全文摘要
本实用新型涉及履带底盘及履带行走机构，尤其涉及机器人设备上用于承载机器人本体的附磁吸附式履带底盘。该履带底盘包括至少一个履带行走机构，该履带行走机构包括：驱动轮、多个滚动轮、围绕驱动轮和多个滚动轮的由多个履带模组相互链接而成的履带，以及置于履带内侧的多个电磁模组，每个电磁模组包括避震弹簧、电磁铁和多根滚针轴承，电磁铁的轴向垂直于履带的平面，多根滚针轴承设置在电磁铁和履带模组之间，多根滚针轴承相互平行布置并且平行于履带的平面，并且多根滚针轴承的轴向垂直于履带运行的方向。实现了履带底盘对各种壁面的可控吸附，避免了传统永磁吸附方式造成的履带底盘连同机器人本体难以取下的问题。
主设计要求
1.一种履带行走机构，包括：驱动轮；多个滚动轮；围绕所述驱动轮和所述多个滚动轮的履带，所述履带由多个履带模组相互链接而成；以及置于所述履带内侧的多个电磁模组，每个电磁模组包括：电磁铁；以及多根滚针轴承，其中所述电磁铁的轴向垂直于所述履带的平面，所述多根滚针轴承设置在所述电磁铁和所述履带模组之间，所述多根滚针轴承相互平行布置并且平行于所述履带的平面，并且所述多根滚针轴承的轴向垂直于所述履带运行的方向。
设计方案
1.一种履带行走机构，包括：
驱动轮；
多个滚动轮；
围绕所述驱动轮和所述多个滚动轮的履带，所述履带由多个履带模组相互链接而成；以及
置于所述履带内侧的多个电磁模组，每个电磁模组包括：
电磁铁；以及
多根滚针轴承，
其中所述电磁铁的轴向垂直于所述履带的平面，所述多根滚针轴承设置在所述电磁铁和所述履带模组之间，所述多根滚针轴承相互平行布置并且平行于所述履带的平面，并且所述多根滚针轴承的轴向垂直于所述履带运行的方向。
2.如权利要求1所述的履带行走机构，其特征在于，所述电磁模组进一步包括避震弹簧，所述避震弹簧被置于所述电磁模组的远离所述履带模组的那一侧。
3.如权利要求2所述的履带行走机构，其特征在于，所述避震弹簧为压缩弹簧，具有圆形的横截面，所述压缩弹簧相邻各圈之间有间隙。
4.如权利要求1所述的履带行走机构，其特征在于，所述履带模组由磁化快且退磁快的材料制作而成。
5.如权利要求1所述的履带行走机构，其特征在于，所述电磁铁包括铁芯及围绕铁芯的线圈，所述铁芯由磁化快且退磁快的材料制作而成。
6.如权利要求4或5所述的履带行走机构，其特征在于，所述磁化快且退磁快的材料为软铁。
7.如权利要求4或5所述的履带行走机构，其特征在于，所述磁化快且退磁快的材料为硅钢。
8.如权利要求1所述的履带行走机构，其特征在于，所述电磁模组通过电池或通过电缆供电，所述履带行走机构进一步包括用于控制所述电磁模组的通电和断电的电磁铁通断电路控制装置。
9.一种履带底盘，由至少一个履带行走机构构成，所述履带行走机构包括：
驱动轮；
多个滚动轮；
围绕所述驱动轮和所述多个滚动轮的履带，所述履带由多个履带模组相互链接而成；以及
置于所述履带内侧的多个电磁模组，每个电磁模组包括：
电磁铁；以及
多根滚针轴承，
其中所述电磁铁的轴向垂直于所述履带的平面，所述多根滚针轴承设置在所述电磁铁和所述履带模组之间，所述多根滚针轴承相互平行布置并且平行于所述履带的平面，并且所述多根滚针轴承的轴向垂直于所述履带运行的方向。
10.如权利要求9所述的履带底盘，由两个或两个以上的平行布置的履带行走机构构成。
11.一种机器人设备，包括：
机器人本体；以及
履带底盘，所述履带底盘由至少一个履带行走机构构成，所述履带行走机构包括：
驱动轮；
多个滚动轮；
围绕所述驱动轮和所述多个滚动轮的履带，所述履带由多个履带模组相互链接而成；以及
置于所述履带内侧的多个电磁模组，每个电磁模组包括：
电磁铁；以及
多根滚针轴承，
其中所述电磁铁的轴向垂直于所述履带的平面，所述多根滚针轴承设置在所述电磁铁和所述履带模组之间，所述多根滚针轴承相互平行布置并且平行于所述履带的平面，并且所述多根滚针轴承的轴向垂直于所述履带运行的方向。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及机器人设备，尤其涉及用于承载机器人本体的附磁吸附式履带底盘及履带行走机构。
背景技术
