CN101817180A - 基于mems的爬壁轮式机构 - Google Patents
基于mems的爬壁轮式机构 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101817180A CN101817180A CN 201010151424 CN201010151424A CN101817180A CN 101817180 A CN101817180 A CN 101817180A CN 201010151424 CN201010151424 CN 201010151424 CN 201010151424 A CN201010151424 A CN 201010151424A CN 101817180 A CN101817180 A CN 101817180A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- wheel
- wall
- rotating shaft
- fixed
- winding
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 18
- 230000005405 multipole Effects 0.000 claims description 15
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 claims description 3
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 abstract description 15
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 10
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 4
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 abstract description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 229910001030 Iron–nickel alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 4
- -1 samarium cobalt rare earth Chemical class 0.000 description 4
- 229910000938 samarium–cobalt magnet Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009194 climbing Effects 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 238000000819 phase cycle Methods 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 241001503987 Clematis vitalba Species 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 1
- 238000011017 operating method Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000005476 size effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Micromachines (AREA)
Abstract
一种微机电技术领域的基于MEMS的爬壁轮式机构，包括：转动轮、绕组、轮架、转轴、轴承和连接板，转动轮固定于转轴的中央，转动轮的两侧分别设有轮架，轮架固定与连接板上，轮架的内表面采用UV-LIGA技术加工中央有通孔的环形绕组，轮架上固定轴承，转轴套接于绕组的中央通孔，转轴的两端固定在轴承内。本发明采用绕组中间夹一片转动轮的结构，显著增大了电磁场的作用面积，从而提高了该机构电磁驱动的力矩。该机构驱动吸附一体化的设计，减少了中间传动环节，使其具有结构简单、易于装配、尺寸较小、输出效率高、负载能力强等优点。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种微机电技术领域的装置，尤其涉及的是一种基于MEMS的爬壁轮式机构。
背景技术
微型爬壁机器人作为一种特殊的移动机器人，将地面移动机器人技术与吸附技术有机结合，能够在垂直壁面上灵活移动，从而实现了在三维空间内的自由移动，大大扩展了移动微型机器人的应用领域。由于微型爬壁机器人属于MEMS(Micro Electro Mechanical Systems微机电系统)技术领域，受尺寸效应的影响，其吸附装置和驱动机构的设计与尺寸较大的爬壁机器人必然有所不同。目前微型爬壁机器人的研究主要分为三种类型：真空吸附、磁力吸附和仿壁虎脚掌吸附。
磁力吸附方式结构简单，吸附力较大，对壁面凹凸适应性强，不存在真空吸附漏气的问题。特别是永磁吸附，与电磁铁方式吸附相比，它还具有吸附不耗能、结构简单、安全性高、不受断电影响等优点。虽然基于此吸附方式的爬壁机器人虽然只能应用在一些可导磁的壁面上，但鉴于很多机械器材都是采用可导磁的材料制造，所以此类爬壁机器人具有比较广阔的应用前景。
经过对现有技术文献的检索发现，Takeda.M等在《Micro Electro Mechanical Systems》(微电子机械系统)2000年1月发表的：Development of chain-type micromachine forinspection of outer tube surfaces(basic performance of the 1st prototype)(一种用于圆管外表面检测的链式机器人(第一个原型机器人的基本性能)，该技术公开了一种电磁微马达驱动的微型爬壁机构，其总体尺寸为5mm×9mm×6.5mm，电磁微马达的输出通过一个传动比为201的行星减速器来驱动直径为5mm的永磁轮，使其在导磁的壁面上移动。该装置尺寸虽然很小，但其结构非常复杂，传输效率非常低，其所需零部件的加工对加工设备的要求比较高，必须采用昂贵的LIGA微细加工技术。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于MEMS的爬壁轮式机构，通过将电磁驱动与永磁吸附轮进行一体化设计，利用MEMS技术制作减小整体尺寸，采用直接驱动的方式在有限的体积内大大提高了其负载能力，使其适合作为磁吸附式微型爬壁人的移动机构。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：转动轮、绕组、轮架、转轴、轴承和连接板，其中：转动轮固定于转轴的中央，转动轮的两侧分别设有轮架，轮架固定与连接板上，轮架的内表面用UV-LIGA技术设置绕组，轮架上固定轴承，转轴套接于绕组的中央通孔，转轴的两端固定在轴承内。
