本發(fā)明涉及工業(yè)機器人技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種輪式永磁吸附裝置，該裝置可應(yīng)用于機器人領(lǐng)域。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是為爬壁機器人等行走設(shè)備提供一種體積小、重量輕、易于維護、具備高摩擦系數(shù)、同時比現(xiàn)有永磁吸附裝置磁能利用率更高的輪式永磁吸附裝置，以實現(xiàn)爬壁機器人等行走設(shè)備在各類導(dǎo)磁性壁面上的可靠吸附與靈活爬行。

背景技術(shù)：

近年來，機器人在各個領(lǐng)域均得到了廣泛應(yīng)用與發(fā)展。用機器人代替人工從事各種勞動強度大、危險性高、簡單重復(fù)的工作，已是社會發(fā)展的必然趨勢。爬壁機器人作為移動機器人的一種，能吸附在各類壁面上且可攜帶相應(yīng)工具完成一定作業(yè)，廣泛應(yīng)用于核工業(yè)、石化、船舶、建筑、消防等領(lǐng)域，代替人工進行清洗、檢測、維護、觀察、搜救等作業(yè)。因此，研發(fā)高性能、高可靠性的爬壁機器人已成為各行各業(yè)的迫切需求與研發(fā)重點。目前，爬壁機器人常采用的磁吸附方式主要分為電磁吸附和永磁吸附兩種，其中永磁吸附方式因具有吸附不耗能、安全性較高等諸多優(yōu)點得到了較廣應(yīng)用。

經(jīng)專利檢索發(fā)現(xiàn)，專利號為：200820176461.4的專利涉及一種橡膠磁輪吸附驅(qū)動機構(gòu)，其采用兩塊鋼輪夾緊一個環(huán)形永磁磁輪，并在磁輪外側(cè)包裹一層橡膠敷層以提高磁輪摩擦力。該結(jié)構(gòu)雖從原理上能夠?qū)崿F(xiàn)對導(dǎo)磁性壁面的吸附，但實用意義有限，存在諸多不足，具體如下：（1）從原理上看，該專利磁路設(shè)計欠佳，磁場方向未明確指出，且僅采用普通鋼輪與環(huán)形永磁體局部接觸，導(dǎo)磁能力有限，磁能利用率較低；（2）從結(jié)構(gòu)上看，該專利結(jié)構(gòu)設(shè)計極不合理，兩塊鋼輪通過中間凸起部位的外圓柱面與環(huán)形永磁體內(nèi)圓柱面實現(xiàn)定位，利用吸附力實現(xiàn)二者連接，須知永磁體均為脆性材料且對鋼輪存在巨大作用力，裝配難度較大，如定位圓柱面配合過緊，裝配過程中不易定位且易發(fā)生永磁體破碎現(xiàn)象，如定位圓柱面配合較松，兩塊鋼輪的同軸度不易保證。同時，磁輪運動過程中可能存在較大的軸向載荷，僅依靠吸附力連接，極不可靠且不易拆卸維護，另外，考慮永磁體為低強度脆性材料，工作過程中直接承受壁面壓力，壽命會大大縮短；（3）從工藝上看，該專利可行性欠佳，該專利將橡膠直接包裹在環(huán)形永磁體上，須知即使目前最先進的包膠工藝包膠過程中所需的溫度亦能使當(dāng)今最耐溫的永磁體退磁。

目前應(yīng)用于爬壁機器人的磁吸附裝置普遍存在結(jié)構(gòu)笨重、不易維護、摩擦力小、磁能利用率低等諸多局限，已成為阻礙爬壁機器人研發(fā)與應(yīng)用的瓶頸問題。針對現(xiàn)有永磁吸附裝置存在的諸多不足，本發(fā)明提出了一種體積小、重量輕、易于維護、具備高摩擦力、同時比現(xiàn)有永磁吸附裝置磁能利用率更高的新型輪式永磁吸附裝置，以實現(xiàn)爬壁機器人等行走設(shè)備在各類導(dǎo)磁性壁面上的可靠吸附與靈活爬行。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述技術(shù)不足，本發(fā)明提供一種輪式永磁吸附裝置，該裝置采用夾心結(jié)構(gòu)，將環(huán)形永磁體內(nèi)嵌在兩塊高磁導(dǎo)率軛鐵，如硅鋼、鐵鎳合金等之間的凹槽內(nèi)，兩導(dǎo)磁軛鐵分別充分接觸包裹軸向充磁的永磁體兩極，使兩極磁感線充分聚攏，不僅提高了磁能利用率還避免了環(huán)形永磁體跟導(dǎo)磁性壁面的直接接觸，彌補了環(huán)形永磁體易碎、強度低的缺陷。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案

