[发明专利]一种小尺度空间管道的平面外磁场驱动装置及方法

说明书

本发明公开一种小尺度空间管道的平面外磁场驱动装置及方法，包括放置在水平面Y轴上的直线导轨，所述直线导轨上设有移动滑块；由永磁材料构成的浮子；垂直于水平面放置在Z轴上的平面磁悬浮座，平面磁悬浮座上沿X轴和Z轴方向分别对称的设置四个电磁铁，分别设在四个电磁铁端部的四个位置传感器，通过四个位置传感器组合确定所述浮子的位置，根据所述浮子位置的变化，分别调节四个电磁铁中的励磁电流，保持所述浮子处于稳定悬浮状态；设在水平面Y轴方向上的空间管道。本发明通过电磁铁对浮子的电磁斥力作用，实现浮子的稳定悬浮及水平位置的控制，通过底座的直线进给，可以实现浮子在空间管道内以不碰撞管壁的方式前行。

技术领域

本发明涉及一种小尺度空间管道的平面外磁场驱动装置及方法，用于实现航空燃油输送空间管道内部的检测与清淤工作。

背景技术

近年来，随着电子技术与控制技术的发展，磁悬浮技术在工业技术领域、生命科学领域等得到了广泛的应用。在磁悬浮技术研究领域，单自由度磁悬浮球系统由于其组成相对简单、数学模型相对明确、控制性能相对直观、研发周期也相对较短，因此对单自由度磁悬浮球系统的研究一直受到重视与关注。现有的磁悬浮球技术比较成熟，不过只能实现浮子位置的一维控制。且磁场的驱动方式多以前置磁场为主。

伴随着MEMS技术不断取得新的成就，基于磁场驱动技术及MEMS的永磁微机器人成为了研究热点，然而，通过亥姆霍兹线圈驱动的永磁微机器人的运动范围受限于亥姆霍兹线圈的大小。

目前，弯管类机械零件内部的表面质量通常采用破坏性检验的方法，虽然能直接测量出弯管零件的内部质量，但是这种方法只能用于抽样检测，检验过的零件不能再交付使用。

航空燃油弯管用量很大，其内部的质量检测是目前行业普遍无法解决的一个工件难题，而微细弯管也容易发生淤积堵塞，弯管的清淤工作难度较大。

发明内容

为解决航空管道内部的检测及清淤问题，本发明提供一种小尺度空间管道的平面外磁场驱动装置及方法，利用磁悬浮技术，实现基于外磁场驱动的管道空间运动，以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种小尺度空间管道的平面外磁场驱动装置，该平面外磁场驱动装置包括放置在水平面Y轴上的直线导轨，所述直线导轨上设有移动滑块；

由永磁材料构成的浮子；

垂直于水平面放置在Z轴上的平面磁悬浮座，所述平面磁悬浮座上沿X轴和Z轴方向分别对称的设置第一电磁铁、第二电磁铁、第三电磁铁和第四电磁铁，所述第一电磁铁、所述第二电磁铁、所述第三电磁铁和所述第四电磁铁产生的电磁合力与所述浮子重力保持平衡，所述平面磁悬浮座与所述移动滑块相连；

分别设在所述第一电磁铁、所述第二电磁铁、所述第三电磁铁和所述第四磁铁端部设有第一位置传感器、第二位置传感器、第三位置传感器和第四位置传感器，所述第一位置传感器、所述第二位置传感器、所述第三位置传感器和所述第四位置传感器分别检测自身与所述浮子之间的距离，通过四个位置传感器组合确定所述浮子的位置，根据所述浮子位置的变化，分别调节所述第一电磁铁、所述第二电磁铁、所述第三电磁铁和所述第四电磁铁中的励磁电流，保持所述浮子处于稳定悬浮状态；

设在水平面Y轴方向上的空间管道。

进一步地，所述Y轴与直线导轨的轴线重合，所述Z轴方向垂直水平面向上，所述X轴方向根据右手定则确定。

进一步地，所述空间管道为包含多种折弯的空间管道；所述浮子在外磁场驱动下，实现在所述空间管道内以不碰撞管壁的方式前行。

进一步地，所述平面磁悬浮座与所述移动滑块在Y轴方向的移动通过伺服电机驱动实现；所述浮子在X轴和Z轴方向上的位置变化通过控制所述第一电磁铁、所述第二电磁铁、所述第三电磁铁和所述第四电磁铁中的励磁电流实现，以实现所述浮子在所述空间管道内的运动。