一種用于爬壁機器人的磁吸附輪的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種爬壁機器人的磁吸附輪。
【背景技術】
[0002]爬壁機器人作為特種機器人的一種，用來代替人工無法在惡劣，危險，極端條件下的作業(yè)。在磁基壁面上進行特種作業(yè)，如檢測、打磨、拋光、焊接等，具有高效，安全等特點，已得到了越來越多的關注。而如何使爬壁機器人牢固地吸附在導磁基面上，一直是人們需要解決的一個問題。
[0003]Halbach磁陳列的目的是用最少量的永磁體產生最強的磁場。而Halbach磁環(huán)是將磁鐵徑向式與平行式排列結合在一起，使得磁環(huán)一邊磁場強度得到增強，而另一邊磁場強度則減弱，最終形成單邊磁場。
[0004]Halbach磁環(huán)目前應用最多的領域是作為電機轉子的固定磁場使用。
[0005]公開號為CN102673673A，發(fā)明名稱為“一種用于磁吸附爬壁機器人的新型萬向滾動磁輪裝置”的中國專利，以及公開號為CN102897242A，發(fā)明名稱為“懸浮式磁吸附輪”的中國專利，也采用了磁吸附方式作為爬壁機器人的輪子，但以上專利均采用整塊的環(huán)形磁塊，只是進行了單一的軸向或徑向充磁，未對磁輪內部的吸附單元進行優(yōu)化，以達到增大磁吸附力的目的。

【發(fā)明內容】

[0006]為解決現(xiàn)有技術中爬壁機器人使用的磁輪結構簡單、磁吸附力不強的缺點，提供一種用于爬壁機器人的磁吸附輪，這種磁吸附輪簡單合理，磁吸附力強。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案:
一種用于爬壁機器人的磁吸附輪，在轉軸外固定有陣列磁環(huán)，陣列磁環(huán)包括若干組磁陣列單元，每組磁陣列單元依次包括N極向心到S極的徑向磁塊、N極到S極的順時針環(huán)向磁塊、N極外向心到S極的徑向磁塊，N板到S極的逆時針環(huán)向磁塊。
[0008]上述的一種用于爬壁機器人的磁吸附輪，外夾板與轉軸螺紋連接，內夾板通過螺栓與外夾板連接，陣列磁環(huán)內周面安裝有環(huán)形導磁軛鐵，陣列磁環(huán)的外周面安裝有橡膠墊圈，環(huán)形軛鐵固定于外夾板與內夾板的凹槽內。
[0009]上述的一種用于爬壁機器人的磁吸附輪，轉軸為空心鍵軸。
[0010]上述的一種用于爬壁機器人的磁吸附輪，陣列磁環(huán)包括四組磁陣列單元。
[0011]上述的一種用于爬壁機器人的磁吸附輪，相鄰的徑向磁塊和環(huán)向磁塊，環(huán)向角度比為 0.4-0.8。
[0012]爬壁機器人驅動電機的輸出軸與磁吸附輪通過鍵和鍵槽的形式傳遞扭矩，轉軸帶動夾板轉動，進而帶動磁吸附輪轉動。磁吸附輪通過內部的永磁單元Halbach陣列原理進行排列，而通過本發(fā)明這種排列，可以最大地增強磁吸附力。
[0013]環(huán)形Halbach的排列方式變化多樣，人們常把一個徑向的N極永磁單元和一個環(huán)向的S極永磁單元形成的磁極稱為一個極對。多極的Halbach環(huán)形陣列極對數有偶數和奇數兩類，奇數極對數Halbach圓形陣列為對內加強型，偶數極對數Halbach陣列為對外加強型。根據爬壁機器人需要用到外加強型把爬壁機器人吸附在導磁體，通常吸附在鐵罐體上用于檢測鐵罐體的性能使用，故以4，6，8，12，16偶數極對數，進行仿真分析。
[0014]附圖5中X為磁輪旋轉角度，單位為° 4為吸附力，單位為N。由附圖5可知有限元的模擬計算中可以得出極對數越多，吸附力越趨于平穩(wěn)，極對數較少的磁輪吸附力大小峰值波動越大。采用8極對數磁輪吸附力波動控制在5%以內，而且磁吸附力也較高。
[0015]針對8個極對數組成的磁環(huán)，相鄰縱向永磁單元和橫向永磁單元的體積配比對吸附力也有不同的影響。為直觀的反應兩者的大小引入系數環(huán)向角度比k，
k=n/(n+m)
上式中:/?為徑向永磁單元角度；》為環(huán)向永磁單元角度。
