專利名稱：兩棲仿生變磁力吸盤的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種不僅可作為水上和水下磁性結構物壁面上行走機器人的吸附裝
置，還可作為微小型武器載體的兩棲仿生變磁力吸盤。
背景技術：
水下環(huán)境下的作業(yè)，例如清刷、檢測、焊接和噴涂等，一直以來都由潛水員來完成。 潛水員在此水下環(huán)境下作業(yè)，勞動強度大，作業(yè)效率低。目前急需水下特種作業(yè)機器人，來 代替潛水員水下作業(yè)。水下特種作業(yè)機器人由行走機構、作業(yè)機構和控制系統(tǒng)等組成。兩 棲仿生變磁力吸盤是水下特種作業(yè)機器人行走機構的一種裝置，它的性能好壞直接影響水 下特種作業(yè)機器人的發(fā)展。 目前國內外有關兩棲仿生變磁力吸盤的研究資料尚未見到報導。 對比文獻1 (王軍波，陳強，孫振國.爬壁機器人變磁力吸附單元的優(yōu)化設計[J].
清華大學學報(自然科學版)，2003,43(2) :214-217和226頁)給出了王軍波、陳強和孫振
國幾位老師，為解決磁吸附爬壁機器人吸附能力和運動性能之間的矛盾，設計的一種磁吸
力可調的吸附單元。該吸附單元雖具有體積小和重量輕的特點，但是它不能在水下工作，不
適合用于水下壁面移動機器人的行走裝置。 對比文獻2(趙杰，谷柏峰，樊繼壯，蔡鶴皋.基于有限元分析的不完全消磁機構 的優(yōu)化設計[J].機械設計與制造，2006(3) :l-3頁)，給出了哈爾濱工業(yè)大學的趙杰、谷柏 峰、樊繼壯和蔡鶴皋幾位老師，為解決爬壁機器人永磁吸附機構的吸附和脫離的矛盾，基于 有限元分析優(yōu)化設計了不完全消磁機構，該內平衡磁極不完全消磁機構采用電磁鐵進行內 部消磁，解決了磁力可調問題，然而還存在如下兩個問題，其一是體積大和重量沉；其二是， 只能在干燥的環(huán)境中應用。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術中存在的不足而提供一種可用于水下壁面移動 機器人行走機構的兩棲仿生變磁力吸盤結構。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的包括由驅動系統(tǒng)密封箱、設置在驅動系統(tǒng)密封箱中
的伺服電機、與伺服電機相連接的減速器構成的驅動系統(tǒng)、設置在驅動系統(tǒng)下部的磁吸附
系統(tǒng)、設置在驅動系統(tǒng)與磁吸附系統(tǒng)之間的靜密封系統(tǒng)和動密封系統(tǒng)，其特征在于 減速器的輸出軸通過緊定螺釘與絲杠軸套連接在一起，在絲杠軸套上套裝有動密
封蓋，動密封蓋與絲杠軸套之間夾著格萊圈和毛氈，形成動密封系統(tǒng)； 在絲杠軸套上通過螺紋連接有螺母套，在螺母套上過盈聯(lián)接有由磁盤N極和磁盤 S極構成的磁吸盤，形成磁吸附系統(tǒng)； 減速器通過螺釘與靜密封蓋相連接，靜密封蓋、動密封蓋和驅動系統(tǒng)密封箱之間 又通過螺栓和螺母聯(lián)接起來，靜密封蓋與驅動系統(tǒng)密封箱頭部之間夾有上部0型密封圈， 靜密封蓋與動密封蓋之間夾有下部O型密封圈，形成了驅動系統(tǒng)密封箱頭部的靜密封系
