Мобильный робот с магнитными движителями

Предлагаемая полезная модель относится к самоходным устройствам, приспособленным для перемещения по наклонным и вертикальным поверхностям, и преимущественно к средствам обследования и диагностики металлических мостовых и других строительных конструкций в ходе их жизненного цикла.
Данная модель является самоходным технологическим транспортным средством для перемещения различного оборудования по металлическим поверхностям с целью проведения оценки различных дефектов.
Известно устройство мобильного робота с магнитными движителями (см. патент РФ №2585396 от 23.12.2014, МПК B62D 57/024), содержащее корпус с одним колесом и приводной узел, установленный на корпусе для приведения в движение одного из колес.
Указанное устройство имеет следующие недостатки: наличие поворотного магнитного элемента в колесах и приводного узла создает конструкцию колеса более сложной и требует выполнения дополнительных действий в процессе управления движущимся средством, связанных с поворотом данного элемента, следовательно, замедляется процесс передвижения при смене угловой ориентации передвижной системы.
Также известен мобильный робот магнитного взаимодействия (см. патент РФ №2481997 от 20.05.2013, МПК B62D 57/024), который состоит из рамы, оснащенной колесами для перемещения по опорной поверхности с высокой магнитной проницаемостью и одним постоянным магнитом для сцепления робота с поверхностью. Магнит размещен в опоре, способной свободно качаться, таким образом, что полюс магнита всегда находится в положении минимального расстояния от опорной поверхности, где каждая опора посажена таким образом, чтобы качаться на вращающемся валу колес.
Недостатком данного устройства является усложненная конструкция, состоящая из большого количества элементов, собранных в узел для создания единого узла колеса с магнитом, находящимся в положении нависания над поверхностью скольжения.
Технической задачей заявляемой полезной модели является упрощение конструкции робота, а именно: уменьшение количества разнотипных сопряженных элементов, составляющих колесо, с целью снижения трудоемкости изготовления модели передвижной системы и упрощения ее работы.
Поставленная задача решается за счет того, что мобильный робот с магнитными движителями, содержащий раму, оснащенную колесами для перемещения по опорной поверхности с высокой магнитной проницаемостью и приводной узел, установленный на раме для приведения в движение колес, каждое колесо содержит магниты, находящиеся в контакте с магнитно-проницаемым материалом, колесо выполнено в виде набора стержневых магнитов с аксиальной (осевой) намагниченностью, закрепленных вокруг оси колеса в радиальном направлении, при этом поверхности магнитов, соприкасающиеся с осью колеса и рабочей поверхностью, покрыты слоем защитного материала.
Использование постоянных стержневых магнитов с аксиальной (осевой) намагниченностью имеют большую силу притяжения и простоту в изготовлении самих магнитов, расположенных в радиальном направлении по всему колесу, и установки двигателя с необходимой мощностью. Размеры магнитов подбираются исходя из необходимой силы притяжения в точке касания, способной удержать конструкцию робота на металлической поверхности.
Сущность технического решения поясняется примером конкретного исполнения и чертежами.
На фиг. 1 представлено расположение магнитов по окружности колеса, на фиг. 2 изображен противоскользящий колпачок для крепления на магниты с внешней стороны, на фиг. 3 изображена лента для закрепления магнитов в положении, как показано на фиг. 1, на фиг. 4 показан каркас диска, на который крепится лента с магнитами, на фиг. 5 изображен диск в объеме, на фиг.6 представлено колесо в сборе, на фиг. 7 приведена конструктивная схема устройства.