所述的绕组是环形，由多组线圈组成，中央设有通孔。
所述的线圈通过引线和外部电源相连。
所述的线圈中央设有磁芯。
所述的转动轮包括：多极磁体和导磁环，其中：圆盘状多极磁体的中央固定于转轴上，导磁环绕于多极磁体周围。
所述的导磁环上嵌有永磁环。
所述的多极磁体的磁化方向垂直圆盘表面，各磁极等角度分布，相邻的两个磁极方向相反。
所述的引线和线圈是铜制成，磁芯是铁镍合金制成。
所述的轮架是硅制成。
所述的多极磁体材料是钐钴稀土制成，导磁环是铁镍合金制成，永磁环的钐钴稀土制成。
所述的转轴和连接板是钛制成。
当该机构工作时，首先通过引线对相对成180°的两个线圈通电，通电线圈由于处在其上方的转动轮的磁场中，因此会受到电磁力的作用。由于绕组固定在轮架上，转动轮受到反作用力而旋转一定的角度。由于转动轮的磁极对称分布，当相对的两个线圈串联通电时，转动轮所受的转矩也增大一倍。当这一对磁极转出通电的线圈上表面时，停止对该组线圈通电，同时对下一组线圈通电，转动轮所受转矩的方向不变，仍会继续向前旋转。因此只要通电的相序正确，转动轮就可以持续旋转。
本发明相比现有技术具有以下优点：本发明采用绕组中间夹一片转动轮的结构，显著增大了电磁场的作用面积，从而提高了该机构电磁驱动的力矩。该机构驱动吸附一体化的设计，减少了中间传动环节，使其具有结构简单、易于装配、尺寸较小、输出效率高、负载能力强等优点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是绕组的局部示意图；
图3是转动轮的局部示意图。
具体实施方式
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所示，本实施例包括：连接板1、轮架2、绕组3、转轴4、轴承5和转动轮6，其中：转动轮6固定于转轴4的中央，转动轮6的两侧分别设有轮架2，轮架2固定与连接板1上，轮架2的内表面采用UV-LIGA技术加工中央设有通孔的环形绕组3，轮架2上固定轴承5，转轴4套接于绕组3的中央通孔，转轴4的两端固定在轴承5内。
如图2所示，绕组3由六组线圈7组成，线圈7通过引线8和外部电源相连，线圈7中央设有磁芯9用于增强磁性。
如图3所示，转动轮6包括：多极磁体10和导磁环11，其中：圆盘状多极磁体10位于中央，通过充磁机写入八个磁极，磁化方向垂直圆盘表面，磁极等角度均匀分布，相邻的两个磁极方向相反，导磁环11绕于多极磁体10周围，可以直接与导磁壁面接触，导磁环11上嵌有永磁环12，用于增加对导磁壁面的吸附力。
所述的引线8和线圈7是铜制成，磁芯9是铁镍合金制成。
所述的轮架2是硅制成。
所述的多极磁体10材料是钐钴稀土制成，导磁环11是铁镍合金制成，永磁环12的钐钴稀土制成。
所述的转轴4和连接板1是钛制成。
通过对线圈7通电，使转动轮6中的多极磁体10受到磁场力的作用而旋转，按照一定的相序通电，就可以使转动轮6持续旋转。将本机构设于微型爬壁机器人上，就可以实现爬壁的功能。
本实施例的最小尺寸：长×宽×高为2mm×1mm×2.5mm，尺寸越大，其爬壁和驱动能力也越强。
Claims (4)
1.一种基于MEMS的爬壁轮式机构，其特征在于，包括：转动轮、由多组线圈组成的绕组、轮架、转轴、轴承和连接板，其中：转动轮固定于转轴的中央，转动轮的两侧分别设有轮架，轮架固定与连接板上，轮架的内表面设有由多组线圈组成的绕组，轮架上固定轴承，转轴套接于由多组线圈组成的绕组的中央通孔，转轴的两端固定在轴承内；
所述的转动轮包括：多极磁体和导磁环，多极磁体的中央固定于转轴上，多极磁体的磁化方向垂直圆盘表面，各磁极等角度分布，相邻的两个磁极方向相反，导磁环绕于多极磁体周围；
所述的多极磁体为圆盘状。
2.根据权利要求1所述的基于MEMS的爬壁轮式机构，其特征是，所述的轮架的内表面设有环形绕组。
3.根据权利要求1或2所述的基于MEMS的爬壁轮式机构，其特征是，所述的线圈中央设有磁芯。
4.根据权利要求1所述的基于MEMS的爬壁轮式机构，其特征是，所述的导磁环上嵌有永磁环。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201010151424XA CN101817180B (zh) | 2010-04-21 | 2010-04-21 | 基于mems的爬壁轮式机构 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201010151424XA CN101817180B (zh) | 2010-04-21 | 2010-04-21 | 基于mems的爬壁轮式机构 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101817180A true CN101817180A (zh) | 2010-09-01 |
| CN101817180B CN101817180B (zh) | 2011-05-18 |
Family
ID=42652526
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201010151424XA Expired - Fee Related CN101817180B (zh) | 2010-04-21 | 2010-04-21 | 基于mems的爬壁轮式机构 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101817180B (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105690401A (zh) * | 2015-12-07 | 2016-06-22 | 山东科技大学 | 一种柔性钢制壁面作业机器人 |
| CN107838566A (zh) * | 2017-12-01 | 2018-03-27 | 浙江工业大学 | 一种可提供稳态磁场辅助的爬壁式激光制造平台 |
| CN109436122A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-03-08 | 衡昇科技有限公司 | 一种椭圆形磁轮的爬壁机器人 |
| CN110086275A (zh) * | 2019-04-22 | 2019-08-02 | 上海海洋大学 | 一种具有吸附力可控的磁性吸附驱动轮结构 |