在驅動系統(tǒng)密封箱的內螺紋上連接有壓緊螺母，壓緊螺母壓緊在銅墊片和橡膠墊 上，在橡膠墊上夾有橡膠管，在橡膠管中穿有信號和動力傳輸線，構成了驅動系統(tǒng)密封箱左 上口處的靜密封系統(tǒng)。 伺服電機通過緊定螺釘與編碼器相連接，伺服電機通過緊定螺釘與減速器相連 接，減速器的輸出軸和絲杠軸套通過緊定螺釘實現(xiàn)軸向聯(lián)接，減速器的輸出軸和絲杠軸套 通過平鍵實現(xiàn)周向聯(lián)接，形成了驅動系統(tǒng)。 在靜密封蓋的下方通過螺栓和螺母連接有定位端蓋，在定位端蓋與絲杠軸套之間 設置有滑動軸承，定位端蓋附著在被吸物表面上。 本發(fā)明具有如下積極效果本發(fā)明由伺服電機、減速器、徑向充磁的磁盤、絲杠、螺 母、靜密封和動密封裝置組成。它可以根據實際吸力的需要，通過改變伺服電機的旋轉方 向，改變磁盤的上下運動。當伺服電機順時針旋轉時，絲杠帶動螺母和磁盤向下運動，磁盤 貼近被吸物，使得磁吸力增大；當伺服電機逆時針旋轉時，絲杠帶動螺母和磁盤向上運動， 磁盤遠離被吸物，磁傳導間隙增大，使得磁吸力減小。這樣，通過改變電機的旋轉方向，就可 改變磁盤與被吸物之間的間隙，從而改變磁吸力的大小，使磁吸力滿足工作的要求。即，當 磁吸盤對被吸物的吸力減小時，機器人的該腳可以移動；當磁吸盤吸力對被吸物增大時，機 器人的該腳吸附于被吸物上，此時該腳固定。 兩棲仿生變磁力吸盤與現(xiàn)有的磁力吸盤結構不同之處在于一方面，它可以根據 實際吸力的需要，通過改變伺服電機的旋轉方向，從而改變磁吸盤與被吸物之間的磁吸力， 使磁吸力滿足工作的要求；另外一方面，該兩棲仿生變磁力吸盤動密封結構的設計具有獨 到之處，該機構的減速器輸出軸可供密封用的軸長只有肆毫米，采用通常的磁流體密封、機 械密封和迷宮密封等方法都難以解決，本發(fā)明采用加軸套，運用組合密封的方法進行解決， 采用毛氈密封可以防止泥沙進入密封裝置，保護第二道密封——格萊圈密封，而格萊圈密 封可以阻止水進入驅動系統(tǒng)。這樣，該兩棲仿生變磁力吸盤不僅可用于水上的吸附和脫離， 也可用于水下的吸附和脫離。本發(fā)明解決了兩個技術難題一是磁力可調；其二是解決了 減速器輸出軸上可供動密封用的尺寸小于四毫米的技術難題。磁力可調性能的實現(xiàn)是通過 改變伺服電機旋轉方向，從而改變磁盤的上下運動，使得磁吸附力隨著間隙的變化而變化。 水下密封性能的實現(xiàn)，是由靜密封和動密封裝置的共同作用實現(xiàn)的，其中動密封是由格萊 圈、毛氈和帶絲杠的軸套構成的。該吸盤在一定范圍內，其磁吸力可調，能適應復雜多變的 水陸兩棲環(huán)境。它不僅可作為水下和水上磁性結構物壁面上行走機器人的吸附裝置，還可 作為微小型武器的載體。


圖1為本發(fā)明的兩棲仿生變磁力吸盤的結構示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示，一種用于水上和水下壁面行走機器人用的兩棲仿生變磁力吸盤，其 組成和連接關系如下。 本發(fā)明包括由驅動系統(tǒng)密封箱10、設置在驅動系統(tǒng)密封箱10中的伺服電機18、與伺服電機18相連接的減速器20構成的驅動系統(tǒng)、設置在驅動系統(tǒng)下部的磁吸附系統(tǒng)、設置 在驅動系統(tǒng)與磁吸附系統(tǒng)之間的靜密封系統(tǒng)和動密封系統(tǒng)，其特征在于減速器20的輸出 軸通過緊定螺釘27與絲杠軸套30連接在一起，在絲杠軸套30上套裝有動密封蓋6，動密封 蓋6與絲杠軸套30之間夾著格萊圈24和毛氈25，形成動密封系統(tǒng)；在絲杠軸套30上通過 螺紋連接有螺母套3，在螺母套3上過盈聯(lián)接有由磁盤N極2和磁盤S極29構成的磁吸盤， 形成磁吸附系統(tǒng)；減速器20通過螺釘21與靜密封蓋7相連接，靜密封蓋7、動密封蓋6和 驅動系統(tǒng)密封箱10之間又通過螺栓8和螺母9聯(lián)接起來，靜密封蓋7與驅動系統(tǒng)密封箱10 頭部之間夾有上部0型密封圈22，靜密封蓋7與動密封蓋6之間夾有下部0型密封圈23， 形成了驅動系統(tǒng)密封箱10頭部的靜密封系統(tǒng)。 