一種輪式永磁吸附裝置，該輪式永磁吸附裝置由環(huán)形釹鐵硼永磁體103、外側(cè)硅鋼導(dǎo)磁軛鐵101、內(nèi)側(cè)硅鋼導(dǎo)磁軛鐵104、定位套105、磁輪外側(cè)橡膠102組成，所述的定位套105由非導(dǎo)磁性材料制成的定位元件，其一端套在外側(cè)硅鋼導(dǎo)磁軛鐵101中心的外圓上，另一端套在內(nèi)側(cè)硅鋼導(dǎo)磁軛鐵104中心部位位置的外圓上，實現(xiàn)外側(cè)硅鋼導(dǎo)磁軛鐵101與內(nèi)側(cè)硅鋼導(dǎo)磁軛鐵104的徑向定位，保證了安裝時兩者的同軸度；所述的環(huán)形釹鐵硼永磁體103內(nèi)嵌在外側(cè)硅鋼導(dǎo)磁軛鐵101與內(nèi)側(cè)硅鋼導(dǎo)磁軛鐵104之間的凹槽內(nèi)；外側(cè)硅鋼導(dǎo)磁軛鐵101經(jīng)驅(qū)動軸末端的螺釘109跟磁輪驅(qū)動軸106固定在一起，外側(cè)硅鋼導(dǎo)磁軛鐵101和內(nèi)側(cè)硅鋼導(dǎo)磁軛鐵104分別通過各自側(cè)面的螺紋孔107與110固定擰緊，構(gòu)成夾心結(jié)構(gòu)輪式永磁吸附單元；且磁輪外側(cè)橡膠102包覆在外側(cè)硅鋼導(dǎo)磁軛鐵101和內(nèi)側(cè)硅鋼導(dǎo)磁軛鐵104外圓柱面上，用于增大磁輪摩擦力，避免磁輪在轉(zhuǎn)動過程中出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。

一種輪式永磁吸附裝置，所述的外側(cè)硅鋼導(dǎo)磁軛鐵101為柱狀“山”字形結(jié)構(gòu)，其中心軸為用于磁輪驅(qū)動與裝配的外圓內(nèi)方中空結(jié)構(gòu)；外側(cè)硅鋼導(dǎo)磁軛鐵101內(nèi)側(cè)面有四個環(huán)形陣列螺紋孔110，用于配合內(nèi)側(cè)硅鋼導(dǎo)磁軛鐵104側(cè)面四個螺紋孔107實現(xiàn)磁輪內(nèi)外側(cè)導(dǎo)磁軛鐵和環(huán)形永磁體的固定與定位；內(nèi)側(cè)硅鋼導(dǎo)磁軛鐵104為柱狀“王”字形結(jié)構(gòu)，在其中心位置同樣固定有一外圓內(nèi)方中空軸，用于磁輪裝配與驅(qū)動。

一種輪式永磁吸附裝置，所述的內(nèi)側(cè)硅鋼導(dǎo)磁軛鐵104內(nèi)側(cè)面有兩組半徑不同的環(huán)形陣列孔，半徑較大的那一組環(huán)形陣列螺紋孔108用于實現(xiàn)環(huán)形釹鐵硼永磁體103拆卸維護與更換，半徑較小的那一組環(huán)形陣列螺紋孔107用于將外側(cè)硅鋼導(dǎo)磁軛鐵101和內(nèi)側(cè)硅鋼導(dǎo)磁軛鐵104固定在一起，外側(cè)硅鋼導(dǎo)磁軛鐵104和內(nèi)側(cè)硅鋼導(dǎo)磁軛鐵104的制作材料硅鋼為高磁導(dǎo)率材料，能有效疏導(dǎo)聚攏磁感線。

一種輪式永磁吸附裝置，所述的環(huán)形釹鐵硼永磁體103為軸向充磁結(jié)構(gòu)，其用于提供產(chǎn)生吸附力的強磁環(huán)境。

一種輪式永磁吸附裝置的工作方法，采用的夾心結(jié)構(gòu)輪式永磁吸附單元工作時，環(huán)形釹鐵硼永磁體103的磁感線從其N極流出，經(jīng)外側(cè)硅鋼導(dǎo)磁軛鐵101聚攏后，穿過導(dǎo)磁性壁面，流經(jīng)內(nèi)側(cè)硅鋼導(dǎo)磁軛鐵104，最后流回環(huán)形釹鐵硼永磁體103的S極，形成閉合的磁感線回路，大大提高了磁感線利用率，增大了爬壁機器人在導(dǎo)磁壁面上的吸附力。

