CN114524069A - 基于微针阵列的微铣成形锚固机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于微针阵列的微铣成形锚固机构。吸盘安装支架下端面的中间有带有微针阵列的水下旋流吸盘结构，吸盘安装支架下端面周围有多个微铣结构；微铣结构包括进给装置、液压马达和盘型面铣刀；水下旋流吸盘结构包括水下无刷电机、微针阵列、旋流吸盘叶片和吸盘壳体，水下旋流吸盘提供法向吸附力，微针阵列通过微钻加工提供切向的摩擦力，微型铣刀在作业表面加工形成切向限位约束。本发明利用微针结构和微铣结构提供切向的摩擦力，当使用水下作业工具进行水下作业时，安装此吸附锚固机构，可以使得整体机构能够抵抗侧向水流或者作业力等干扰。

Description

基于微针阵列的微铣成形锚固机构
技术领域
本发明涉及了一种基于微针阵列的微铣成形锚固机构，尤其是涉及了一种基于微针阵列的微铣成形锚固机构。
背景技术
水下吸附技术与水下抓取技术是开展水下勘测与作业的关键技术之一，被广泛应用于海洋地质勘测、资源勘探及矿产评估、深海打捞等诸多领域，完成诸如水下取样、水下打捞、水下吸附等多种作业。
随着特种机器人技术的发展，水下爬壁机器人作为一种新的需求应运而生,设计用于在危险、恶劣环境下代替人工进行水下检查与作业的机器人，被广泛应用于核燃料池检测行业、船舶清洗行业以及水利大坝维护行业等，有效可靠的水下吸附技术是水下爬壁机器人得以广泛应用的先决条件。
旋流负压吸附作为一种较常见的水下吸附方式，可以实现非接触吸附，对壁面损伤小，且适用于多种材料的壁面，逐渐得到更加广泛的应用。旋流吸附作为一种非接触式吸附方式，虽然可以提供较大的法向吸附力，但由于与壁面无接触，使得切向摩擦力很小，在有大流速的侧向水流环境中，或应对大功率作业时会失稳。
综上所述，现有的旋流负压吸附方式不能提供较大的切向摩擦力，在应对高速侧向水流环境以及大功率作业时，不能很好的满足需求。
发明内容
为了解决背景技术中的问题，本发明提供了一种基于微针阵列的微铣成形锚固机构，可满足水下机器人的稳定吸附需求，同时提供较大的侧向摩擦力，使得机器人整体保持稳定。
本发明的技术方案如下：
本发明包括吸盘安装支架、水下旋流吸盘结构和微铣结构；吸盘安装支架下端面的中间安装有带有微针阵列的水下旋流吸盘结构，吸盘安装支架下端面的周围安装有多个微铣结构。
所述的微铣结构包括进给装置、液压马达和盘型面铣刀，进给装置上端固定在吸盘安装支架下端面，进给装置下端固定安装液压马达，液压马达输出轴朝下并安装盘型面铣刀。
多个微铣结构沿圆周间隔布置安装在水下旋流吸盘结构周围的吸盘安装支架下端面。
所述的带有微针阵列的水下旋流吸盘结构包括水下无刷电机、微针阵列、旋流吸盘叶片和吸盘壳体，水下无刷电机上端固定在吸盘安装支架下端面，水下无刷电机下端安装在吸盘壳体上，吸盘壳体下端面中心开设有旋流腔，旋流腔周围的吸盘壳体下端面布置微针阵列，旋流腔内安装有旋流吸盘叶片，水下无刷电机的输出轴穿过吸盘壳体后和旋流吸盘叶片同轴连接。
所述的微针阵列包括径向从内向外布置的多圈微针，每圈微针包括沿同一圆周方向周向间隔布置的多个微针。
所述的微铣成形锚固机构置于水下，所述微针刺入水下或者陆地上的混凝土壁面中，提供切向摩擦力。