| CN113635313A (zh) * | 2021-06-23 | 2021-11-12 | 南京理工大学 | 一种磁场驱动的轮式折纸机器人 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5263419A (en) * | 1991-01-11 | 1993-11-23 | Aisin Aw Co., Ltd. | Vehicle with noncontact drive mechanism and transportation system using the same |
| CN1702008A (zh) * | 2005-06-14 | 2005-11-30 | 胡广怀 | 磁吸附式爬壁机器用引磁式行走轮单元 |
| CN101478195A (zh) * | 2009-01-08 | 2009-07-08 | 上海交通大学 | 基于双层平面线圈的轴向磁通电磁型微驱动器 |
| CN101565063A (zh) * | 2009-05-21 | 2009-10-28 | 上海交通大学 | 永磁吸附式轮式爬壁机器人 |
-
2010
- 2010-04-21 CN CN201010151424XA patent/CN101817180B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5263419A (en) * | 1991-01-11 | 1993-11-23 | Aisin Aw Co., Ltd. | Vehicle with noncontact drive mechanism and transportation system using the same |
| CN1702008A (zh) * | 2005-06-14 | 2005-11-30 | 胡广怀 | 磁吸附式爬壁机器用引磁式行走轮单元 |
| CN101478195A (zh) * | 2009-01-08 | 2009-07-08 | 上海交通大学 | 基于双层平面线圈的轴向磁通电磁型微驱动器 |
| CN101565063A (zh) * | 2009-05-21 | 2009-10-28 | 上海交通大学 | 永磁吸附式轮式爬壁机器人 |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105690401A (zh) * | 2015-12-07 | 2016-06-22 | 山东科技大学 | 一种柔性钢制壁面作业机器人 |
| CN105690401B (zh) * | 2015-12-07 | 2019-01-18 | 山东科技大学 | 一种柔性钢制壁面作业机器人 |
| CN107838566A (zh) * | 2017-12-01 | 2018-03-27 | 浙江工业大学 | 一种可提供稳态磁场辅助的爬壁式激光制造平台 |
| CN107838566B (zh) * | 2017-12-01 | 2023-10-20 | 浙江工业大学 | 一种可提供稳态磁场辅助的爬壁式激光制造平台 |
| CN109436122A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-03-08 | 衡昇科技有限公司 | 一种椭圆形磁轮的爬壁机器人 |
| CN110086275A (zh) * | 2019-04-22 | 2019-08-02 | 上海海洋大学 | 一种具有吸附力可控的磁性吸附驱动轮结构 |
| CN110086275B (zh) * | 2019-04-22 | 2024-02-23 | 上海海洋大学 | 一种具有吸附力可控的磁性吸附驱动轮结构 |
| CN113635313A (zh) * | 2021-06-23 | 2021-11-12 | 南京理工大学 | 一种磁场驱动的轮式折纸机器人 |
| CN113635313B (zh) * | 2021-06-23 | 2022-07-22 | 南京理工大学 | 一种磁场驱动的轮式折纸机器人 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101817180B (zh) | 2011-05-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101565063B (zh) | 永磁吸附式轮式爬壁机器人 | |
| CN101817180B (zh) | 基于mems的爬壁轮式机构 | |
| CN201854168U (zh) | 一种轴向永磁同步耦合联轴器 | |
| CN104836408B (zh) | 一种六自由度永磁同步磁悬浮球形电机 | |
| US10597172B2 (en) | Magnetic-fluid momentum sphere | |
| CN101941478A (zh) | 电磁永磁双激励爬壁机器人吸附机构 | |
| CN101956891B (zh) | 自驱动关节 | |
| CN202418829U (zh) | 内叉形转动体为固定转角的电磁阀 | |
| CN107834904B (zh) | 一种磁力耦合压电电磁复合俘能器及其俘能方法 | |
| CN106697100B (zh) | 一种轮式永磁吸附装置 | |
| CN108263640A (zh) | 一种模块组合式磁悬浮动量球 | |
| CN101771322B (zh) | 一种胶囊机器人的电磁驱动器 | |
| CN104908835A (zh) | 一种攀爬机器人的攀爬机构 | |
| CN105207430B (zh) | 一种磁轮驱动的磁悬浮动量球 | |
| CN107733143A (zh) | 一种基于屈曲梁的双稳态永磁舵机及作动方法 | |
| CN201764206U (zh) | 自驱动关节 | |
| CN202549531U (zh) | 磁力控制位移驱动装置 | |
| CN102297202B (zh) | 一种单轴控制式五自由度微型磁轴承 | |
| CN111030414A (zh) | 一种单相圆筒形直线振荡电机 | |
| CN102607389B (zh) | 磁力控位移装置 | |
| CN206195585U (zh) | 一种新型磁力耦合器 | |
| CN210693680U (zh) | 一种永磁直驱反应釜 | |
| CN208804115U (zh) | 一种逆变器驱动式外转子轴向-径向六极混合磁轴承 | |
| CN111900849A (zh) | 一种机械臂用主动安全电机及其控制方法 | |
| CN113212582B (zh) | 一种永磁吸附装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20110518 Termination date: 20140421 |