針對大型承壓設(shè)備輪式爬壁機(jī)器人磁輪吸附力不足的問題,對爬壁機(jī)器人磁吸附結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究。通過爬壁機(jī)器人受力狀態(tài)及吸附力要求的物理分析,提出了磁輪與磁橋結(jié)構(gòu)相結(jié)合的磁吸附方式;利用建立的有限元仿真模型,確定了最佳永磁體長度、高度、寬度等規(guī)格參數(shù),并研究了磁橋與容器壁面空氣間隙對爬壁機(jī)器人吸附力的影響;設(shè)計(jì)磁吸附力測試裝置進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),然后與有限元仿真結(jié)果進(jìn)行了對比。研究結(jié)果表明:該磁橋結(jié)構(gòu)能夠?yàn)檩喪脚辣跈C(jī)器人提供充足的吸附力,能避免機(jī)器人爬行過程中出現(xiàn)的向上爬行打滑和橫向爬行側(cè)滑問題。 

【文章來源】：機(jī)電工程. 2020,37(05)北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

爬壁機(jī)器人單側(cè)磁輪受力狀態(tài)

爬壁機(jī)器人滿足抗滑移、抗傾翻要求所需的前后輪的吸附力可根據(jù)式(6,7)計(jì)算得到。將式(6,7)代入式(5,8,9),可得到吸附力與傾斜角度之間的變化關(guān)系曲線,如圖2所示。從圖2中可以看出:機(jī)器人在變角度爬壁時(shí),機(jī)器人與地面成63.64°,機(jī)器人所需的吸附力達(dá)到最大值;所設(shè)計(jì)的爬壁機(jī)器人單個(gè)前輪吸附力為360 N,單個(gè)后輪吸附力為120 N。上述設(shè)計(jì)可滿足機(jī)器人在作業(yè)過程中不會(huì)發(fā)生下滑和前后傾覆。

磁橋優(yōu)化設(shè)計(jì)目的在于既能夠提供足夠吸附力,又能保證越障性能,其結(jié)構(gòu)主要由N50鐵釹硼稀土永磁體磁極、空氣間隙、被測壁面、銜鐵組成。其吸附力與氣隙高度、體積參數(shù)、銜鐵的磁導(dǎo)率和厚度,以及壁面材料的磁特性和厚度等相關(guān) [7-8],其示意圖如圖3所示。在圖3中,假設(shè)磁場在磁橋結(jié)構(gòu)兩個(gè)磁極、銜鐵、壁面及空氣間隙形成閉合的磁回路,且磁場在各回路中均勻分布。設(shè)磁極高度為h,磁極面積為S,氣隙高度為δ,銜鐵和壁面的磁場通過長度分別為L1和L2,通過截面積為S1和S2,磁體、銜鐵和壁面的相對磁導(dǎo)率分別為μr、μr1和μr2,則磁橋的總磁阻Rm為:


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