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TWI620685B - 磁性輪的負載分佈裝置 - Google Patents

磁性輪的負載分佈裝置 Download PDF

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TWI620685B
TWI620685B TW104136595A TW104136595A TWI620685B TW I620685 B TWI620685 B TW I620685B TW 104136595 A TW104136595 A TW 104136595A TW 104136595 A TW104136595 A TW 104136595A TW I620685 B TWI620685 B TW I620685B
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李東昱
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塔斯全球有限公司
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Abstract

一種磁性輪的負載分佈裝置，包括：多個氣缸部件，具有分別連接至多個磁性輪的一個側且各自具有上空間部及下空間部，所述上空間部的內部與所述下空間部的內部相互不連通；以及通道部件，用作流體的移動路徑且互連所述多個氣缸部件。所述通道部件用以藉由使所述上空間部中的流體與所述下空間部中的流體以所述流體不混合的方式移動而均勻地分佈被施加至所述磁性輪的負載。

Description

磁性輪的負載分佈裝置
本發明是有關於一種磁性輪的負載分佈裝置，且更具體而言，是有關於一種能夠均勻地分佈被施加至多個磁性輪的負載、進而能夠使磁性輪的各別吸附力得到最大利用的磁性輪的負載分佈裝置。
一般而言，生活在水下的水生生物例如藤壺（barnacle）、海鞘（sea squirt）、蛇沙蠶（serpula）、紫貽貝（mytilus galloprovincialis）、淡水貝類（freshwater shellfish）、潟湖布吉體（lagoon bugyul body）、可見藍色生物（visible bluish）、綠色生物（greener）等黏著於且生活在船體的表面上，此會對船造成各種損傷。
舉例而言，黏著於船體上的水生生物可增大對海水的摩擦阻力，進而降低船的航行速度且增加燃料消耗，此在經濟方面是不利的。
傳統上，一般採用由工人進行的如下清潔工作：將待清潔的船移動至陸上碼頭並藉由高壓軟管噴射水而除去船壁上的附著物。由於此種方法需進行準備程序以將船移動至碼頭，因此存在所需清潔時間長且需動用諸多工人的缺點。
潛水員可在水下清潔船的底部，而無需移動船。然而，即使熟悉水下作業環境的潛水員，仍需耗費長的時間來清理寬廣範圍的船體，且清潔工作的難度水準因能見度差而增加。
為了避免由工人清潔船的底部難以高效地移除附著物且需要諸多工人的問題，已提出了一種塗佈混有有毒材料的塗料的方法來防止海洋生物黏著至且寄生於船的表面上。
然而，所提出的方法會造成海水污染及對其他海洋生物存在有害影響而破壞水生生態系統等其他問題，且因此為國際組織所禁用。此外，當在某段時間之後毒性減小時，在清潔之後須再次塗佈塗料。
為了克服此種問題，已提出了由清潔機器人在水下沿船的壁移動的同時移除沈積物的技術。
在韓國專利登記第10-0811540號中所揭露的「用於清潔及檢查船的底部的水下機器人（An underwater robot for cleaning and inspection of the bottom of a ship）」是一種推進裝置，所述推進裝置沿船體的壁移動並利用固定在水下機器人上的刷子來清潔所述壁。