Мобильный робот включает в себя подвижную пространственную раму 1, которая шарнирно соединена с двумя парами соосных колес 2 ведущих и ведомых, обеспечивающих перемещения робота по опорной металлической поверхности 3, которая представляет собой материал с высокой магнитной проницаемостью, например, стальные прокаты, из которых сделаны основные несущие элементы мостовых конструкций, коллекторные двигатели 4, смонтированные на обеих осях 5 колес, которые посредством цилиндрической зубчатой механической передачи обеспечивают передачу крутящего момента на приводные узлы колес 6, рычажный механизм, прикрепленный к приводным узлам ведущих колес и к двигателю 4, обеспечивающий возможность перемещения робота вперед, назад, направо и налево. Все перемещения регулируются переносным радиопередатчиком дистанционного управления посредством блока управления роботом 7, прикрепленного к раме робота и подключенного к Wi-Fi. Каждое колесо выполнено в виде, по крайней мере, двухрядного набора стержневых аксиальных неодимовых магнитов 8, расположенных в шахматном порядке, закрепленных на ободе колеса в радиальном направлении с помощью ленты 9, при этом каждый магнит закреплен в цилиндрическом гнезде, выполненном в ленте, и покрыт с внешней стороны противоскользящим материалом 10, выполненным в виде колпачков из гибкого пластика Flex или материала аналогичного типа. Осевая намагниченность позволяет направить магнитные линии так, чтобы они проходили через ось дискового магнита и пронизывали металлическую конструкцию перпендикулярно плоскости контакта, наиболее эффективно притягивая колесо к ней. Каждое колесо закреплено на оси 5 посредством дисков 11, выполненных из пластика, закрепленных с обеих сторон колеса посредством винта 12. Двигатели 4, связаны с блоком управления посредством кабеля 13, при этом редукторы двигателя приводится в действие подачей тока от аккумуляторов 14, закрепленных на раме 1. Рама 1 и колеса 2 также сопряжены между собой амортизаторами 15, представляющими собой подвижные стержни с пружинами, прикрепленными винтами к раме и осям колес. На раме 1 находятся крепления 16 для размещения обследовательского оборудования.
Когда устройство включено, блок управления может использоваться для управления движением устройства и для отображения, анализа и обработки информации, получаемой с датчиков, установленных на устройстве.
Использование небольших по размеру стержневых магнитов позволяет сделать колеса компактными, что приводит к обеспечению проходимости робота в любых труднодоступных местах и снижению его веса. Кроме того, возможность установки двигателя с требуемой мощностью позволяет подобрать оптимальные размеры колес, чтобы робот смог преодолеть силу притяжения магнитов в колесах за счет возникающего крутящего момента и полного привода системы. Двигатель подбирается в зависимости от поверхности, по которой робот перемещается, и от оборудования, необходимого для диагностики с учетом веса всей конструкции.
Устройство работает следующим образом. Перед началом работы устройство помещают на рабочую поверхность 3. С помощью кабеля 13 робот подключается к источнику питания и, посредством Wi-Fi, к пульту управления.
Начало движения осуществляется с помощью подачи команды движения с пульта управления через блок управления 7, установленный на устройстве, который через аккумулятор 14 подает напряжение на коллекторные двигатели 4, которые посредством механической передачи передают свой крутящий момент на приводные узлы колес 6, осуществляющие их поворот вокруг осей 5 и приводящие колеса в движение. Чтобы прекратить движение, с пульта подают команду остановки, в соответствии с которой блок управления отключает двигатели 4.
Для совершения устройством поворота во время движения с пульта подают команду поворота на желаемый угол (в пределах конструктивных ограничений), в соответствии с которой блок управления 7 подает напряжение на двигатель 4 на оси ведущих колес. Посредством механической передачи с двигателя, к которому подключен рычажный механизм, прикрепленный к приводным узлам ведущих колес и закрепленный на оси, передается крутящий момент на рычажный механизм, осуществляющий поворот колес.
За счет наличия полноприводной системы, большой высоты рамы 1 и амортизационных устройств 15, робот преодолевает препятствия под разными углами до 180°, что обеспечивается необходимой мощностью двигателей 4. В процессе передвижения по сооружению выполняется съемка на видеокамеру или тепловизионное обследование в режиме реального времени. Необходимое оборудование крепится на верхнюю часть рамы с помощью болтов. Видеокамера обеспечивает съемку закрытых пространств, в которые тяжело или практически невозможно попасть человеку. Компактность конструкции позволяет проходить в закрытых металлических «коробах» (балках коробчатого сечения), на большой высоте, в труднодоступных местах.
Заявленное устройство в сравнении с прототипом повышает возможность применять тележки разных размеров под необходимое оборудование за счет подбора размеров стержневых магнитов и двигателя, а не за счет создания сложных систем, состоящих из большого количества элементов и узлов их сопряжения, то есть снижает трудоемкость выполнения сборки передвижной системы.