专利名称：电磁永磁双激励爬壁机器人吸附机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种机器人技术领域的装置，具体是一种电磁永磁双激励爬壁机 器人吸附机构。
背景技术：
爬壁机器人作为非结构化环境下作业的移动载体，在现实中已近得到了广泛的应 用。而磁吸附方式由于可以提供较大的吸附力，在铁磁质壁面环境中作业的爬壁机器人多 采用磁吸附这一吸附方式。常用的磁吸附方式主要分为永磁吸附和电磁吸附。永磁吸盘是采用永磁磁源，通 过对磁源的通磁和隔磁控制，使其工作面上交替出现磁场或关闭磁场。由于其在使用过程 中无需电，也不会产生温升，且使用较为安全、可靠，因而被广泛采用。1984年日本日立制作 所研制了足式磁吸附式爬壁机器人，采用永磁吸附结构。此后东京工业大学的広濑茂男等 开发出了“内部力补偿型磁吸附单元”，解决了吸脱困难的问题。从此以后，永磁吸附方式被 广泛应用于各种运动方式的爬壁机器人上，并且在维修、焊接、检查各种大型构造物的领域 内发挥了重要的作用。经过对现有技术的检索发现，中国专利号ZL200520014021. 5记载了一种具有双 磁回路的永磁吸盘。该吸盘磁路由可变磁体和固定磁体构成，吸附时，工作面上将形成双倍 磁路系统，提高吸附力，脱离时，可变磁体和固定磁体间形成磁力线回路，以减少吸附力。相比永磁机构，电磁机构的发展较为缓慢。电磁吸附是应用电流磁效应的吸附方 式，电磁吸附有许多优点电磁吸附的磁性有无可以用通、断电流控制；磁性的大小可以用 电流的强弱或线圈的匝数来控制；也可改变电阻控制电流大小来控制磁性大小；它的磁极 可以由改变电流的方向来控制，等等。即磁性的强弱可以改变、磁性的有无可以控制、磁极 的方向可以改变。虽然电磁吸附的灵活性更好，但是由于需要外部供电产生吸附力，因而留 下了安全隐患。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种电磁永磁双激励爬壁机器人吸附 机构，具有永磁和电磁吸附两种方式，正常吸附时，电磁铁线圈不通电，依靠永磁铁进行吸 附；当需要脱离吸附面时，对线圈通直流电，电磁铁产生的磁力与永磁铁的磁力互相抵消， 可以使吸附机构更加容易地脱离；在特殊情况下，需要增加吸附机构的吸附力，则可对线圈 通反向直流电，电磁铁产生的磁力与永磁铁的磁力互相叠加，增强吸附效果。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明由若干个并列设置于轭铁内的吸附单 元组成，每一个吸附单元包括磁铁安装框、电磁铁铁芯、永磁铁和电磁铁线圈，其中电磁 铁铁芯和电磁铁线圈设置于磁铁安装框的内部，永磁铁与磁铁安装框相连，永磁铁位于电 磁铁铁芯与磁铁安装框中间。所述的磁铁安装框和轭铁为硅钢制成；
3
所述的磁铁安装框中间为永磁铁和电磁铁的安全空间，磁铁安装框上分别设有永 磁铁安装孔和电磁铁安装孔；所述的永磁体安装于磁铁安装框上的永磁铁安装孔中；所述的电磁铁铁芯为软磁材料制成；所述的电磁铁铁芯为圆柱形，高15mm，该电磁铁铁芯的两端与磁铁安装框之间为 紧配合。本发明与现有的吸附机构相比，包括以下优点克服了常见的永磁吸附机构脱离 吸附表面时的困难，控制电磁铁产生的磁吸附力与永磁铁产生的吸附力相抵消，更容易脱 离。与电磁吸附相比，更加安全，在掉电时仍能由永磁铁保持吸附状态，防止机器人从吸附 表面脱落，对机器人或周围的人员造成损伤。通过改变电磁铁线圈中的电流大小，可根据不 同的工作需要调节吸盘产生的吸附力。常规吸附时可以不需通电，减少了线圈发热的时间， 增加了其使用寿命，并且减少了功耗。通过有限元软件分析，合理的设计了吸附机构各部分 的参数，提高了吸附机构中磁铁的的磁能密度。可根据需要灵活选用吸附单元个数，适应不 同吸附要求。
图1是本发明单个吸附单元的三维示意图。图2是本发明单个吸附单元内部结构的剖面示意图；其中图2a为侧视图，图2b为剖视图。图3是磁铁安装框的部分剖视图。图4是四个吸附单元安装于轭铁上成矩形阵列的三维示意图。图5为图4中矩形阵列的下视图，其中各单元与相邻单元外侧磁极极性相反。
