专利名称：一种用于水下爬行机的永磁吸附式履带行走机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种水下爬行机技术领域，特别涉及一种用于水下爬行机的永磁吸附式履带行走机构。
背景技术：
水下爬行机可以广泛应用于水下焊接、水下维修、水下清污等作业。永磁吸附式履带行走机构可以使水下爬行机可靠地吸附于工件表面并平稳行走。这种行走机构必须具有足够大的磁吸附力和结构强度，以满足爬行机的负载要求，并且便于装配和更换。此外，这种行走机构必须具有耐蚀性，能够长期在水中工作。已知现有的一种水下永磁吸附式履带行走机构采用同步带结构，将永磁吸附单元用螺栓固定于同步带上。使用中发现，这种行走机构安装很不方便，且柔性的同步带与刚性的吸附单元之间难以实现可靠连接，行走和转向时经常出现螺栓弯曲，甚至磁块脱落的故障。另一种履带机构采用滚子链传动，将磁吸附单元焊接在两条滚子链之间，每隔若干个链节焊接一个吸附单元。这种机构的缺点是运动零件太多，性能不可靠，缺乏防锈性， 在水下长时间工作时一旦链条腐蚀，很容易断裂。另外吸附单元的间距较大，不利于爬行机的稳定行走。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于水下爬行机的永磁吸附式履带行走机构，采用链条传动，但不使用标准的滚子链，而是将磁吸附单元以销轴连接，实现链条的功能，这样运动零件数量大大减少，可以提高耐蚀性和可靠性。为了达到上述目的，本发明的技术方案为一种用于水下爬行机的永磁吸附式履带行走机构，由永磁吸附单元通过连接销两两连接组成，永磁吸附单元包括履带壳体3，履带壳体3中间设有隔板7，隔板7将履带壳体 3分为左右两个室，每个室内安装一块保护板2和一个永磁体1，保护板2卡在履带外壳体 3底部内侧的台阶上，两个室内的永磁体1磁极方向相反，永磁体1的上方设置有厄铁4，履带壳体的顶部安装有起保护作用的盖板5以及起导向作用的导向板6，盖板5以及导向板6 分别固定在履带壳体3和厄铁4上，履带壳体3的前后设有相互配合的连接孔8，销轴9从连接孔8中穿过，永磁吸附单元的两侧设置有滚子10，滚子10和销轴9之间通过螺栓固定， 构成连接销。本发明的优点为1、可长期在水下工作，不会因生锈而失效。磁块表面镀镍，并且铝合金壳体和A3 钢厄铁均采用发黑处理，所有螺栓均采用不锈钢材质，因此整个履带都不会因生锈而损坏；2、与滚子链和磁块焊接而成的履带相比，本发明显著减少了零件数量，特别是避免了滚子链上的细小零件，降低了出现故障的概率，在保证承载能力达到使用要求的前提下，简化了机构，可防止由于卷入杂物而造成损坏；3、与同步带方案相比，本发明的刚性履带提高了承载能力和可靠性，避免了同步带方案中磁块安装不可靠使得机器人转向时磁块容易脱落，以及相邻磁块之间相互吸引或排斥导致履带变形的问题；4、本发明设计的履带壳体具有优化的几何结构，在与前后销轴连接的部位附近增加了加强筋，在保证相邻链节所需的转动角度的前提下，加强筋的形状尽可能填满剩余的空间，以获得最高的承载能力，经过有限元计算，优化后的履带壳体相比优化之前承载能力提高了两倍以上，从而在既不改变材料又不增加尺寸和重量的条件下大幅提高了履带的强度；5、本发明的履带安装和拆卸方便，可自由增加或减少履带链节数量，并且可以方便地更换损坏的链节；6、本发明相比以前的方案更有利于机器人转向，滚子链在转向时单薄的链板很容易在较大的横向力作用下变形损坏，同步带转向时带轮不能提供横向力，需要设置导向槽， 横向力过大时导向槽易变形，而对于本发明，机器人转向时链轮的横向力作用在宽大的履带壳体上，即使吸附力很大也不至于损坏受力零件；7、吸附能力强，通过串联磁路增加了磁场强度，并且通过实验优化了吸附单元内部的磁块、厄铁和隔板的几何尺寸，以使吸附力达到最大值，满足了机器人的负载需要；8、相邻履带链节的间距较以前的方案更小，链节排列更紧密，因此机器人行走更平稳，有利于实施焊接等作业。
图1是本发明的履带板装配体，其中，图Ia是主视图的剖视图、图Ib是左视图的剖视图、图Ic是顶视图、图Id是轴测图。图2是本发明的相邻履带板连接结构图，其中，图加是主视图、图2b是左视图、图 2c是俯视图、图2d是轴测图。图3是本发明的履带整体装配图，其中，图3a是主视图、图北是左视图、图3c是俯视图。图4是本发明的履带在机器人爬行机上的装配图，其中，图如是主视图、图4b是左视图、图4c是俯视图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作详细叙述。参见图1、图2、图3，一种用于水下爬行机的永磁吸附式履带行走机构，由永磁吸附单元通过连接销两两连接组成，永磁吸附单元包括履带壳体3、履带壳体3是永磁吸附单元的外壳，起保护和隔磁功能，该外壳由铝合金制造，能够将磁力线约束在吸附单元之内， 使通过工件表面的磁力线更为集中，增大吸附力；履带壳体3中间设有隔板7，一方面起到隔磁作用，使吸附单元内形成串联磁路，另一方面还可以起到增强壳体强度的功能。