CN220948270U - 弹性预紧式永磁吸附爬壁机器人 - Google Patents

Abstract

本公开属于机器人领域，涉及弹性预紧式永磁吸附爬壁机器人，包括底板，靠近吸附面的所述底板一侧至少设置有一个磁铁安装座，所述底板与所述磁铁安装座之间通过弹性件连接，所述磁铁安装座上至少设置有一组磁铁；所述磁铁安装座上安装有保持架，所述保持架相对于所述吸附面的间距小于所述磁铁相对于所述吸附面的间距。通过弹性预紧式使得永磁吸附与壁面的间隙可以稳定保持为设定距离，在遇到凸起与不平整壁面时，可以保持机器人与壁面相对位置稳定，不会因间隙过大坠落、也不会因间隙过小完全吸上而不能运动。同时机器人永磁吸附可进行弹性调整，提升了机器人的越障性能，同时通过调整永磁吸附的位置可以便于拆卸。

Description

弹性预紧式永磁吸附爬壁机器人

技术领域

本公开属于机器人领域，具体涉及弹性预紧式永磁吸附爬壁机器人。

背景技术

爬行机器人是移动机器人的一种，包括管道爬行机器人、壁面爬行机器人和球面爬行机器人，机器人的行走方式可分为轮式。履带式、溶洞石等。根据不同的驱动方式和功能可以设计多种不同的结构和用途的爬行机器人，如气动管内检测爬行机器人、电磁吸附多足爬行机器人、电驱动壁面焊弧爬行机器人等，每一种形式的爬行机器人都有各自的应用特点。

自1966年日本的西亮教授研制出第一个爬壁机器人以来，爬壁机器人在日本得到蓬勃发展。之后，英国、西班牙、美国、德国和俄罗斯等国也相继研制出多种爬壁机器人样机。20世纪80年代以来，国内许多院校和科研单位也在爬壁机器人领域取得了长足的发展，研制了多种型号的爬壁机器人。

爬壁机器人是一种能够在壁面爬行作业的极限作业机器人，它是集机构学、传感技术、控制和信息技术等为一体的高技术产品，世界机器人大国日本在极限作业机器人研究方面尤为积极。在过去的几十年里，爬壁机器人技术在世界范围内得到迅速发展，也相继研制出了不同种类的样机，有些已经投入实用。在这一领域，日本取得的成绩突出，美国、英国、法国、意大利、西班牙、澳大利亚、韩国等国也在不断深入研究。

爬壁机器人按移动功能分主要是吸盘式、车轮式和履带式。吸盘式能跨越很小的障碍，但移动速度慢；车轮式移动速度快、控制灵活，但维持一定的吸附力较困难；履带式对壁面适应性强，着地面积大，但不易转弯。而这三种移动方式的跨越障碍能力都很弱。

现有的磁吸附爬壁机器人也有通过连接永磁体在金属壁面上进行吸附运动，但通常由于永磁体与机器人车体一般为刚性连接，与金属表面的相对位置无法保证，当在遇到凸起与不平整壁面时，常常因为间隙过小完全吸附到金属面上而导致机器人无法运动，或者间隙过大导致机器人脱离金属面。因此，如何使爬壁机器人的永磁吸附方式可以保持良好的接触间隙并可进行弹性调整是解决永磁吸附爬壁机器人稳定运行的重要技术问题。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本公开的目的在于提供弹性预紧式永磁吸附爬壁机器人，解决了现有技术中机器人永磁吸附的间隙难以保持以及位置无法调整问题，提升永磁吸附爬壁机器人的吸附稳定性、可调节性能、越障性能。

本公开的目的可以通过以下技术方案实现：

弹性预紧式永磁吸附爬壁机器人，包括底板，靠近吸附面的所述底板一侧至少设置有一个磁铁安装座，所述底板与所述磁铁安装座之间通过弹性件连接，所述磁铁安装座上至少设置有一组磁铁；

