腿上设置的舵机进而控制爬行腿的协调运动。该爬壁机器人的磁吸附单元的磁吸力可调，同时在壁面静止吸附时不消耗电能，即使断电也不掉落，且在移动作业时，采用四足步态爬行，能轻松跨过法兰盘、焊缝、曲面、转角等障碍物，具有良好的越障能力。
【专利说明】 基于磁性座原理的爬壁机器人
【技术领域】
[0001]本发明涉及爬壁机器人【技术领域】，具体是一种基于磁性座原理的四足式爬壁机器人。
【背景技术】
[0002]磁吸附式爬壁机器人以其原理简单、在磁性材料上吸附力大、控制简单、成本低等优势，在以磁性材料表面为壁面的爬壁机器人中占有很大的比重，且技术已经比较成熟，早已运用于消防、造船、检测等多种场合。
[0003]爬壁机器人必须具备两个基本功能:壁面吸附和移动作业。传统的磁吸附式机器人的吸附方式分为永磁型吸附和电磁铁吸附两种。永磁型吸附机构是依靠永磁体提供吸力，例如清华大学研制的专利号为ZL00200795.9的“履带式永磁爬壁机构”就采用了永磁型吸附单元，此种吸附单元产生的磁吸附力不能改变，在吸附单元脱离壁面时需要消耗额外的能量，增加了运动阻力；电磁铁吸附机构是通过电磁铁提供磁吸力，将机器人吸附于壁面上，如专利号为ZL97219169.0的实用新型专利“履带式电磁吸附机构”就是采用类似的原理，每个吸附单元在电流的作用下，产生磁吸附力，这种电磁吸附单元的特点是工作是需要消耗电能，且安全性较差，当意外断电时机器人易与避免脱落摔毁。
[0004]在移动作业方面，传统的磁吸附式爬壁机器人多采用履带式，这种结构虽然吸附力大，但是机器人必须保证与壁面的紧密贴合，因此在移动作业时越障能力差，在遇到法兰盘、焊缝、曲面、转角等地方时，就无法通过。
实用新型内容
[0005]为解决上述问题，本实用新型提供一种基于磁性座原理的爬壁机器人，使爬壁机器人的磁吸附单元的磁吸力可调，同时在壁面静止吸附不消耗电能，即使断电也不掉落，且在移动作业时，采用四足步态爬行，能轻松跨过障碍物，具有良好的越障能力。
[0006]本实用新型提供的技术方案为:一种基于磁性座原理的爬壁机器人，包括载物台、底板以及和两者均连接的爬行腿，底板安装在载物台下方，所述爬行腿共设置有四条，磁吸附单元包括磁吸附单元支架、磁性座和磁吸附单元舵机，磁吸附单元支架外侧还安装有足部传感器，各个爬行腿包括依次连接的大腿支架、小腿支架和可变磁力的磁吸附单元，其中大腿支架与载物台和底板连接处、大腿支架与小腿支架连接处以及小腿支架与磁吸附单元连接处还分别连接有舵机；载物台上设有中央控制单元，底板上设有电池和舵机控制板，电池为整个装置供电，中央控制单元检测足部传感器的信号并发送相应指令给舵机控制板，舵机控制板控制爬行腿上设置的舵机进而控制爬行腿的协调运动。
[0007]所述磁吸附单元的磁性座包括箱体，其中箱体由两个铸铁浇铸成的半箱体组成，两个半箱体中间用不导磁的黄铜隔开，箱体里设置有可以自由转动的圆柱形永磁体，拨杆嵌在永磁体的凹槽里且相对于永磁体固定。
[0008]所述磁吸附单元中磁吸附单元舵机的输出轴与磁性座的拨杆相连，通过控制磁吸附单元舵机的旋转角度来控制磁性座中永磁体的旋转角度，进而控制磁性座吸力的大小及有无。
[0009]与现有的磁吸附式爬壁机器人相比，该爬壁机器人的磁吸附单元的磁吸力可调，同时在壁面静止吸附时不消耗电能，即使断电也不掉落，且在移动作业时，采用四足步态爬行，能轻松跨过法兰盘、焊缝、曲面、转角等障碍物，具有良好的越障能力。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为本实用新型的整体结构示意图；
[0011]图2为本实用新型的壁面吸附状态示意图；
[0012]图3为本实用新型磁性座的外部结构示意图；
[0013]图4为本实用新型磁性座吸合状态示意图；
[0014]图5为本实用新型磁性座放开状态示意图；
[0015]图6为图5中的A-A剖视图；
[0016]图7为本实用新型磁性座的回弹力矩与旋转角度的关系图。
[0017]图中:1、载物台，2、底板，3、舵机，4、大腿支架，5、小腿支架，6、磁性吸附单元支架，
7、磁性座，8、磁吸附单元舵机，9、螺杆，10、电池，11、左前腿，12、右前腿，13、右后腿，14、左后腿，15、足部传感器，16、舵机控制板，17、中央控制单元，18、拨杆，19、黄铜，20、箱体，21、永磁体，22、舵机输出轴。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。