隔板7 将履带壳体3分为左右两个室，每个室内安装一块保护板2和一个永磁体1，保护板2卡在履带外壳体3底部内侧的台阶上，两个室内的永磁体1磁极方向相反，永磁体1的上方设置有轭铁4，履带壳体的顶部安装有起保护作用的盖板5以及起导向作用的导向板6，盖板5 以及导向板6通过螺栓及垫片分别固定在履带壳体3和厄铁4上。履带离开工件时台阶将保护板2和永磁体1托起。永磁体1为钕铁硼永磁体，表面镀镍，以防止氧化腐蚀，保护板 2由A3钢制造，可以起到导磁和保护永磁体1的作用，防止永磁体1直接与工件接触，以免永磁体1打碎或表面镀层损坏。履带壳体3的前后设有相互配合的连接孔8，销轴9从连接孔8中穿过，永磁吸附单元的两侧设置有滚子10，滚子10和销轴9之间通过螺栓固定。销轴和两端的滚子组成连接销，相邻两个永磁吸附单元之间通过连接销互相连接，起连接和传动作用，将各永磁吸附单元串联起来形成履带。履带壳体3是履带的主要受力零件之一， 为增强其强度，将其前后连接孔周围的空间充分利用，设计了结构优化的加强筋，有效增强了履带的抗拉强度。经过有限元计算，履带的抗拉强度可以达到700N以上。销轴9直径 6mm，经过计算，可以满足负载要求。销轴和滚子都用40Cr材料。滚子和销轴之间通过螺栓固定。滚子10的直径、长度以及相邻滚子的间距按照国标选择16A型链条的尺寸设计。主动轮12包括内外两个链轮，分别嵌入履带板两侧的相邻滚子的空隙内，相当于履带内外各有一条滚子链。参见图4，本发明的工作原理为机器人两侧各有一条履带，每条履带由一个伺服电机驱动的主动轮12带动，从动轮11与主动轮12半径相同。从动轮11与主动轮12中间设有张紧轮13，张紧轮13在张紧弹簧16的作用下从内侧向外张紧履带。在履带内侧的底部设有导向槽15，起到辅助导向的作用，使履带运转时便于与链轮相啮合。当机器人静止时，位于机器人底部的各个履带链节与钢板接触，每个链节分别与钢板之间形成闭合磁路，每个链节内部的两个磁块串联，形成较强的磁场，将机器人牢固地吸附于工件上。当两侧的电机以相同转速前进时，两侧履带同步运转。随着机器人的前进，与钢板相吸的吸附单元中的最后一块将被主动轮12卷起，同时机器人前部的一块吸附单元将吸附在钢板上。在此过程中，其它各吸附单元均与钢板保持静止，从而使机器人在前进的同时保持稳定吸附。当两侧电机以不同转速运转时，机器人转向。由于主动轮12转速不同，使得机器人本体17朝向转速较慢的一侧偏移，而这时履带仍吸附于钢板上而保持静止。因此机器人本体17将对履带产生横向作用力，迫使履带在钢板上横向滑动。这个作用力通过机器人本体17，经从动轮11传递给履带壳体3。履带在横向力作用下克服钢板的摩擦力发生横向滑动，从而使机器人整体转向。当需要从钢板上卸下机器人时，可将一带有坡面的非金属板铺于机器人前方的钢板上，并使机器人驶上此板，从而消除吸附力，然后即可取下机器人。其中1、磁块，2、保护板，3、履带壳体，4、厄铁，5、盖板，6、导向板，7、隔板，8、连接孔，9、销轴，10、滚子，11、从动轮，12、主动轮，13、张紧轮，14、履带装配体，15、导向槽，16、张紧弹簧，17、机器人本体。
权利要求
1. 一种用于水下爬行机的永磁吸附式履带行走机构，其特征在于，由永磁吸附单元通过连接销两两连接组成，永磁吸附单元包括履带壳体(3)，履带壳体C3)中间设有隔板(7)， 隔板(7)将履带壳体C3)分为左右两个室，每个室内安装一块保护板( 和一个永磁体 (1)，保护板( 卡在履带外壳体C3)底部内侧的台阶上，两个室内的永磁体(1)磁极方向相反，永磁体(1)的上方设置有厄铁G)，履带壳体的顶部安装有起保护作用的盖板(5)以及起导向作用的导向板(6)，盖板(5)以及导向板(6)分别固定在履带壳体(3)和厄铁⑷ 上，履带壳体C3)的前后设有相互配合的连接孔(8)，销轴(9)从连接孔(8)中穿过，永磁吸附单元的两侧设置有滚子(10)，滚子(10)和销轴(9)之间通过螺栓固定，构成连接销。
全文摘要
一种用于水下爬行机的永磁吸附式履带行走机构，由永磁吸附单元通过连接销连接组成，永磁吸附单元的履带壳体中间设有隔板，隔板将履带壳体分为左右两个室，每个室内安装一块保护板和一个永磁体，保护板卡在履带外壳体内侧，永磁体的上方设置有厄铁，履带壳体的顶部安装有起保护作用的盖板以及起导向作用的导向板，盖板与导向板分别固定在履带壳体和厄铁上，履带壳体的前后设有相互配合的连接孔，销轴从连接孔中穿过，永磁吸附单元的两侧设置有滚子，滚子和销轴之间通过螺栓固定，构成连接销；本发明通过优化水下爬行机履带内部结构增强了吸附力，并且通过有限元计算和结构优化设计提高了承载能力。经过测试，满足了水下焊接机器人的使用要求。
文档编号B63H19/08GK102431635SQ20111032836
公开日2012年5月2日 申请日期2011年10月25日 优先权日2011年10月25日
发明者张伯奇, 潘际銮 申请人:清华大学