一种轮式悬磁吸附装置的制作方法

本发明涉及工业机器人技术领域，特别涉及一种轮式悬磁吸附装置，该装置可应用于爬壁机器人领域。本发明主要针对现有爬壁机器人爬行稳定性欠佳、运动灵活性较差等问题，通过对传统轮式永磁吸附装置的结构和磁感线的双重改进优化，设计出了一种轮式悬磁吸附装置。该装置中的永磁体像摆钟摆锤一样悬挂在磁轮驱动轴上并可绕该驱动轴摆动，为爬壁机器人提供稳定可靠吸附力的同时，不影响机器人在导磁性壁面上的灵活爬行。

背景技术：

爬壁机器人作为移动机器人的一种，因具有可在导磁性壁面上灵活爬行，携带工具完成一定任务的特点，所以自爬壁机器人问世以来，就受到世界各国学者的广泛关注。爬壁机器人可代替人工执行简单重复、危险性高、劳动强度大的任务，尤其在船舶、石化等领域的日常维护作业中，爬壁机器人发挥了极大作用。然而现有爬壁机器人普遍存在稳定性欠佳、运动灵活性较差等缺点。要想提高机器人爬壁稳定性，就需要增大机器人磁吸附单元的吸附力，传统增大磁吸附力的方法普遍单纯增加永磁体数量，从而造成磁吸附单元整体重量较重，影响机器人爬行灵活性。此时在不降低机器人吸附力性能前提下，减轻吸附单元重量就显得极为重要。

技术实现要素：

针对上述技术不足，本发明克服了现有磁吸附技术中吸附力与吸附单元重量的矛盾，提出了一种轮式悬磁吸附装置。本发明基于轻量化原则和最大限度利用磁能的原则，将永磁体设计成扇形可摆动结构。该扇形永磁体像摆钟摆锤一样悬挂在磁轮驱动轴上并可绕该驱动轴摆动。在增大磁吸附力的同时，并未增加磁吸附单元的整体重量，从而在保证机器人爬行稳定性的前提下也兼顾其转向运动灵活性。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案

一种轮式悬磁吸附装置，该轮式悬磁吸附装置由轮体外壳101、扇形钕铁硼永磁体摆锤105、挂摆件103与109、轮体外侧橡胶102构成，所述轮体外壳101横截面为“日”字形结构，其外侧挡板为可拆卸挡板，卸掉外侧挡板后的轮体外壳为侧置的“山”字形结构，其中间轴为外圆内方的中空结构，该外圆内方轴的外圆用来悬挂扇形钕铁硼永磁体摆锤105，内方孔用来配合方形驱动轴，驱动磁轮转动；所述扇形钕铁硼永磁体摆锤105侧视结构为“凸”字形结构，正视结构为碗状“凹”字形结构，在其上部分布置有两个左右对称的通孔110与111，用来将扇形永磁体摆锤105与挂摆件103、摆件109固定在一起；所述轮体外侧橡胶102包覆在轮体外壳101外圆柱面上，用于增大磁轮与导磁性壁面的摩擦系数，防止爬壁机器人在移动转向过程出现打滑现象。

一种轮式悬磁吸附装置，所述挂摆件103与109正视结构和侧视结构均为“凸”字形结构，挂摆件103与109上布置有两个左右对称的螺纹孔，用来将扇形钕铁硼永磁体摆锤105和挂摆件103与109固定在一起；挂摆件103与109顶部有一通孔，该通孔设置有深沟球轴承104、深沟球轴承108，用来实现挂摆件103与109绕磁轮驱动轴转动。

一种轮式悬磁吸附装置，所述两挂摆件103与109分别夹在扇形永磁体摆锤105前后两上半部分，螺钉穿过挂摆件103与109上的螺纹孔和扇形钕铁硼永磁体105上的通孔110与111将三者固定拧紧；三者再通过固定在两个挂摆件上的深沟球轴承104与108悬挂在轮体外壳101内部磁轮驱动轴上，在磁轮转动状态，用于实现扇形钕铁硼永磁体摆锤105和挂摆件103与109绕磁轮驱动轴的转动。