由于采用如上所述的技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下優(yōu)越性：

（1）本發(fā)明輪式永磁吸附裝置采取夾心結(jié)構(gòu)，用高磁導(dǎo)率的導(dǎo)磁軛鐵包裹永磁體，使永磁體磁感線聚攏在一起，永磁體磁感線穿過導(dǎo)磁性壁面后形成閉合回路，磁能利用率更高。

(2) 本發(fā)明輪式永磁吸附裝置體積較小、重量較輕、便于拆卸和裝配、易于更換不同磁力的永磁體、同時具備高摩擦系數(shù)，磁輪在轉(zhuǎn)動過程中不會出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。

（3）本發(fā)明輪式永磁吸附裝置內(nèi)外側(cè)導(dǎo)磁軛鐵和永磁體通過定位套與螺釘雙重定位，保證了同軸度，即使磁輪高速轉(zhuǎn)動也不會發(fā)生錯位現(xiàn)象。易于實現(xiàn)裝配。

附圖及說明

圖1是本發(fā)明輪式永磁吸附裝置外觀軸測圖

圖2是本發(fā)明外側(cè)硅鋼導(dǎo)磁軛鐵側(cè)視圖

圖3是本發(fā)明內(nèi)側(cè)硅鋼導(dǎo)磁軛鐵側(cè)視圖

圖4是本發(fā)明輪式永磁吸附裝置剖面圖

圖中：101外側(cè)硅鋼導(dǎo)磁軛鐵、102磁輪外側(cè)橡膠、103環(huán)形釹鐵硼永磁體、104內(nèi)側(cè)硅鋼導(dǎo)磁軛鐵、105定位套、106磁輪驅(qū)動軸、107內(nèi)側(cè)硅鋼導(dǎo)磁軛鐵安裝固定螺紋孔、108內(nèi)側(cè)硅鋼導(dǎo)磁軛鐵拆卸螺紋孔、109外側(cè)硅鋼導(dǎo)磁軛鐵軸端固定螺釘、110外側(cè)硅鋼導(dǎo)磁軛鐵安裝固定螺紋孔。

具體實施方式

如圖1至圖4所示，一種輪式永磁吸附裝置，采用夾心結(jié)構(gòu)將環(huán)形永磁體內(nèi)嵌在兩塊高磁導(dǎo)率軛鐵，如硅鋼、鐵鎳合金等之間的凹槽內(nèi)，兩導(dǎo)磁軛鐵分別充分接觸包裹軸向充磁的永磁體兩極，使兩極磁感線充分聚攏，不僅提高了磁能利用率還避免了環(huán)形永磁體跟導(dǎo)磁性壁面的直接接觸，彌補了環(huán)形永磁體易碎、強度低的缺陷。

該裝置采用定位套和螺釘實現(xiàn)對導(dǎo)磁軛鐵與環(huán)形永磁體的雙重定位與固定。定位套一端套在外側(cè)導(dǎo)磁軛鐵中心軸上，另一端套在內(nèi)側(cè)導(dǎo)磁軛鐵中心軸上，實現(xiàn)兩導(dǎo)磁軛鐵的徑向定位，保證了兩導(dǎo)磁軛鐵的同軸度。兩導(dǎo)磁軛鐵側(cè)面均分布有環(huán)形陣列螺紋孔，螺釘穿過內(nèi)側(cè)導(dǎo)磁軛鐵側(cè)面的螺紋孔后與外側(cè)導(dǎo)磁軛鐵側(cè)面的螺紋孔配合擰緊，實現(xiàn)兩導(dǎo)磁軛鐵軸向和徑向的定位與固定。定位套和螺釘雙重連接，這種裝配方式比較簡便迅速，連接部位不易松動，易保證兩導(dǎo)磁軛鐵同軸度，即使磁輪在快速轉(zhuǎn)動過程中也不會出現(xiàn)錯位現(xiàn)象。內(nèi)側(cè)導(dǎo)磁軛鐵側(cè)面分布有環(huán)形陣列螺紋孔，用于實現(xiàn)該裝置可拆卸、可回收、可維護以及重復(fù)利用的綠色化設(shè)計。拆卸時將螺釘擰進該螺紋孔，將環(huán)形永磁體與導(dǎo)磁軛鐵分離，該分離方式，易于實現(xiàn)永磁體的拆卸更換與維修維護，且對拆卸工具要求低，間接的延長了該吸附裝置的使用壽命。該吸附裝置，各零件參數(shù)均經(jīng)過合理優(yōu)化，使得整體重量較輕、體積較小、零件數(shù)較少。