然而，此種方法會因螺旋槳而造成清潔設備尺寸增大，此導致難以高效地清潔具有大的曲率的船底部，且需要用於使機器人沿船體的壁穩定地移動的諸多感測器，此會導致高的成本。
為了清潔船的底部，將清潔裝置緊密附著至船底部頗為重要。為此，已提出了一種使用磁性輪的方法。
某些使用磁性輪的清潔裝置未思慮及包括船底部的附著目標表面的均勻性。
在此種情形中，若附著有磁性輪中的一者的附著目標表面低於地面，則對應磁性輪可自附著目標表面脫離，且因此使清潔裝置對附著目標表面的總附著力變弱。
若對角排列的磁性輪的附著目標表面低於其他附著目標表面，則對角排列的磁性輪會自附著目標表面同時分離。因此，由於負載施加於在不同方向上對角排列的磁性輪或四個磁性輪中的三者同時接觸附著目標表面且斜向地附著至所述附著目標表面，因此磁性輪的磁力無法得到恰當地遞送。
實際上，由於作為附著目標表面的大多數鐵磁體的底部並非是平的，因此可存在其中應進行設計以對磁性輪未附著至附著目標表面作出準備的缺點。此外，由於磁性輪在其自附著目標表面分離時吸附力快速減小的特性，因此難以安裝多於四個磁性輪。
另一方面，當磁性輪附著至由鐵磁體形成的地板、壁、天花板等時，外力會使磁性輪分離而非使磁性輪壓緊。
即使磁鐵的體積增大兩倍，磁力的增大亦小於兩倍。因此，不能盲目地增大磁鐵的大小。因此，為了增大磁性輪的吸附力，使用若干磁性輪將更有效。
在此種情形中，可考慮在各別磁性輪中提供彈簧。舉例而言，在使用拉伸彈簧的情形中，當多個磁性輪中最前面的磁性輪被施加以力且被吸引時，視拉伸彈簧的伸長百分比而定，施加至排列於後面的磁性輪的力存在不同。即，位於最前面的磁性輪承擔最大的力且位於最後面的磁性輪承擔最小的力。由於相應磁性輪並非對外力均勻地承擔吸附力，因而此會導致效率低下。
以上說明僅供作為背景技術來協助理解本發明，而非旨在闡明本發明所屬技術中所習知的技術。 [相關技術文獻] [專利文獻]
（專利文獻1）韓國專利登記第10-0811540號（由大宇造船海運工程股份有限公司（Daewoo Shipbuilding Marine Engineering Co. Ltd.）所擁有且在2008年7月3日發佈）。
因此，本發明的目的在於提供一種磁性輪的負載分佈裝置，所述磁性輪的負載分佈裝置能夠均勻地分佈被施加至多個磁性輪的負載，進而能夠使磁性輪的各別吸附力得到最大利用。
根據本發明的態樣，提供一種磁性輪的負載分佈裝置，所述負載分佈裝置包括：多個氣缸部件，具有分別連接至多個磁性輪的一個側且各自具有上空間部及下空間部，所述上空間部的內部與所述下空間部的內部相互不連通；以及通道部件，用作流體的移動路徑且互連所述多個氣缸部件，其中所述通道部件用以藉由使所述上空間部中的流體與所述下空間部中的流體以所述流體不混合的方式移動而均勻地分佈被施加至所述磁性輪的負載。
較佳地，所述多個氣缸部件中的每一者包括：氣缸本體，被活塞劃分成所述上空間部及所述下空間部，所述活塞被可升降地設置於所述氣缸本體中；以及活塞桿，所述活塞桿的一側連接至所述活塞、另一側連接至所述磁性輪。
較佳地，在所述氣缸本體或所述活塞桿中設置有用於限制所述氣缸本體的下降高度的限位器。
較佳地，所述限位器設置於位於最前面的所述氣缸本體或所述活塞桿中以及設置於位於最後面的所述氣缸本體或所述活塞桿中。
較佳地，所述氣缸本體均具有相同的內徑。
較佳地，所述通道部件包括：第一通道，互連各所述氣缸部件的所述上空間部，以使所述上空間部相互連通；以及第二通道，互連各所述氣缸部件的所述下空間部，以使所述下空間部相互連通。
較佳地，所述負載分佈裝置用於清潔船的底部。
根據本發明的實施例，由於被施加至各個磁性輪的負載可藉由所述多個氣缸部件及互連所述多個氣缸部件的所述通道部件而均勻地分佈，因此可使磁性輪的各別吸附力得到最大利用。