在驅動系統(tǒng)密封箱10上的內螺紋連接有壓緊螺母15，壓緊螺母15壓緊在銅墊片 12和橡膠墊11上，在橡膠墊11中夾有橡膠管13，在橡膠管13中穿有信號和動力傳輸線 14，構成了驅動系統(tǒng)密封箱10左上口處的靜密封系統(tǒng)。 伺服電機18通過緊定螺釘16與編碼器17相連接，伺服電機18通過緊定螺釘19 與減速器20相連接，減速器20的輸出軸和絲杠軸套30通過緊定螺釘27實現(xiàn)軸向聯(lián)接，減 速器20的輸出軸和絲杠軸套30通過平鍵26實現(xiàn)周向聯(lián)接，形成了驅動系統(tǒng)。
在靜密封蓋7的下方通過螺栓4和螺母5連接有定位端蓋1，在定位端蓋1與絲杠 軸套30之間設置有滑動軸承28，定位端蓋1附著在被吸物表面上。 本發(fā)明通過改變伺服電機18的旋轉方向，從而改變磁盤的上下運動，使得磁吸附 力隨著間隙的變化而變化；當伺服電機18順時針旋轉時，絲杠30帶動螺母套3和磁盤(磁 盤N極和磁盤S極)向下運動，磁盤貼近被吸物，間隙減小，使得磁吸力增大；當伺服電機18 逆時針旋轉時，絲杠30帶動螺母套3和磁盤向上運動，磁盤遠離被吸物，磁傳導間隙隨之增 大，使得磁吸力減小。 兩棲仿生變磁力吸盤的"變磁力"性能的實現(xiàn)，是通過改變伺服電機18的旋轉方 向，從而改變磁盤的上下運動，使得磁吸附力隨著間隙的變化而變化。當伺服電機18順時 針旋轉時，絲杠30帶動螺母套3和磁盤(由磁盤N極和磁盤S極組成)向下運動，磁盤貼 近被吸物，間隙減小，使得磁吸力增大；當伺服電機18逆時針旋轉時，絲杠30帶動螺母套3 和磁盤(磁盤N極和磁盤S極組成)向上運動，磁盤遠離被吸物，磁傳導間隙隨之增大，使 得磁吸力減小。這樣，通過改變伺服電機的旋轉方向，就可改變磁盤與被吸物之間的間隙， 從而改變磁吸力的大小，使磁吸力滿足工作的要求。即，當磁吸盤吸力對被吸物減小時，機 器人的該腳可以移動；當磁吸盤吸力對被吸物增大時，機器人的該腳吸附于被吸物上，此時 該腳固定。 兩棲仿生變磁力吸盤的"密封"性能的實現(xiàn)，是由靜密封和動密封裝置的共同作用 實現(xiàn)的。其一，伺服電機傳輸線出口處的靜密封由橡膠墊11、銅墊12、橡膠管13和壓緊螺 母15構成了伺服電機傳輸線出口處的靜密封；其二，由0型圈22和0型圈23構成了減速 器端蓋處的靜密封；其三，由格萊圈24、毛氈25和帶絲杠的軸套30構成減速器輸出軸處的 動密封，其中毛氈25阻止水中的泥沙進入格萊圈，保護了格萊圈處的動密封，格萊圈24阻 止水進入伺服電機。這種在減速機輸出軸上加軸套的動密封結構解決了機器輸出軸上可供 動密封用的尺寸小于肆毫米的技術難題，而采用常規(guī)的磁流體密封和機械密封是難以實現(xiàn) 的。
權利要求