继铁路、公路、水运、航空运输之后，管道运输是在石油、化工、天然气、水利水电、交通运输和输水管网工程等领域中普遍采用的一种重要的运输方式。绝大多数长距离运输管道的期望使用寿命能长达几十年甚至上百年的时间。然而，由于这些管道铺设大多是埋在地下、海底等，因此地形运动、压力变化、内外介质等的腐蚀，不可避免地会对管道造成损坏。如果管道损坏未被及时发现，则可能造成泄漏事故，引发极其严重的后果，例如大面积环境污染，甚至爆燃。因此，研究管道检测技术，提高检测的方便性和可靠性，加强管道的检测，对提高管道运输的安全性具有重要意义。
对较长距离管道的检测和清理而言，管道内作业机器人是一种常用的解决方案，管道机器人可以携带摄像头等多种工作部件，能够在比较恶劣的环境下完成一系列管道检测作业。由于管道直径大小不一、具有弯道和十字形接头等，当机器人在管道中运行时，常常会偏离正确的姿态，甚至发生侧翻等问题。因此，复杂的管道构造对机器人运行的平稳性有很高要求。目前，将机器人底盘吸附在铁壁表面上是防止偏离和侧翻的一种解决方案。此外，对于倾斜或竖直的管道的铁壁表面，机器人如果想要完成检测工作，机器人的底盘也必然需要吸附在铁壁表面上。现在普遍采用的是永磁吸附式履带底盘，其附着性能好、运行平稳性好、越障能力强、牵引力大，可以在泥泞、凸起、油污的管道环境下保持良好运行状态。
随着人类对海洋的不断探索，为了更好地认识、开发和保护海洋资源，20世纪后半叶诞生的水下机器人是一种在水下运动和工作的机器人。它能潜入水中代替人完成一些特定的操作，主要运用在海上搜救、水中考察、探险及娱乐等。由于水下环境复杂，存在很多未知危险，人的潜水深度有限，所以水下机器人日益成为海洋探索的重要工具。同样出于平稳性考虑，现有技术中水下机器人的履带底盘也往往采用永磁吸附式履带底盘，使其可以在船体表面、储油罐表面、钢筒混凝土、铁闸门导轨等处平稳移动。具体而言，在被应用到铁壁表面的检测工作时，永磁吸附式履带底盘可以磁化铁壁表面，从而使履带底盘与铁壁表面相互吸附，保证了机器人可以在倾斜壁面或竖直壁面上行走和运动。
履带底盘由履带行走机构构成，图1示出了现有的永磁吸附式履带底盘的一个履带行走机构，包括：一个驱动轮101、多个滚动轮102（也称为从动轮），和围绕驱动轮和滚动轮的履带105。
履带105由许多块外侧装有永磁吸附模块103的履带模组104链接在一起组成。每块永磁吸附模块由永磁铁（例如，磁钢）制成。
该履带行走机构进一步包括通过电机轴与驱动轮相连的电机（图1未示出），电机可由电池供电，或通过电缆供电，或其它本领域技术人员知晓的方式供电。当电机通电转动时带动驱动轮转动，进而带动履带的旋转运动，使对于前进方向而言处于最后面的那块永磁吸附模块脱离所附的铁壁表面，而同时使处于最前面的那块永磁吸附模块吸附到该铁壁表面。从而在任意时刻，都能够保持有一定数量的永磁吸附模块与铁壁表面接触，使得机器人在铁壁表面上平稳运动。安装了永磁吸附式履带底盘的机器人的运动速度可以通过改变驱动电机转速来实现改变。
可见，现有永磁吸附式履带底盘可以为此类机器人提供了良好的运行平稳性。但是当管道机器人的电机发生故障无法移动时，永磁吸附式履带底盘会继续牢牢吸附在管道内表面，无法取下，无法动弹的管道机器人反而成为了管道中一个难以去除的障碍和隐患。
因此，现在需要一种新的方法解决电机发生故障时机器人吸附在铁壁表面无法取下的问题，进而提高机器人工作的可靠性。
实用新型内容
为解决上述问题，实现可控吸附，避免传统永磁吸附方式造成的履带底盘连同机器人本体难以取下的问题，本实用新型提供了一种履带行走机构，该履带行走机构包括：驱动轮、多个滚动轮、围绕驱动轮和多个滚动轮的由多个履带模组相互链接而成的履带，以及置于履带内侧的多个电磁模组，每个电磁模组包括避震弹簧、电磁铁和多根滚针轴承。
履带模组由磁化快且退磁快的材料制作而成，例如软铁或硅钢。
电磁模组通过电池或通过电缆供电。电磁铁包括长条状铁芯及围绕铁芯的线圈，铁芯由磁化快且退磁快的诸如软铁或硅钢等的材料制作而成。铁芯的轴向，即电磁铁的轴向，垂直于履带的平面。
多根滚针轴承被设置在电磁铁和履带模组之间，多根滚针轴承相互平行布置并且平行于履带的平面，并且多根滚针轴承的轴向垂直于履带运行的方向。
避震弹簧被设置于电磁模组远离履带模组的一侧，为压缩弹簧，具有圆形的横截面，压缩弹簧相邻各圈之间有间隙。