為了充分地理解本發明、本發明的操作優點、及本發明的實施例所達成的目的，應參照用於說明本發明的較佳實施例的附圖及在附圖中所闡述的內容。
在下文中，將參照附圖闡述本發明的較佳實施例。在所有圖式中，相同的元件由相同的參考編號表示。
圖1是示出根據本發明的一個實施例的磁性輪的負載分佈裝置（load distributing apparatus）的示意圖。圖2是圖1所示主部件的放大圖。圖3是用於解釋當圖1所示活塞桿中未設置有限位器時可造成的問題的視圖。
如該些圖所示，根據此實施例，磁性輪的負載分佈裝置1包括：多個氣缸部件（cylinder part）100，氣缸部件100具有分別連接至多個磁性輪的一個側且各自具有上空間部（upper space portion）112及下空間部（lower space portion）113，上空間部112的內部及下空間部113的內部相互不連通；以及通道部件200，用作流體的移動路徑且互連所述多個氣缸部件100。
如圖1所示，氣缸部件100可對應於磁性輪（magnetic wheels）10而設置，且可在當容置於一個氣缸部件100中的流體經由通道部件（passage part）200而被移動至另一氣缸部件100時起到均勻地分佈被施加至磁性輪10的負載的作用。
在此實施例中，如圖1及圖2所示，氣缸部件100中的每一者包括：氣缸本體（cylinder body）110，被活塞（piston）111劃分成上空間部112及下空間部113，所述活塞111被可升降地設置於氣缸本體中；以及活塞桿（piston rod）120，所述活塞桿120的上側連接至活塞111、下側連接至磁性輪10。
如圖1所示，氣缸部件100的氣缸本體110的上端可被可移動地耦合至清潔裝置的框架上。
此外，如圖1及圖2所示，氣缸本體110被設置於中央部中的活塞111劃分成上空間部112及下空間部113，且上空間部112中所填充的流體及下空間部113中所填充的流體經由活塞111而彼此短路。
因此，上空間部112中所填充的流體根據活塞111的運動而僅移動至上空間部112，且下空間部113中所填充的流體僅移動至下空間部113。因此，此實施例包括兩個閉合流體回路，即其中一者為在上空間部112中流動的流體的上空間部閉合回路、且另一者為在下空間部113中流動的流體的下空間部閉合回路。
在此實施例中，各氣缸本體110可具有相同的內徑。舉例而言，圖2所示的左氣缸本體110及右氣缸本體110可具有為30毫米的相同的內徑。
左活塞桿120的直徑及右活塞桿120的直徑可為20毫米。
因此，活塞111與上空間部112接觸的面積為7.0平方公分，且活塞111與下空間部113接觸的面積為3.9平方公分。即，在此實施例中，活塞111與上空間部112接觸的面積可不同於活塞111與下空間部113接觸的面積。若左活塞111上升1公分，則容置在左上空間部112的流體向右上空間部112中推進7.0立方公分。
左上空間部112中的流體經由第一通道210而移動至右上空間部112中7.0立方公分且使右氣缸本體110中的活塞111下降。由於活塞111與左上空間部112接觸的面積與活塞111與右上空間部112接觸的面積相同，因此活塞111在右氣缸本體110中的下降距離為1公分。
因此，右下空間部113下降1公分且右下空間部113中的流體經由第二通道220而移動至左下空間部113中3.9立方公分。由於活塞111與左下空間部113接觸的面積及活塞111與右下空間部113接觸的面積相同，因此活塞111在左下空間部113中上升距離為1公分。
氣缸部件100的活塞桿120的下側可被可移動地配合至磁性輪10的軸中，且氣缸部件100的活塞桿120的上側可被可移動地配合至活塞111中或焊接至活塞111。
在此實施例中，如圖1所示，限位器（stopper）121設置於最前面的活塞桿120及最後面的活塞桿120中的每一者中。限位器121用於將氣缸本體110的下空間部113維持於規定壓力，用於分佈外力F，並用於防止裝置過度傾斜。