磁輪外側(cè)橡膠包覆在兩導(dǎo)磁軛鐵上并未跟永磁體直接接觸，這種包膠方式不僅使導(dǎo)磁性壁面與磁輪外側(cè)高摩擦系數(shù)的橡膠直接接觸，以免磁輪在轉(zhuǎn)動過程中出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，同時還避免了磁輪橡膠直接包裹在永磁體上出現(xiàn)包膠過程中永磁體高溫退磁現(xiàn)象。

一種輪式永磁吸附裝置，其主要由環(huán)形永磁體、外側(cè)導(dǎo)磁軛鐵、內(nèi)側(cè)導(dǎo)磁軛鐵、定位套、磁輪外側(cè)橡膠組成。所述環(huán)形永磁體由強磁性材料（如釹鐵硼）制備而成，并采用軸向充磁方式，該環(huán)形永磁體用于提供強磁環(huán)境。外側(cè)導(dǎo)磁軛鐵為柱狀“山”字形結(jié)構(gòu)，其中心軸為外圓內(nèi)方的中空結(jié)構(gòu)，用于實現(xiàn)磁輪的驅(qū)動與裝配。外側(cè)導(dǎo)磁軛鐵內(nèi)側(cè)面有四個環(huán)形陣列螺紋孔，用于配合內(nèi)側(cè)導(dǎo)磁軛鐵側(cè)面的四個螺紋孔實現(xiàn)磁輪裝配過程中軛鐵與永磁體的準確定位與固定。內(nèi)側(cè)導(dǎo)磁軛鐵為柱狀“王”字形結(jié)構(gòu)，在其中心位置同樣有一外圓內(nèi)方中空軸，用于磁輪裝配與驅(qū)動。內(nèi)側(cè)導(dǎo)磁軛鐵內(nèi)側(cè)面有兩組半徑不同的環(huán)形陣列孔，半徑較大的一組環(huán)形陣列孔用于實現(xiàn)環(huán)形永磁體的拆卸維護與更換，半徑較小的一組環(huán)形陣列孔，用于通過螺釘實現(xiàn)外側(cè)導(dǎo)磁軛鐵和內(nèi)側(cè)導(dǎo)磁軛鐵的定位與固定，外側(cè)導(dǎo)磁軛鐵和內(nèi)側(cè)導(dǎo)磁軛鐵均由高磁導(dǎo)率材料（如硅鋼、鐵鎳合金）制備而成，起到疏導(dǎo)聚攏磁感線的作用。所述定位套為一由非導(dǎo)磁性材料制成的定位元件，其一部分套在外側(cè)導(dǎo)磁軛鐵外圓內(nèi)方軸的外圓上，另一部分套在內(nèi)側(cè)導(dǎo)磁軛鐵外圓內(nèi)方軸的外圓上，用于保證外側(cè)導(dǎo)磁軛鐵與內(nèi)側(cè)導(dǎo)磁軛鐵的同軸度。

環(huán)形永磁體內(nèi)嵌在外側(cè)導(dǎo)磁軛鐵與內(nèi)側(cè)導(dǎo)磁軛鐵之間的凹槽內(nèi)，內(nèi)側(cè)與外側(cè)導(dǎo)磁軛鐵包裹環(huán)形永磁體的側(cè)面與圓柱面并在圓柱面上留有一定氣隙。外側(cè)導(dǎo)磁軛鐵經(jīng)軸端螺釘跟磁輪驅(qū)動軸固定在一起，外側(cè)導(dǎo)磁軛鐵和內(nèi)側(cè)導(dǎo)磁軛鐵通過各自側(cè)面的螺紋孔經(jīng)螺釘固定擰緊。磁輪外側(cè)橡膠包覆在外側(cè)導(dǎo)磁軛鐵和內(nèi)側(cè)導(dǎo)磁軛鐵外表面上，避免產(chǎn)生包覆在永磁體上使得永磁體高溫退磁的情況，磁輪外側(cè)橡膠用來增大磁輪摩擦力，防止磁輪在轉(zhuǎn)動過程中出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，實現(xiàn)爬壁機器人在導(dǎo)磁壁面上靈活移動。

所述輪式永磁吸附單元采用夾心結(jié)構(gòu)。環(huán)形永磁體內(nèi)嵌在外側(cè)導(dǎo)磁軛鐵和內(nèi)側(cè)導(dǎo)磁軛鐵之間的凹槽內(nèi)。磁感線從環(huán)形永磁體N極流出，經(jīng)過外側(cè)導(dǎo)磁軛鐵的聚攏后，穿過導(dǎo)磁性壁面，流經(jīng)內(nèi)側(cè)導(dǎo)磁軛鐵，最后流回環(huán)形永磁體S極，形成了閉合磁感線回路，提高了磁感線利用率，增大了爬壁機器人在導(dǎo)磁性壁面上的吸附力，使爬壁機器人更牢固地吸附在導(dǎo)磁性壁面上。