所述磁铁安装座上安装有保持架，所述保持架相对于所述吸附面的间距小于所述磁铁相对于所述吸附面的间距。

进一步地，所述弹性件为多个；多个所述弹性件均匀布置在所述磁铁安装座上。

进一步地，所述弹性件为弹簧，弹簧一端连接在所述底板上，另一端连接在所述磁铁安装座上；

所述底板和/或所述磁铁安装座上安装有吊环螺丝，弹簧挂扣在所述吊环螺丝的吊环上。

进一步地，包括导向柱，所述导向柱固定在轴承座的下端，所述轴承座固定在所述底板上；所述磁铁安装座上开设有导向孔，所述导向柱处于导向孔内。

进一步地，靠近所述吸附面的保持架一端设置有球转动连接的万向滚珠。

进一步地，所述保持架与所述磁铁安装座之间通过螺纹配合连接。

进一步地，一组所述磁铁之间的磁性相反。

进一步地，所述磁铁与所述吸附面的间距为3-6mm。

进一步地，所述底板上安装有主动轮组件和从动轮组件。

进一步地，所述主动轮组件包括安装在所述轴承座上的驱动电机，所述驱动电机的输出端安装有主动轮；

所述从动轮组件包括安装在所述底板上的前轮座，所述前轮座上通过转轴安装有转动连接的从动轮。

关于上述技术方案中涉及的名词、连接词或者形容词部分解释如下：

固定连接是指将零件或部件固定后，没有任何相对运动的连接。其中分为可拆式连接和不可拆式两种。

(1)可拆连接是利用螺杆、花键、楔销等将零部件固定在一起。这种连接方式在维修时可以拆卸，且不会损坏零件。但使用的连接件规格必须正确(如螺栓、键、楔销的长度)，并紧固适当。

(2)不可拆连接主要指焊接、铆接和过榫配合等。由于维修或更换时需锻、锯或氧割才能拆卸，所以零配件一般不能二次使用。同时在连接时，应注意工艺质量、技术检测及补救措施(如校正、磨光等)。

螺纹连接是指用螺纹件(或被连接件的螺纹部分)将被连接件连成一体的可拆卸连接。

滑动连接是指两个物体接触，但不固定，二者可相对滑动。

转动连接是指零件之间的连接可使零件相互转动。

本公开的有益效果：

1、本实用新型中，通过弹性预紧式使得永磁吸附与壁面的间隙可以稳定保持为设定的距离，在遇到凸起与不平整壁面时，可以保持机器人与壁面的相对位置稳定，不会因为间隙过大坠落、也不会因为间隙过小而完全吸上而不能运动。

2、由于机器人与工作金属板可能存在曲面、不平整以及障碍情况，本实用新型中，机器人永磁吸附可进行弹性调整，提升了机器人的越障性能，同时通过调整永磁吸附的位置可以便于拆卸作业。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本公开实施例的整体结构示意图；

图2是本公开实施例的爬壁机器人左视图；

图3是本公开实施例的爬壁机器人主视图；

图4是本公开实施例的单个弹性预紧式永磁吸附模块结构示意图；

图5是本公开实施例的单个弹性预紧式永磁吸附模块主视图；

图6是本公开实施例的单个弹性预紧式永磁吸附模块左视图；

图7是本公开实施例的单个弹性预紧式永磁吸附模块仰视图；

图8是本公开实施例的爬壁机器人与吸附面贴合姿态示意图；

图9是本公开实施例的爬壁机器人与有障碍的吸附面贴合姿态示意图。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本公开保护的范围。

如图1至图9所示，弹性预紧式永磁吸附爬壁机器人，包括底板1，靠近吸附面100的底板1一侧至少设置有一个磁铁安装座2，底板1与磁铁安装座2之间通过弹性件3连接，磁铁安装座2上至少设置有一组磁铁4；

磁铁安装座2上安装有保持架9，保持架9相对于吸附面100的间距小于磁铁4相对于吸附面100的间距。

针对于上述说明，通过磁铁4与吸附面100进行吸附，吸附面100此时可以理解为导磁性材料构成的壁面，由于磁铁4与吸附面100的吸附作用，使得底板1能够稳态的处于吸附面100上；针对于本申请中的磁铁安装座2利用弹性件3与底板1之间处于弹性连接状态，具体是，弹性件3处于张力状态，利用弹性件3张力，使得磁铁安装座2上的保持架9始终相对于磁铁4靠近吸附面100，从而实现磁铁4与壁面稳定吸附时也具备在吸附力方向上受一定反作用力，进而实现弹性预紧式；利用弹性预紧式，以及能够解决机器人经过不平整或凹凸壁面的越障问题，以及能够达到在保持吸附力稳定的前提下永磁机构可以根据壁面状态进行位置上弹性调整效果。

磁铁4工作时的解释，可以理解为，针对于磁铁4为永磁体，此时当底板1处于吸附面100上，磁铁4为工作状态；针对于磁铁4为电磁体，此时当底板1处于吸附面100上，磁铁4通电，此时磁铁4为工作状态。

针对于磁铁4磁力控制，如本申请中，针对于磁铁4为永磁体，此时可以通过更换不同磁力类型的磁铁4，进行磁铁4磁力控制，以此满足，底板1的吸附要求，此时磁铁4与磁铁安装座2之间可理解为可拆卸式连接；针对于磁铁4为电磁体，此时可以通过改变通电电流大小，进行磁铁4磁力控制，以此满足，底板1的吸附要求。