在水下旋流吸盘结构稳定吸附后，利用微铣机构以及液压推杆，在工作表面铣出一个凹槽，形成硬限位，提高结构在平行于作业面的侧向的受力。对于金属表面，铣刀平面与壁面之间的高速旋转会形成局部的旋转摩擦微焊接结构，相当于将微铣结构与壁面固连为一体，提高承力能力。
本发明的有益效果是：
本发明利用微针结构和微铣结构提供切向的摩擦力，当使用水下作业工具进行水下作业时，安装此吸附锚固机构，可以使得整体机构能够抵抗侧向水流或者作业力等干扰。
附图说明
图1为本发明的主视图；
图2为本发明的仰视图；
图3为微铣结构作业示意图。
图1中：1、吸盘安装支架；2、进给装置；3、液压马达；4、盘型面铣刀；5、水下无刷电机；6、微针阵列；7、旋流吸盘叶片；8、吸盘壳体。
具体实施方式
为了更清楚的说明本发明实施的技术方案，下面将对实施例的附图作简单的介绍，图中的吸盘种类采用的是非接触式水下旋流吸盘。
如图1所示，机构包括吸盘安装支架1、水下旋流吸盘结构和微铣结构；吸盘安装支架1下端面的中间安装有带有微针阵列6的水下旋流吸盘结构，吸盘安装支架1下端面的周围安装有多个微铣结构。
如图1所示，非接触式的水下旋流吸盘结构和多个环形布置的微铣装置均安装在安装支架1上，微针阵列6结构安装在叶片壳体的周围，整个装置作为吸附锚固装置安装在水下机器人的足部，提供吸附力和摩擦力。
由此吸盘安装架中心安装吸附装置，多个微铣机构分布于吸盘的周围，吸盘叶片壳体的周围安装微针阵列。
如图3所示，微铣结构包括进给装置2、液压马达3和盘型面铣刀4，进给装置2上端固定在吸盘安装支架1下端面，进给装置2下端固定安装液压马达3，液压马达3输出轴朝下并安装盘型面铣刀4。
进给装置2带动液压马达3和盘型面铣刀4形成的整体沿轴向方向移动，液压马达3带动盘型面铣刀4旋转对作业表面进行铣削操作。
多个微铣结构沿圆周间隔布置安装在水下旋流吸盘结构周围的吸盘安装支架1下端面。
如图1和图2所示，带有微针阵列6的水下旋流吸盘结构包括水下无刷电机5、微针阵列6、旋流吸盘叶片7和吸盘壳体8，水下无刷电机5上端固定在吸盘安装支架1下端面，水下无刷电机5下端安装在吸盘壳体8上，吸盘壳体8下端面中心开设有旋流腔，旋流腔周围的吸盘壳体8下端面为平面，旋流腔周围的吸盘壳体8下端面布置微针阵列6，旋流腔内安装有旋流吸盘叶片7，水下无刷电机5的输出轴穿过吸盘壳体8后和旋流吸盘叶片7同轴连接。
本发明采用水下旋流吸盘结构，驱动装置选择水下无刷电机5，利用水下无刷电机5带动旋流吸盘叶片7旋转，在吸盘壳体8内形成局部负压，产生对壁面的吸附力。产生非接触式吸附，提供较大的吸附力的同时不会对壁面产生破坏，且无需考虑壁面粗糙度等情况。
如图2所示，微针阵列6包括径向从内向外布置的多圈微针，每圈微针包括沿同一圆周方向周向间隔布置的多个微针。这样，微针排布方式采用圆周式排布，可提供切平面上各个方向的摩擦力。
如图2所示，微针阵列6和盘型面铣刀4的布置方式均采用环形布置，可提供切平面上各个方向的摩擦力和限位作用。
微铣成形锚固机构置于水下，微针刺入水下或者陆地上的混凝土壁面中，提供切向摩擦力。
水下旋流吸盘结构也可采用其他种类的水下吸盘或者陆地上使用的铁磁吸附的铁磁吸盘或者柔性真空吸盘，或者螺旋桨推力吸附吸盘等等。