該一種輪式永磁吸附裝置，其主要由環(huán)形釹鐵硼永磁體103、外側(cè)硅鋼導(dǎo)磁軛鐵101、內(nèi)側(cè)硅鋼導(dǎo)磁軛鐵104、定位套105、磁輪外側(cè)橡膠102組成。所述環(huán)形釹鐵硼永磁體103采取軸向充磁方式，其用于提供產(chǎn)生吸附力的強磁環(huán)境。外側(cè)硅鋼導(dǎo)磁軛鐵101為柱狀“山”字形結(jié)構(gòu)，其中心軸為用于磁輪驅(qū)動與裝配的外圓內(nèi)方中空結(jié)構(gòu)。外側(cè)硅鋼導(dǎo)磁軛鐵101內(nèi)側(cè)面有四個環(huán)形陣列螺紋孔110，用于配合內(nèi)側(cè)硅鋼導(dǎo)磁軛鐵104側(cè)面四個螺紋孔107實現(xiàn)磁輪內(nèi)外側(cè)導(dǎo)磁軛鐵和環(huán)形永磁體的固定與定位。內(nèi)側(cè)硅鋼導(dǎo)磁軛鐵104為柱狀“王”字形結(jié)構(gòu)，在其中心位置同樣固定有一外圓內(nèi)方中空軸，用于磁輪裝配與驅(qū)動。內(nèi)側(cè)硅鋼導(dǎo)磁軛鐵104內(nèi)側(cè)面有兩組半徑不同的環(huán)形陣列孔，半徑較大的那一組環(huán)形陣列螺紋孔108用于實現(xiàn)環(huán)形釹鐵硼永磁體103拆卸維護與更換，半徑較小的那一組環(huán)形陣列螺紋孔107用于將外側(cè)硅鋼導(dǎo)磁軛鐵101和內(nèi)側(cè)硅鋼導(dǎo)磁軛鐵104固定安裝在一起，外側(cè)硅鋼導(dǎo)磁軛鐵104和內(nèi)側(cè)硅鋼導(dǎo)磁軛鐵104的制作材料硅鋼為高磁導(dǎo)率材料，能有效疏導(dǎo)聚攏磁感線。定位套105由非導(dǎo)磁性材料制成的定位元件，其一端套在外側(cè)硅鋼導(dǎo)磁軛鐵101中心的外圓上，另一端套在內(nèi)側(cè)硅鋼導(dǎo)磁軛鐵104中心部位位置的外圓上，實現(xiàn)外側(cè)硅鋼導(dǎo)磁軛鐵101與內(nèi)側(cè)硅鋼導(dǎo)磁軛鐵104的徑向定位，保證了安裝時兩者的同軸度。

環(huán)形釹鐵硼永磁體103內(nèi)嵌在外側(cè)硅鋼導(dǎo)磁軛鐵101與內(nèi)側(cè)硅鋼導(dǎo)磁軛鐵104之間的凹槽內(nèi)。外側(cè)硅鋼導(dǎo)磁軛鐵101經(jīng)驅(qū)動軸末端的螺釘109跟磁輪驅(qū)動軸106固定在一起，外側(cè)硅鋼導(dǎo)磁軛鐵101和內(nèi)側(cè)硅鋼導(dǎo)磁軛鐵104分別通過各自側(cè)面的螺紋孔107與110固定擰緊。磁輪外側(cè)橡膠102包覆在外側(cè)硅鋼導(dǎo)磁軛鐵101和內(nèi)側(cè)硅鋼導(dǎo)磁軛鐵104外圓柱面上，磁輪外側(cè)橡膠102增大了磁輪摩擦力，避免了磁輪在轉(zhuǎn)動過程中出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，實現(xiàn)爬壁機器人在導(dǎo)磁性壁面上的靈活爬行。

該夾心結(jié)構(gòu)的輪式永磁吸附單元工作時，環(huán)形釹鐵硼永磁體103的磁感線從其N極流出，經(jīng)外側(cè)硅鋼導(dǎo)磁軛鐵101聚攏后，穿過導(dǎo)磁性壁面，流經(jīng)內(nèi)側(cè)硅鋼導(dǎo)磁軛鐵104，最后流回環(huán)形釹鐵硼永磁體103的S極，形成閉合的磁感線回路，大大提高了磁感線利用率，增大了爬壁機器人在導(dǎo)磁壁面上的吸附力。