一種兩棲仿生變磁力吸盤，包括由驅動系統(tǒng)密封箱(10)、設置在驅動系統(tǒng)密封箱(10)中的伺服電機(18)、與伺服電機(18)相連接的減速器(20)構成的驅動系統(tǒng)、設置在驅動系統(tǒng)下部的磁吸附系統(tǒng)、設置在驅動系統(tǒng)與磁吸附系統(tǒng)之間的靜密封系統(tǒng)和動密封系統(tǒng)，其特征在于減速器(20)的輸出軸通過緊定螺釘(27)與絲杠軸套(30)連接在一起，在絲杠軸套(30)上套裝有動密封蓋(6)，動密封蓋(6)與絲杠軸套(30)之間夾有格萊圈(24)和毛氈(25)，形成動密封系統(tǒng)；在絲杠軸套(30)上通過螺紋連接有螺母套(3)，在螺母套(3)上過盈聯(lián)接有由磁盤N極(2)和磁盤S極(29)構成的磁吸盤，形成磁吸附系統(tǒng)；減速器(20)通過螺釘(21)與靜密封蓋(7)相連接，靜密封蓋(7)、動密封蓋(6)和驅動系統(tǒng)密封箱(10)之間又通過螺栓(8)和螺母(9)聯(lián)接起來，靜密封蓋(7)與驅動系統(tǒng)密封箱(10)頭部之間夾有上部O型密封圈(22)，靜密封蓋(7)與動密封蓋(6)之間夾有下部O型密封圈(23)，形成了驅動系統(tǒng)密封箱(10)頭部的靜密封系統(tǒng)。
2. 根據權利要求1所述的兩棲仿生變磁力吸盤，其特征在于在驅動系統(tǒng)密封箱(10) 的內螺紋上連接有壓緊螺母(15)，壓緊螺母(15)壓緊在銅墊片(12)和橡膠墊(11)上，在 橡膠墊(11)上夾有橡膠管(13)，在橡膠管(13)中穿有信號和動力傳輸線(14)，構成了驅 動系統(tǒng)密封箱(10)左上口處的靜密封系統(tǒng)。
3 根據權利要求1所述的兩棲仿生變磁力吸盤，其特征在于伺服電機(18)通過緊定 螺釘(16)與編碼器(17)相連接，伺服電機(18)通過緊定螺釘(19)與減速器(20)相連接， 減速器(20)的輸出軸和絲杠軸套(30)通過緊定螺釘(27)實現(xiàn)軸向聯(lián)接，減速器(20)的 輸出軸和絲杠軸套(30)通過平鍵(26)實現(xiàn)周向聯(lián)接，形成了驅動系統(tǒng)。
4. 根據權利要求l所述的兩棲仿生變磁力吸盤，其特征在于在靜密封蓋(7)的下方 通過螺栓(4)和螺母(5)連接有定位端蓋(l)，在定位端蓋(1)與絲杠軸套(30)之間設置 有滑動軸承(28)，定位端蓋(1)附著在被吸物表面上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種兩棲仿生變磁力吸盤，包括驅動系統(tǒng)、設在驅動系統(tǒng)下部的磁吸附系統(tǒng)、設在驅動系統(tǒng)與磁吸附系統(tǒng)間的靜密封系統(tǒng)和動密封系統(tǒng)，減速器輸出軸與絲杠軸套連接，絲杠軸套上套裝有動密封蓋，動密封蓋與絲杠軸套之間夾著格萊圈和毛氈，在絲杠軸套上連接有螺母套，在螺母套上有由磁盤N極和磁盤S極構成的磁吸盤，減速器與靜密封蓋相連接，靜密封蓋、動密封蓋和驅動系統(tǒng)密封箱之間聯(lián)接起來，靜密封蓋與驅動系統(tǒng)密封箱頭部之間夾有上部O型密封圈，靜密封蓋與動密封蓋之間夾有下部O型密封圈，該吸盤在一定范圍內磁吸力可調，能適應復雜多變的水陸兩棲環(huán)境，不僅作為水下和水上磁性結構物壁面上行走機器人的吸附裝置，還可作為微小型武器的載體。
文檔編號B25J15/06GK101704247SQ20091017254
公開日2010年5月12日 申請日期2009年11月12日 優(yōu)先權日2009年11月12日
發(fā)明者徐春香, 袁夫彩, 袁琳 申請人:河南工業(yè)大學