工作时，由水下机器人带动该吸附锚固装置压在作业壁面上，水下无刷电机5带动旋流吸盘叶片7高速旋转，提供法向吸附力；微针阵列6刺入水下壁面，提供垂直于壁面的切向摩擦力；若此切向摩擦力不足以抵抗外界干扰，则通过液压马达3带动盘型面铣刀4高速旋转，并通过进给装置2带动铣刀4向壁面方向移动，铣出多个圆形凹槽，之后铣刀4停止运动，停留在凹槽中，作为切向的限位机构，使得整个吸附锚固装置能承受更大的切向力。
具体实施中，本发明可同时适用于普通的混凝土壁面和金属壁面。
对于普通的混凝土壁面：
当进行微铣成形锚固时，盘型面铣刀4高速转动后由进给装置2带动向对象的壁面进给，在壁面上铣出深度较小的圆形凹槽。铣削完成后盘型面铣刀4留在圆形凹槽中，这样形成机械限位，增加机构整体的侧向承力能力。侧向方向是沿平行于吸盘壳体8下端面所在平面的方向。
当水下作业结束后需要脱开时，普通壁面可以直接脱开。
对于金属壁面：
当进行微铣成形锚固时，盘型面铣刀4高速转动与金属壁面形成局部的摩擦焊接结构，将盘型面铣刀4与金属壁面固连在一起，便增加了设备整体的侧向和法向承力能力。法向方向是沿进给装置2进给的方向。
当水下作业结束后需要脱开时，对于金属壁面，在微铣结构上安装振动件，添加局部的振动迫使局部焊接结构断裂后脱开；或者在微铣结构中直接将盘型面铣刀4整体脱离电机，使得盘型面铣刀4保留在作业表面，形成铣刀为一次性使用。
由此，水下旋流吸盘用于提供法向吸附力，吸盘壳体周围的微针阵列通过微钻加工提供切向的摩擦力，微型铣刀在作业表面加工形成切向限位约束。
通过本发明机构的结构能够提高侧向承力，提高摩擦力，提升微铣成形时的锚固性能。

Claims (6)

1.一种基于微针阵列的微铣成形锚固机构，特征在于：包括吸盘安装支架(1)、水下旋流吸盘结构和微铣结构；吸盘安装支架(1)下端面的中间安装有带有微针阵列(6)的水下旋流吸盘结构，吸盘安装支架(1)下端面的周围安装有多个微铣结构。
2.根据权利要求1所述的一种基于微针阵列的微铣成形锚固机构，特征在于：所述的微铣结构包括进给装置(2)、液压马达(3)和盘型面铣刀(4)，进给装置(2)上端固定在吸盘安装支架(1)下端面，进给装置(2)下端固定安装液压马达(3)，液压马达(3)输出轴朝下并安装盘型面铣刀(4)。
3.根据权利要求1所述的一种基于微针阵列的微铣成形锚固机构，特征在于：多个微铣结构沿圆周间隔布置安装在水下旋流吸盘结构周围的吸盘安装支架(1)下端面。
4.根据权利要求1所述的一种基于微针阵列的微铣成形锚固机构，特征在于：所述的带有微针阵列(6)的水下旋流吸盘结构包括水下无刷电机(5)、微针阵列(6)、旋流吸盘叶片(7)和吸盘壳体(8)，水下无刷电机(5)上端固定在吸盘安装支架(1)下端面，水下无刷电机(5)下端安装在吸盘壳体(8)上，吸盘壳体(8)下端面中心开设有旋流腔，旋流腔周围的吸盘壳体(8)下端面布置微针阵列(6)，旋流腔内安装有旋流吸盘叶片(7)，水下无刷电机(5)的输出轴穿过吸盘壳体(8)后和旋流吸盘叶片(7)同轴连接。
5.根据权利要求4所述的一种基于微针阵列的微铣成形锚固机构，特征在于：所述的微针阵列(6)包括径向从内向外布置的多圈微针，每圈微针包括沿同一圆周方向周向间隔布置的多个微针。
6.根据权利要求4所述的一种基于微针阵列的微铣成形锚固机构，特征在于：所述的微铣成形锚固机构置于水下，所述微针刺入水下或者陆地上的混凝土壁面中，提供切向摩擦力。
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