该履带行走机构进一步包括用于通过手动或程控方式控制所述电磁模组的通电和断电的电磁铁通断电路控制装置。
本实用新型进一步提供了，包括至少一个上述履带行走机构的履带底盘。当存在两个或两个以上的上述履带行走机构的情况下，各履带行走机构被平行布置。履带行走机构的数量根据需要承载的机器人的大小决定。
本实用新型进一步提供了，包括上述履带底盘的机器人设备。其可以是管道机器人、水陆两用机器人、水下机器人等机器人。
附图说明
为了能清楚地了解本公开的以上描述的特征所用的方式，可以考虑从多个方面来对以上阐述的内容进行更加详细的描述，其中一些方面在附图中说明。但是应当注意，附图仅仅描述了本公开的某些典型方面，所以不应该认为限定其范围，因为本描述可以允许有其他同等有效的方面。
图1为现用技术中的永磁吸附式履带底盘的单个履带行走机构的侧视图；
图2为根据本实用新型的附磁吸附式履带底盘的单个履带行走机构的侧视图；
图3为根据本实用新型的单个电磁模组的侧视图；
图4为根据本实用新型的附磁吸附式履带底盘的一个视角的立体图；
图5为根据本实用新型的附磁吸附式履带底盘的另一视角的立体图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本实用新型的示例性实施方式。虽然附图中显示了本实用新型的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本本实用新型而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本本实用新型，并且能够将本实用新型的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语为本申请所属领域技术人员所理解的通常意义。
针对现有技术的上述问题，实现可控吸附，避免传统永磁吸附方式造成的履带底盘连同机器人本体难以取下的问题，本实用新型的实施例提供了一种用于机器人的附磁吸附式履带底盘及其履带行走机构。其可以通过控制电流的通断和电流的大小来控制附磁吸附式履带底盘的磁性有无和磁性大小。
附磁吸附式履带底盘的主要附磁装置由电磁模组组成，当在电磁铁通断电路控制装置的控制下电磁模组通电时，由于电流的磁效应，通电的电磁模组会产生磁场，使得履带吸附到铁壁管道、船体表面、储油罐表面、钢筒混凝土、铁闸门导轨上。从而，保证了机器人能够以吸附的方式进行平稳的移动。
当电机发生故障履带底盘无法移动时，可以在电磁铁通断电路控制装置的控制下将电磁模组断电，电磁模组不再产生磁场，履带对于铁壁管道、船体表面、储油罐表面、铁闸门导轨等失去吸附力，使得机器人及其履带底盘可以方便地被移离现场。
此外，为了增强平稳性，在每个电磁模组可包括避震弹簧，当机器人在通过有凸起的表面时，避震弹簧可以吸收冲击产生的能量，使机器人不产生较大的震荡，机器人运行比较平稳，可以更好地完成检测任务。
如图2所示，根据本实用新型的附磁吸附式履带底盘的一个履带行走机构包括履带205、驱动轮201、多个滚动轮202、多个电磁模组206。
履带由多个履带模组204相互链接而成。每一个履带模组都用软铁（纯度>98%的铁）制成，软铁在电磁模组中的电磁铁的作用下能够迅速被磁化，产生吸附力。电磁铁断电之后，软铁能够迅速退磁。
驱动轮在电机的带动下做旋转运动，其转速和转矩可以调节，驱动轮带动履带运动，进一步地，履带带动滚动轮做旋转运动。
多个电磁模组被置于履带内侧，位于靠近履带吸附的壁的一边，各电磁模组相互之间平行布置，使各电磁模组的铁芯垂直于履带的平面。优选地，多个电磁模组沿履带前进方向被布置成一纵列。
图2中示出的电磁模组为5个，然而，本领域技术人员可以理解，根据履带的不同长度选择任何合适数量的电磁模组都是可行的。
履带行走机构进一步包括用于控制电磁模组中的电磁铁的通断电的电磁铁通断电路控制装置（图2未示出），其供电方式可以是通过电池或通过电缆，或其它本领域技术人员知晓的方式。
电磁铁通断电路控制装置的控制可以通过电缆用有线方式进行，或无线的方式通过遥控来进行。
电磁铁通断电路控制装置的控制可以是手动地进行，也可以是通过预设的程序自动进行。