一种轮式悬磁吸附装置的制作方法，采用轻量化原则和最大限度利用磁能的原则，将永磁体设计成扇形可摆动结构，该扇形永磁体像摆钟摆锤一样悬挂在磁轮驱动轴上，并可绕该驱动轴摆动；在增大磁吸附力的同时，并未增加磁吸附单元的整体重量，从而在保证机器人爬行稳定性的前提下也兼顾其转向运动灵活性，具体实施方法如下：

采用的轮体外壳横截面为“日”字形结构，其外侧挡板为可拆卸的活动挡板，卸掉外侧挡板后的轮体外壳为侧置的“山”字形结构，其中间轴为外圆内方的中空结构，该外圆内方轴中的外圆部分用来通过轴承悬挂扇形永磁体摆锤，内方孔用来配合方形驱动轴，驱动磁轮转动；

采用的扇形永磁体摆锤侧视结构为“凸”字形结构，正视结构为碗状“凹”字形结构，其由强磁性材料的钕铁硼制备而成，用来提供产生吸附力的强磁环境；在其上部分布置有两个左右对称的通孔，用来将扇形永磁体摆锤和挂摆件固定安装到一起；所述挂摆件正视结构和侧视结构均为“凸”字形结构，挂摆件上布置有两个左右对称的螺纹孔，用来将扇形永磁体摆锤和挂摆件固定安装到一起；挂摆件顶部有一通孔，轴承安装在该通孔后悬挂在外圆轴上，用来实现挂摆件绕外圆内方中空轴的转动；

采用的轮体外侧橡胶包覆在轮体外壳外圆柱面上，增大磁轮与导磁性壁面的摩擦系数，防止爬壁机器人在移动转向过程中打滑；两挂摆件分别夹在扇形永磁体摆锤前后上半部分，螺钉穿过挂摆件上的螺纹孔和扇形永磁体上的通孔后将三者固定拧紧，然后三者再通过固定在两个挂摆件上的轴承悬挂在轮体外壳内部的外圆内方中空轴上，当磁轮转动时，实现扇形永磁体摆锤和挂摆件绕磁轮内部外圆内方中空轴的转动。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：

（1）在保证磁吸附力的前提下，减轻磁吸附单元重量极为重要。该装置基于最大限度提高永磁体磁感线利用率的原则，对永磁体结构合理优化，将永磁体设计为扇形可摆动结构，不仅降低了该装置整体重量且还降低了成本。

（2）扇形永磁体悬挂在磁轮壳体内部，避免了扇形永磁体与导磁性壁面直接接触，弥补了永磁体易碎、强度低的缺陷。

(3) 该钟摆式悬磁吸附装置重量轻，体积小且装配过程简单，易于实现拆卸与维护。

附图及说明

图1是本发明轮式悬磁装置外观轴测图；

图2是本发明轮式悬磁装置右视图；

图3是本发明轮式悬磁装置左视图；

图4是本发明挂摆件与扇形钕铁硼永磁体装配示意图；

图5是本发明轮式悬磁装置剖面图；

图中：101轮体外壳、102轮体外侧橡胶、103外侧挂摆件、104外侧轴承、105扇形永磁体、106磁轮驱动轴、107轴端固定螺钉、108内侧轴承、109内侧挂摆件、110扇形钕铁硼永磁体左侧固定螺纹孔、111扇形钕铁硼永磁体右侧固定螺纹孔。

具体实施方式

如图1、2、3、4、5所示，一种轮式悬磁吸附装置，是基于轻量化原则和最大限度利用磁能的原则，将永磁体设计成扇形可摆动结构。该扇形永磁体像摆钟摆锤一样悬挂在磁轮驱动轴上并可绕该驱动轴摆动。在增大磁吸附力的同时，并未增加磁吸附单元的整体重量，从而在保证机器人爬行稳定性的前提下也兼顾其转向运动灵活性。与现有磁吸附装置相比，重量更轻、吸附力更大的悬磁吸附装置，克服爬壁机器人稳定性与灵活性这一对矛盾，实现爬壁机器人在导磁性壁面上的灵活爬行。该装置采用钟摆式结构，将扇形永磁体悬挂在磁轮驱动轴上并能绕该驱动轴摆动，一方面减轻了磁吸附单元的整体重量，另一方面避免永磁体与导磁性壁面直接接触，弥补了永磁体易碎，强度低的缺陷。该装置基于最大限度提高永磁体磁感线利用率的原则，对永磁体结构进行合理优化，抛弃传统的环形永磁体结构，采用扇形可摆动的新型结构，不仅降低了成本并且装配过程简便，结构简单紧凑，易于实现拆卸与维护。