更具體而言，如圖3所示，當最前面的活塞111直接接觸氣缸本體110的下空間部113時，在下空間部113中不產生壓力且因此不存在可被遞送至其他氣缸本體110的壓力。
此外，外力F藉由直接接觸下空間部113的活塞而集中於最左側的磁性輪10上，且因此無法均勻地分佈在所有磁性輪10上。
此外，在此種情形中，如圖3所示，裝置可過度傾斜。
通道部件200用於互連各氣缸並在形成閉合回路的同時使氣缸中的流體流動。
在此實施例中，如圖1所示，通道部件200包括用於互連各氣缸本體110的上空間部112以形成閉合回路的第一通道（first passage）210、以及用於互連各氣缸本體110的下空間部113以形成閉合回路的第二通道（second passage）220。
因此，在此實施例中，儲存於上空間部112中的流體（例如，油或壓縮氣體）經由第一通道210而僅移動至其他上空間部112中，但並不移動至下空間部113中。此亦同樣地適用於下空間部113。
圖4至圖6（包括圖4之（a）、圖4之（b）、圖5之（a）、圖5之（b）、圖5之（c）、圖5之（d）、圖5之（e）、圖6之（a）及圖6之（b））是用於解釋根據此實施例的裝置的操作的視圖。
在下文中，將參照圖4至圖6簡要闡述根據此實施例的裝置的操作。
首先，如圖4（包括圖4之（a）及圖4之（b））所示，當力F作用於磁性輪10的位置A時，在位置A處的活塞111會試圖移動至氣缸本體110的下空間部113且因此，在對應的下空間部113中產生壓力。
根據帕斯卡原理（Pascal’s principle），在位置A處的下空間部113中所產生的壓力被同等地施加至在位置B處、位置C處及位置D處的下空間部113。此時，根據公式‘力=壓力´面積’得出被施加至每一磁性輪10的力。由於各個活塞111具有相同的面積及相同的壓力，因此被施加至各個磁性輪10的力均勻地分佈。
在以上實例中，施加力F的原因如下。在大多數情形中，當裝置中配備有重的組件及電力纜線/通訊纜線時，使用磁性輪10的裝置會攀附於或附著至作為附著對象20的鐵磁體的壁上。裝置中所配備的所有組件受到外力（例如重力）影響，所述外力試圖使裝置自附著對象20分離。因此，基於力F被施加至所述裝置此一假設而進行說明。
當拉力持續時，如圖4之（a）所示，用於推出氣缸本體110的內部流體的力作用於位置A處的下空間部113上，且用於吸入氣缸本體110的內部流體的力作用於位置A處的上空間部112上。
由於各個氣缸本體110的內部流體體積的總和不變，因此位置A處、位置B處、位置C處及位置D處的上空間部112的流體之和與下空間部113的流體之和不變。
因此，如圖4之（b）所示，氣缸本體110中的各流體流動至位置D處的氣缸本體110接觸限位器121為止。
圖5（包括圖5之（a）、圖5之（b）、圖5之（c）、圖5之（d）及圖5之（e））示出其中在方向F上施加力時此實施例的裝置遇到存在於附著對象20上的凸出塊並跨越所述凸出塊的情況。
在圖5所示的實例中，磁性輪10中的每一者的直徑均為200毫米且凸出塊的高度為20毫米，且活塞111中每一者的行程為100毫米。
在此實施例中，可增大活塞111的行程以跨越較大的凸出塊。
圖6（包括圖6之（a）及圖6之（b））示出其中在方向F上施加力時裝置在大的曲面上移動的情況。
如圖6中位置D所示，限位器121的高度可根據情況而改變。
在圖6所示的實例中，磁性輪10中每一者的直徑為200毫米，活塞111中每一者的行程為100毫米，且附著對象20的半徑為2.5米。
圖7是根據此實施例的裝置的使用的狀態圖。
在此實施例中，如圖7所示，當多個磁性輪10設置於裝置的框架30的左側及右側時，磁性輪10的各別吸附力可藉由均勻地分佈被施加至各個磁性輪10的負載而得到最大化。