针对于弹性件3的弹性张力控制，如本申请中，可通过更换不同的弹性系数的弹性件3，从而达到弹性件3的弹性张力控制。

如针对于在实际使用中，这个吸附面100可以理解为机器人行走面，在爬壁机器人中，如上述底板1为弹性预紧式永磁吸附爬壁机器人的一个部分，此时弹性预紧式永磁吸附爬壁机器人在吸附面100上吸附，利用弹性预紧式永磁吸附爬壁机器人的主动轮组件7进行驱动主动轮72行走，由于磁铁4与吸附面100的吸附作用，使得弹性预紧式永磁吸附爬壁机器人能够稳定行走在在吸附面100上；利用弹性预紧式，弹性预紧式永磁吸附爬壁机器人能够解决机器人永磁吸附的间隙难以保持以及位置无法调整问题，以及能够达到永磁吸附爬壁机器人稳定吸附、灵活越障的效果。

当然在申请中单个磁铁安装座2上安装有多个弹性件3，多个弹性件3均匀布置在磁铁安装座2上；如此设置，利用增加的弹性件3，使得提高底板1与磁铁安装座2之间的弹性性能，以此以满足实际需要，如在一些场合下，机器人工作面不平整、凹凸或遇到部分障碍时，磁铁安装座2可以根据壁面状况弹性调整自身位置，在为机器人提供稳定吸附力的同时灵活适应壁面或通过障碍。

在本申请的图4中，单个磁铁安装座2上安装有4个弹性件3，其中4个弹性件3均匀布置在磁铁安装座2上。

当然在本申请中，弹性元件可以为钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、气体弹簧和橡胶弹簧等。

在本申请的图4至图6中，弹性件3为螺旋弹簧，螺旋弹簧一端连接在底板1上，另一端连接在磁铁安装座2；如底板1和磁铁安装座2上安装有吊环螺丝31，螺旋弹簧挂扣在吊环螺丝31的吊环上；此时可实现螺旋弹簧的安装，由于其安装的方式为悬挂式，也便于组装时，便于螺旋弹簧的安装，以及损坏或者更换时，便于螺旋弹簧的拆卸；当然在其他选择中，底板1或磁铁安装座2上单一安装有吊环螺丝31，螺旋弹簧的另一端可呈其他方式固定在底板1或磁铁安装座2上。

为了保持，磁铁安装座2与底座之间的相对稳定(相对稳定可以理解为相对底板1的水平面的水平方向稳定)，在本申请的图示中，如包括导向柱5，导向柱5固定在底板1上；磁铁安装座2上开设有导向孔，导向柱5处于导向孔内；当然本申请中的导向柱5仅仅是为了保证竖直方向弹性变动，避免横向波动，针对于表现形式，任意导轨和导杆式的，不局限于图示中的方式。

针对于本申请的图5至图7中，导向柱5安装在轴承座6上，轴承座6与底板1之间固定连接，此时轴承座6用于对导向柱5进行支撑；当然针对于一些情况下，导向柱5与轴承座6的之间的安装方式，如轴承座6安装有轴承，轴承内圈与导向柱5固定，使得导向柱5与轴承座6的之间相对固定安装。

针对于图示5中底板1与磁铁安装座2之间虽然展示了4个均匀布置的弹性件3，但是实际而言，由于导向柱5的约束性，导致了底板1与磁铁安装座2之间的弹性件3可以设置为任意数量，同时弹性件3也可以非均匀布置。

便于保持架9光滑过渡吸附面100，如在一些案例中，靠近吸附面100的保持架9一端设置有球转动连接的万向滚珠91；如利用万向滚珠91与吸附面100接触，使得保持架9能够光滑过渡吸附面100，当然有时吸附面100存在表面凸起情况，利用万向滚珠91与吸附面100接触，使得保持架9能够光滑过渡吸附面100的表面凸起；当然在一些案例中，针对于能够使得保持架9光滑过渡吸附面100方式很多，如万向滚珠91可换做万向轮等。

在本申请中，保持架9与磁铁安装座2之间螺纹连接，如保持架9上开设有外螺纹，以及磁铁安装座2对应的螺纹孔，使得两者保持螺纹连接，当然通过如此方式，一方面，实现保持架9与磁铁安装座2之间可拆卸式安装，一方面是可以调节保持架9与磁铁安装座2之间间距；当然由于保持架9与磁铁安装座2之间可拆卸式安装，也便于保持架9与磁铁安装座2之间的组装，如便于保持架9的安装，以及损坏或者更换时，便于保持架9的拆卸。

当然由于调节保持架9与磁铁安装座2之间间距可调，如在实际使用过程中，调节保持架9与磁铁安装座2之间间距，进行控制磁铁4相对于吸附面100的间距。

当然在实际使用中，磁铁4相对于吸附面100的间距为3-6mm范围，如设置有这个范围通过实验与研究测定，在距离大于6mm以上时，磁力衰减的很大，容易造成吸附力过小，导致机器人运行时容易脱离吸附面100，磁力小于3mm或者过小时，容易带来过大的吸附力，给机器人运行带来较大的阻力并且给连接部件带来较大的受力，容易影响其适应寿命；当然针对于磁铁4的磁力大小变化，是否影响这个距离，如磁铁4的磁力变大，此时磁铁4相对于吸附面100的间距可以相对增大；如磁铁4的磁力变小，此时磁铁4相对于吸附面100的间距可以相对缩小。