手动控制可以是指在工作人员发现机器人设备故障时，手动操作电磁铁通断电路控制装置控制电磁模组中的电磁铁的断电。这样的手动操作，可以通过操作遥控器进行。遥控器有线或无线地与电磁铁通断电路控制装置相连。
通过预设的程序进行自动控制的程控方式包括但不限于：在电磁铁通断电路控制装置接收到机器人设备出现预定故障代码时自动控制断电，在电磁铁通断电路控制装置发现其和机器人设备失联时自动控制断电。其它任何已知的控制方式都可以被构想。
图3示出了根据本实用新型的单个电磁模组206和部分履带205。
如图3所示，单个电磁模组206包括：电磁铁310、避震弹簧320和滚针轴承330。
电磁铁包括长条状铁芯及其外部缠绕的线圈，铁芯制作成长条状目的是使铁芯更加容易磁化。为了使电磁铁断电立即消磁，采用了磁化快且退磁快的材料，例如软铁或硅钢材料来制作铁芯。这样，电磁铁在通电时立刻有磁性，断电后磁性就随之消失。线圈的通断电由电磁铁通断电路控制装置来控制。线圈的供电方式可以通过是电池或通过电缆，或其它本领域技术人员知晓的方式进行。
避震弹簧可采用常见形式，例如采用钢丝压缩弹簧，即压簧，主要承受轴向压力，所用的材料截面为圆形，压缩弹簧的相邻各圈之间有一定的间隙。避震弹簧被设置在电磁模组中远离履带模块的一侧。当受到外载荷时，弹簧收缩变形，储存变形能，可以减轻履带底盘的震荡。
为了防止电磁铁和履带模组吸附造成履带无法运动问题的发生，在电磁铁和履带模组之间加装了平行的多根滚针轴承，滚针轴承承受其径向的载荷，起到了隔离电磁铁和履带模组的作用。既不影响磁力传续，也不让履带模组被电磁铁完全吸附无法移动。多根滚针轴承的轴向平行于履带的平面，并且垂直于履带运行的方向。
图4和图5分别示出了根据本实用新型的附磁吸附式履带底盘的两个不同视角的立体图。图中分别包括如前文所述的履带205、驱动轮201、多个滚动轮202、以及多个电磁模组206。
图示的电磁模组中的滚针轴承和电磁铁被壳罩包围，壳罩的材料可以选择那些对于电磁场具有屏蔽功能的材料，但壳罩不是必须的。
图4和图5中，一个履带行走机构被示出为具有3个电磁模组，然而，本领域技术人员可以理解，根据机器人本体大小和长度，不同长度的履带行走机构采用任何合适数量的电磁模组都是可行的。
图4和图5均展示了由平行布置的两个履带行走机构所构成的附磁吸附式履带底盘整体，然而本领域技术人员可以理解，根据机器人本体的大小和宽度，采用其他数量的履带行走机构来构成附磁吸附式履带底盘整体都是可行的。例如，三个并行的履带行走机构，或者单个履带行走机构。
本实用新型通过用置于履带内部的电磁模组代替现有技术中吸附于履带模组外部的永磁吸附模块，实现了履带底盘对铁壁管道、船体表面、储油罐表面、钢筒混凝土、铁闸门导轨等的可控吸附。避免了永磁吸附方式造成的履带底盘连同机器人本体难以取下的问题。
以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制。本领域的普通技术人员应当理解，可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本申请的权利要求和说明书的范围当中。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201921505166.3
申请日:2019-09-11
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:31(上海)
授权编号:CN209535267U
授权时间:20191025
主分类号:B62D 55/265
专利分类号:B62D55/265
范畴分类:32B;27D;
申请人:上海彩虹鱼海洋科技股份有限公司
第一申请人:上海彩虹鱼海洋科技股份有限公司
申请人地址:201306 上海市浦东新区南汇新城镇海基六路218弄7号楼5楼
发明人:高雷;池佳伟;顾伟耀
第一发明人:高雷
当前权利人:上海彩虹鱼海洋科技股份有限公司
代理人:杨洁;陈斌
代理机构:31100
代理机构编号:上海专利商标事务所有限公司
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计