[0019]如图1和图2所示，本发明提供一种基于磁性座原理的爬壁机器人，包括载物台1、底板2以及和两者均连接的四条爬行腿，这四条爬行腿分别为左前腿11、左后腿14、右前腿12和右后腿13，底板2安装在载物台I下方，各个爬行腿包括通过螺杆9依次连接的大腿支架4、小腿支架5和可变磁力的磁吸附单元，磁吸附单元包括磁吸附单元支架6、磁性座7和磁吸附单元舵机8，磁吸附单元支架6外侧还安装有足部传感器15，其中大腿支架4与载物台I和底板2连接处、大腿支架4与小腿支架5连接处以及小腿支架5与磁吸附单元连接处还分别连接有舵机3，每个舵机3用来提一个方向的自由度，每条爬行腿上安装有三个舵机，即每条爬行腿都有三个自由度，整个爬壁机器人共有十二个自由度。载物台I上设有中央控制单元17，底板2上设有电池10和舵机控制板16，电池10为整个装置供电，中央控制单元17检测足部传感器15的信号并发送相应指令给舵机控制板16，舵机控制板16控制爬行腿上设置的舵机3进而控制爬行腿的协调运动，再配合爬行腿足底磁吸附单元磁力的开断，可实现在磁性壁面上以三角步态四足交替爬行的直线行走、拐弯及越障等功能。
[0020]如图3和图6所示，磁吸附单元中磁性座7包括箱体20，其中箱体由两个铸铁浇铸成的半箱体组成，两个半箱体中间用不导磁的黄铜19隔开，箱体里设置有可以自由转动的圆柱形永磁体21,拨杆18嵌在永磁体21的凹槽里且相对于永磁体21固定。磁性座的拨杆18与磁吸附单元舵机8的舵机输出轴22相连，通过控制磁吸附单元舵机8的旋转角度来控制磁性座7里面圆柱形永磁体21的旋转角度，即可控制磁吸附单元的吸附力量的大小及有无。只要磁吸附单元舵机8的旋转角度不变，即使是在断电的情况下，磁吸附力也是固定不变的。
[0021 ] 如图4、图5和图7所示，为磁性座的工作原理图和回弹力矩与旋转角度的关系图，如图4中所示，当拨杆18转到180°时，与拨杆18相连的永磁体21同样转到180°，永磁体21通过箱体20产生磁力，磁性座7此时处于吸合状态，磁力最大；如图5所示，当拨杆18转到90°时,与拨杆18相连的永磁体21同样转到90° ,黄铜19遏制永磁体21磁化,磁性座7处于放开状态,磁力最小。
[0022]当爬壁机器人处于壁面吸附状态时，左前腿11、右前腿12、左后腿14以及右后腿13中足底磁吸附单元的磁吸附单元舵机8旋转90度，此时磁性座7的磁吸附力最大，如图7所示，处于吸合状态，因此，爬壁机器人的四条腿都牢牢吸附在壁面上，方便爬壁机器人进行其他工作。
[0023]当爬壁机器人处于移动作业状态时，左前腿11和右后腿13中足底磁吸附单元的磁吸附单元舵机8旋转180°，此时，足底的磁性座7的吸附力最小，如图7所示，处于放开状态，此时左前腿11和右后腿13关节处的舵机3将控制这两条爬行腿抬起向前迈步，由于右前腿12和左后腿14依旧牢牢吸附在壁面，故爬壁机器人不会滑落。在足部传感器15检测到足底与壁面接触之后，左前腿11和右后腿13足底的磁吸附单元的磁吸附单元舵机8旋转90°，此时足底的磁性座7的磁吸附力最大，如图7所示，处于吸合状态。然后爬壁机器人将保持左前腿11和右后腿13的吸附状态，同时断开右前腿12和左后腿14足底的吸附状态，右前腿12和左后腿14抬起向前迈步，依次循环，以实现移动作业及越障功能。
【权利要求】
1.一种基于磁性座原理的爬壁机器人，包括载物台、底板以及和两者均连接的爬行腿，底板安装在载物台下方，其特征在于:所述爬行腿共设置有四条，各个爬行腿包括依次连接的大腿支架、小腿支架和可变磁力的磁吸附单元，磁吸附单元包括磁吸附单元支架、磁性座和磁吸附单元舵机，磁吸附单元支架外侧还安装有足部传感器，其中大腿支架与载物台和底板连接处、大腿支架与小腿支架连接处以及小腿支架与磁吸附单元连接处还分别连接有舵机；载物台上设有中央控制单元，底板上设有电池和舵机控制板，电池为整个装置供电，中央控制单元检测足部传感器的信号并发送相应指令给舵机控制板，舵机控制板控制爬行腿上设置的舵机进而控制爬行腿的协调运动。
2.根据权利要求1所述的基于磁性座原理的爬壁机器人，其特征在于:所述磁吸附单元的磁性座包括箱体，其中箱体由两个铸铁浇铸成的半箱体组成，两个半箱体中间用不导磁的黄铜隔开，箱体里设置有可以自由转动的圆柱形永磁体，拨杆嵌在永磁体的凹槽里且相对于永磁体固定。
3.根据权利要求1或2所述的基于磁性座原理的爬壁机器人，其特征在于:所述磁吸附单元中磁吸附单元舵机的输出轴与磁性座的拨杆相连，通过控制磁吸附单元舵机的旋转角度来控制磁性座中永磁体的旋转角度，进而控制磁性座吸力的大小及有无。
【文档编号】B62D57/024GK203793467SQ201420201407
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年4月24日 优先权日:2014年4月24日
【发明者】程帅, 许健非, 刘云龙, 薛志强, 刘晓伟, 刘娜 申请人:中北大学