在本申请中，如图7示中，一组磁铁4中包括了两个磁铁4，其中磁铁4之间的磁性相反。

磁铁4之间的磁性相反时，两个磁铁4下端面分别为磁场的N、S极，磁力从其中一个磁铁4下端面的N极经过吸附面100再到另一个磁铁4下端面的S极可形成完整的闭合磁场，该状态下机器人与吸附面100的永磁吸附力可以保持最优，为机器人提供稳定吸附。

当然针对弹性预紧式永磁吸附爬壁机器人，在实际使用中，如还包含上述提及的主动轮组件7，当然还包括从动轮组件8；主动轮组件7和从动轮组件8均安装在底板1上，利用主动轮组件7进行主动驱动，进而使得弹性预紧式永磁吸附爬壁机器人能够移动；当然在本申请的图示中，底板1的底面两端部分别安装对立布置的主动轮组件7和从动轮组件8，此时可以理解为，在图示展示的案例中，主动轮组件7为两个，从动轮组件8为两个。

针对于本申请的图示2中，作为一个实现案例，主动轮组件7包括：安装在轴承座6上的驱动电机71，驱动电机71的输出端安装有主动轮72；从动轮组件8包括：安装在底板1上的前轮座81，前轮座81上通过转轴安装有转动连接的从动轮82；通过驱动电机71驱动主动轮72转动，从而实现带动整个弹性预紧式永磁吸附爬壁机器人运动。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本公开的基本原理、主要特征和本公开的优点。本行业的技术人员应该了解，本公开不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本公开的原理，在不脱离本公开精神和范围的前提下，本公开还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本公开范围内容。

Claims (10)

1.弹性预紧式永磁吸附爬壁机器人，包括底板(1)，靠近吸附面(100)的所述底板(1)一侧至少设置有一个磁铁安装座(2)，其特征在于，所述底板(1)与所述磁铁安装座(2)之间通过弹性件(3)连接，所述磁铁安装座(2)上至少设置有一组磁铁(4)；

所述磁铁安装座(2)上安装有保持架(9)，所述保持架(9)相对于所述吸附面(100)的间距小于所述磁铁(4)相对于所述吸附面(100)的间距。

2.根据权利要求1所述的弹性预紧式永磁吸附爬壁机器人，其特征在于，所述弹性件(3)为多个；多个所述弹性件(3)均匀布置在所述磁铁安装座(2)上。

3.根据权利要求1所述的弹性预紧式永磁吸附爬壁机器人，其特征在于，所述弹性件(3)为弹簧，弹簧一端连接在所述底板(1)上，另一端连接在所述磁铁安装座(2)上；

所述底板(1)和/或所述磁铁安装座(2)上安装有吊环螺丝(31)，弹簧挂扣在所述吊环螺丝(31)的吊环上。

4.根据权利要求1所述的弹性预紧式永磁吸附爬壁机器人，其特征在于，包括导向柱(5)，所述导向柱(5)固定在轴承座(6)的下端，所述轴承座(6)固定在所述底板(1)上；所述磁铁安装座(2)上开设有导向孔，所述导向柱(5)处于导向孔内。

5.根据权利要求1所述的弹性预紧式永磁吸附爬壁机器人，其特征在于，靠近所述吸附面(100)的保持架(9)一端设置有球转动连接的万向滚珠(91)。

6.根据权利要求1所述的弹性预紧式永磁吸附爬壁机器人，其特征在于，所述保持架(9)与所述磁铁安装座(2)之间通过螺纹配合连接。

7.根据权利要求1所述的弹性预紧式永磁吸附爬壁机器人，其特征在于，一组所述磁铁(4)之间的磁性相反。

8.根据权利要求1所述的弹性预紧式永磁吸附爬壁机器人，其特征在于，所述磁铁(4)与所述吸附面(100)的间距为3-6mm。

9.根据权利要求4所述的弹性预紧式永磁吸附爬壁机器人，其特征在于，所述底板(1)上安装有主动轮组件(7)和从动轮组件(8)。

10.根据权利要求9所述的弹性预紧式永磁吸附爬壁机器人，其特征在于，所述主动轮组件(7)包括安装在所述轴承座(6)上的驱动电机(71)，所述驱动电机(71)的输出端安装有主动轮(72)；

所述从动轮组件(8)包括安装在所述底板(1)上的前轮座(81)，所述前轮座(81)上通过转轴安装有转动连接的从动轮(82)。