该轮式悬磁吸附装置其主要由轮体外壳、扇形永磁体摆锤、挂摆件、轮体外侧橡胶构成。所述轮体外壳横截面为“日”字形结构，其外侧挡板为可拆卸的活动挡板，卸掉外侧挡板后的轮体外壳为侧置的“山”字形结构，其中间轴为外圆内方的中空结构，该外圆内方轴中的外圆部分用来通过轴承悬挂扇形永磁体摆锤，内方孔用来配合方形驱动轴，驱动磁轮转动。所述扇形永磁体摆锤侧视图为“凸”字形结构，正视图为碗状“凹”字形结构，其由强磁性材料（如钕铁硼）制备而成，用来提供产生吸附力的强磁环境。在其上部分布置有两个左右对称的通孔，用来将扇形永磁体摆锤和挂摆件固定安装到一起。所述挂摆件正视图和侧视图均为“凸”字形结构，挂摆件上布置有两个左右对称的螺纹孔，用来将扇形永磁体摆锤和挂摆件固定安装到一起。挂摆件顶部有一通孔，轴承安装在该通孔后悬挂在外圆轴上，用来实现挂摆件绕外圆内方中空轴的转动。所述轮体外侧橡胶包覆在轮体外壳外圆柱面上，增大磁轮与导磁性壁面的摩擦系数，防止爬壁机器人在移动转向过程中打滑。两挂摆件分别夹在扇形永磁体摆锤前后上半部分，螺钉穿过挂摆件上的螺纹孔和扇形永磁体上的通孔后将三者固定拧紧。然后三者再通过固定在两个挂摆件上的轴承悬挂在轮体外壳内部的外圆内方中空轴上，当磁轮转动时，实现扇形永磁体摆锤和挂摆件绕磁轮内部外圆内方中空轴的转动。

采用钟摆悬磁结构，是经过对永磁体磁感线和结构改进优化，将永磁体设计为扇形可摆动结构，将其悬挂在磁轮驱动轴上并可绕该驱动轴转动。这样，不仅减轻了磁轮总体重量还有效的提高了永磁体磁能的利用率。

该轮式悬磁吸附装置，具体由轮体外壳101、扇形钕铁硼永磁体摆锤105、挂摆件103与109、轮体外侧橡胶102构成。所述轮体外壳101横截面为“日”字形结构，其外侧挡板可拆卸，卸掉外侧挡板后的轮体外壳为侧置的“山”字形结构，其中间轴为外圆内方的中空结构，该外圆内方轴的外圆用来悬挂扇形钕铁硼永磁体摆锤105，内方孔用来配合方形驱动轴，驱动磁轮转动。所述扇形钕铁硼永磁体摆锤105侧视图为“凸”字形结构，正视图为碗状“凹”字形结构，在其上部分布置有两个左右对称的通孔110与111，用来将扇形永磁体摆锤105和挂摆件103与109固定安装到一起。所述挂摆件103与109正视图和侧视图均为“凸”字形结构，挂摆件103与109上布置有两个左右对称的螺纹孔，用来将扇形钕铁硼永磁体摆锤105和挂摆件103与109固定安装到一起。挂摆件103与109顶部有一通孔，深沟球轴承104与108安装在该通孔，用来实现挂摆件103与109绕磁轮驱动轴转动。所述轮体外侧橡胶102包覆在轮体外壳101外圆柱面上，增大磁轮与导磁性壁面的摩擦系数，防止爬壁机器人在移动转向过程出现打滑现象。

两挂摆件103与109分别夹在扇形永磁体摆锤105前后两上半部分，螺钉穿过挂摆件103与109上的螺纹孔和扇形钕铁硼永磁体105上的通孔110与111后将三者固定拧紧。然后三者再通过固定在两个挂摆件上的深沟球轴承104与108悬挂在轮体外壳101内部磁轮驱动轴上，当磁轮转动时，实现扇形钕铁硼永磁体摆锤105和挂摆件103与109绕磁轮驱动轴的转动。