具体实施例方式下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施 例。如图1和图2a及图2b所示，本实施例包括若干个并列设置于轭铁6的吸附单元 1组成，每一个吸附单元1包括磁铁安装框2、电磁铁铁芯3、永磁铁4和电磁铁线圈5，其 中电磁铁铁芯3和电磁铁线圈5设置于磁铁安装框2的内部，永磁铁与4磁铁安装框2相 连，固定于电磁铁铁芯3和磁铁安装框2之间。 所述的磁铁安装框2和轭铁6为硅钢制成；所述的磁铁安装框2为矩形结构；所述的电磁铁铁芯3为软磁材料制成；所述的永磁铁4为钕铁硼材料制成，牌号为NdFe N45SH。如图3所示，磁铁安装框2上分别设有电磁铁铁芯安装孔A，走线槽B以及永磁铁 安装孔C，其中电磁铁铁芯安装孔A和永磁铁安装孔C分别位于磁铁安装框2的内部，走 线槽B位于磁铁安装框2的顶部边沿。如图4和图5所示，是对单个吸附单元进行不同组合后的形成的机构。在组合后， 磁铁可通过相邻的不同磁极组成闭合回路，因而组合并不是对单个单元的简单叠加，而是存在一个耦合关系。经试验测试，单个吸附单元独自工作时，由于要通过空气形成闭合磁回 路，因而吸力较小，约为4· 1N。 如图4所示，为四个吸附单元1成矩形阵列，相邻单元外侧磁极极性相反，此时平 均每个单元产生吸附力为19. 5N ；此外四个磁铁单元还可以成成直线排列，相邻单元外侧 磁极极性相反，此时平均每个单元产生吸附力为18. 2N ；可以根据实际的空间和吸附力需 要加工轭铁形状，任意排列磁铁吸附单元。
权利要求
一种电磁永磁双激励爬壁机器人吸附机构，其特征在于，由若干个并列设置于轭铁内的吸附单元组成，每一个吸附单元包括磁铁安装框、电磁铁铁芯、永磁铁和电磁铁线圈，其中电磁铁铁芯和电磁铁线圈设置于磁铁安装框的内部，永磁铁与磁铁安装框相连，永磁铁位于电磁铁铁芯与磁铁安装框中间。
2.根据权利要求1所述的电磁永磁双激励爬壁机器人吸附机构，其特征是，所述的磁 铁安装框和轭铁为硅钢制成。
3.根据权利要求1所述的电磁永磁双激励爬壁机器人吸附机构，其特征是，所述的电 磁铁铁芯为软磁材料制成。
4.根据权利要求1所述的电磁永磁双激励爬壁机器人吸附机构，其特征是，所述的磁 铁安装框中间为永磁铁和电磁铁的安全空间，磁铁安装框上分别设有永磁铁安装孔和电磁 铁安装孔；所述的永磁体安装于磁铁安装框上的永磁铁安装孔中。
5.根据权利要求1或3所述的电磁永磁双激励爬壁机器人吸附机构，其特征是，所述的 电磁铁铁芯为圆柱形，高15mm，该电磁铁铁芯的两端与磁铁安装框之间为紧配合。
6.根据权利要求1或2所述的电磁永磁双激励爬壁机器人吸附机构，其特征是，所述的 磁铁安装框为矩形结构。
7.根据权利要求1所述的电磁永磁双激励爬壁机器人吸附机构，其特征是，所述的永 磁铁为钕铁硼材料制成，牌号为NdFe N45SH。
8.根据权利要求1或2所述的电磁永磁双激励爬壁机器人吸附机构，其特征是，所述的 磁铁安装框上设有走线槽，走线槽位于磁铁安装框的顶部边沿。
全文摘要
一种机器人技术领域的电磁永磁双激励爬壁机器人吸附机构，由若干个并列设置于轭铁内的吸附单元组成，每一个吸附单元包括磁铁安装框、电磁铁铁芯、永磁铁和电磁铁线圈，电磁铁铁芯和电磁铁线圈设置于磁铁安装框的内部，永磁铁与磁铁安装框相连，电磁铁铁芯位于永磁铁和轭铁的中间或永磁铁位于电磁铁铁芯与轭铁中间。本发明具有永磁和电磁吸附两种方式，不通电时靠永磁铁进行吸附；通直流电产生的磁力与永磁铁的磁力互相抵消，可以使吸附机构更加容易地脱离；反向直流电产生的磁力与永磁铁的磁力互相叠加，增强吸附效果。
文档编号B62D57/024GK101941478SQ201010288769
公开日2011年1月12日 申请日期2010年9月21日 优先权日2010年9月21日
发明者付庄, 吴明晖, 赵言正, 陈善本, 高晓飞 申请人:上海交通大学