[0016]附圖6中Xl為k值；Y為吸附力，單位為N。由附圖6可知對有限元的仿真中，可見吸附力在k=0.6左右，磁輪吸附力將達到峰值。而k在0.4-0.8的區(qū)間內，吸附力也是令人滿意的。
[0017]本發(fā)明優(yōu)化了永磁吸附輪中永磁吸附單元結構，排列了永磁吸附單元充磁角度，使得磁環(huán)的外圈吸附力增強，內圈吸附力幾乎為零。同時提高了永磁單元的單位磁效能，達到了同體積磁環(huán)近2倍的吸附力。
【附圖說明】
[0018]圖1是爬壁機器人磁吸附輪整體結構示意圖。
[0019]圖2是爬壁機器人磁吸附輪軸向剖視圖圖3是爬壁機器人磁吸附輪徑向剖視圖。
[0020]圖4是Habalch陣列中永磁單元的磁化方向。
[0021]圖5是磁吸附力與極數的有限元模擬圖。
[0022]圖6是不同環(huán)向角度比與磁吸附力的有限元模擬圖。
[0023]圖中標記為:1內夾板，2橡膠墊圈，3連接外夾板與轉軸的螺釘，4環(huán)形軛鐵，5轉軸，51轉軸上的鍵槽，6連接內夾板與外夾板的螺釘，7外夾板，8環(huán)形陣列磁環(huán)，81為N極向心到S極的徑向磁塊、82為N極到S極的順時針環(huán)向磁塊、83為N極外向心到S極的徑向磁塊，84為N板到S極的逆時針環(huán)向磁塊。
【具體實施方式】
[0024]實施例一
上述的一種用于爬壁機器人的磁吸附輪，轉軸5為空心軸，設有鍵槽51 ;外夾板7與轉軸5通過螺釘3連接，內夾板I通過螺釘6與外夾板連接，陣列磁環(huán)8內周面安裝有環(huán)形導磁軛鐵4，陣列磁環(huán)的外周面安裝有橡膠墊圈2，環(huán)形軛鐵固定于外夾板與內夾板的凹槽內。
[0025]陣列磁環(huán)包括四組磁陣列單元，每組磁陣列單元依次包括N極向心到S極的徑向磁塊81、N極到S極的順時針環(huán)向磁塊82、N極外向心到S極的徑向磁塊83，N板到S極的逆時針環(huán)向磁塊84 ;其中相鄰的徑向磁塊和環(huán)向磁塊，環(huán)向角度比為0.6。
【主權項】
1.一種用于爬壁機器人的磁吸附輪，其特征在于在轉軸外固定有陣列磁環(huán)，陣列磁環(huán)包括若干組磁陣列單元，每組磁陣列單元依次包括N極向心到S極的徑向磁塊、N極到S極的順時針環(huán)向磁塊、N極外向心到S極的徑向磁塊，N板到S極的逆時針環(huán)向磁塊。
2.如權利要求1所述的一種用于爬壁機器人的磁吸附輪，其特征在于外夾板與轉軸螺紋連接，內夾板通過螺栓與外夾板連接，陣列磁環(huán)內周面安裝有環(huán)形導磁軛鐵，陣列磁環(huán)的外周面安裝有橡膠墊圈，環(huán)形軛鐵固定于外夾板與內夾板的凹槽內。
3.如權利要求2所述的一種用于爬壁機器人的磁吸附輪，其特征在于轉軸為空心鍵軸。
4.如權利要求1或2所述的一種用于爬壁機器人的磁吸附輪，其特征在于陣列磁環(huán)包括四組磁陣列單元。
5.如權利要求1所述的一種用于爬壁機器人的磁吸附輪，相鄰的徑向磁塊和環(huán)向磁塊，環(huán)向角度比為0.4-0.8。
【專利摘要】一種用于爬壁機器人的磁吸附輪，在轉軸外固定有陣列磁環(huán)，陣列磁環(huán)包括若干組磁陣列單元，每組磁陣列單元依次包括N極向心到S極的徑向磁塊、N極到S極的順時針環(huán)向磁塊、N極外向心到S極的徑向磁塊，N板到S極的逆時針環(huán)向磁塊。磁吸附輪通過內部的永磁單元Halbach陣列原理進行排列，而通過本發(fā)明這種排列，可以最大化地增強磁吸附力。
【IPC分類】B62D57-024, B60B19-00
【公開號】CN104875809
【申請?zhí)枴緾N201510173039
【發(fā)明人】梁利華, 潘柏松, 葉宇峰, 唐晨, 沈純陽, 魏靈航, 奚敏建, 丁煒, 王偉華, 徐俊杰
【申請人】浙江工業(yè)大學, 浙江省特種設備檢驗研究院
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年4月14日