此實施例可被應用於各種領域，除船清潔裝置外，亦包括在鐵磁體上進行的焊接、機加工等。
在此實施例中，磁性輪10可為包括永久磁鐵或電磁鐵的輪的形式。
如上所述，根據此實施例，由於可藉由多個氣缸部件及互連所述多個氣缸部件的通道部件而均勻地分佈被施加至各個磁性輪的負載，因此可使磁性輪的各別吸附力得到最大利用。
儘管已參照本發明的示例性實施例而具體示出並闡述了本發明，然而熟習此項技術者應理解，在不背離本發明的精神及範圍的條件下，可對其作出形式及細節上的各種改變。提供示例性實施例是為了說明本發明，而並非具有限制意義。因此，旨在使本發明涵蓋本發明的各種潤飾及變化，只要所述潤飾及變化處於隨附申請專利範圍及其等效範圍內即可。
1‧‧‧負載分佈裝置
10‧‧‧磁性輪
20‧‧‧附著對象
30‧‧‧框架
100‧‧‧氣缸部件
110‧‧‧氣缸本體
111‧‧‧活塞
112‧‧‧上空間部
113‧‧‧下空間部
120‧‧‧活塞桿
121‧‧‧限位器
200‧‧‧通道部件
210‧‧‧第一通道
220‧‧‧第二通道
A、B、C、D‧‧‧位置
F‧‧‧外力
結合附圖閱讀以下對實施例的說明，本發明的上述及/或其他態樣及優點將變得顯而易見且更易於理解，附圖中： 圖1是示出根據本發明的一個實施例的磁性輪的負載分佈裝置的示意圖。 圖2是圖1所示主部件的放大圖。 圖3是用於解釋當圖1所示的活塞桿中未設置有限位器時可造成的問題的視圖。 圖4至圖6（包括圖4之（a）、圖4之（b）、圖5之（a）、圖5之（b）、圖5之（c）、圖5之（d）、圖5之（e）、圖6之（a）及圖6之（b））是用於解釋根據此實施例的裝置的操作的視圖。 圖7是根據此實施例的裝置的使用的狀態圖。

Claims (5)

  1. 一種磁性輪的負載分佈裝置，包括：多個氣缸部件，具有分別連接至多個磁性輪的一個側且各自具有上空間部及下空間部，所述上空間部的內部與所述下空間部的內部相互不連通，其中所述些磁性輪適於吸附在一鐵磁體上；通道部件，用作流體的移動路徑且互連所述多個氣缸部件，其中所述通道部件用以藉由使所述上空間部中的流體與所述下空間部中的流體以所述流體不混合的方式移動而均勻地分佈被施加至所述磁性輪的負載，其中所述多個氣缸部件中的每一者包括氣缸本體及活塞桿；以及兩限位器，其中一個所述限位器設置於位於最前面的所述氣缸本體或對應的所述活塞桿中，另一個所述限位器設置於位於最後面的所述氣缸本體或對應的所述活塞桿中，其中各所述限位器用於限制所述氣缸本體的下降高度，各所述限位器位於對應的所述氣缸本體的下方，以限制往下移動的所述氣缸本體的移動範圍，且位在最前面的所述氣缸部件與最後面的所述氣缸部件之間的所述氣缸部件未設有限位器。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的磁性輪的負載分佈裝置，其中各該氣缸本體被活塞劃分成所述上空間部及所述下空間部，所述活塞被可升降地設置於所述氣缸本體中，所述活塞桿的一側連接至所述活塞、另一側連接至所述磁性輪。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的磁性輪的負載分佈裝置，其中所述氣缸本體均具有相同的內徑。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的磁性輪的負載分佈裝置，其中所述通道部件包括：第一通道，互連各所述氣缸部件的所述上空間部，以使所述上空間部相互連通；以及第二通道，互連各所述氣缸部件的所述下空間部，以使所述下空間部相互連通。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的磁性輪的負載分佈裝置，其中所述負載分佈裝置用於清潔船的底部。
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