大型承压设备爬壁机器人磁桥设计和试验研究

发布时间：2021-08-22 10:16

　　针对大型承压设备轮式爬壁机器人磁轮吸附力不足的问题,对爬壁机器人磁吸附结构进行了优化设计与实验研究。通过爬壁机器人受力状态及吸附力要求的物理分析,提出了磁轮与磁桥结构相结合的磁吸附方式;利用建立的有限元仿真模型,确定了最佳永磁体长度、高度、宽度等规格参数,并研究了磁桥与容器壁面空气间隙对爬壁机器人吸附力的影响;设计磁吸附力测试装置进行了实验,然后与有限元仿真结果进行了对比。研究结果表明:该磁桥结构能够为轮式爬壁机器人提供充足的吸附力,能避免机器人爬行过程中出现的向上爬行打滑和横向爬行侧滑问题。 

【文章来源】：机电工程. 2020,37(05)北大核心

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【部分图文】：

爬壁机器人单侧磁轮受力状态

爬壁机器人满足抗滑移、抗倾翻要求所需的前后轮的吸附力可根据式(6,7)计算得到。将式(6,7)代入式(5,8,9),可得到吸附力与倾斜角度之间的变化关系曲线,如图2所示。从图2中可以看出:机器人在变角度爬壁时,机器人与地面成63.64°,机器人所需的吸附力达到最大值;所设计的爬壁机器人单个前轮吸附力为360 N,单个后轮吸附力为120 N。上述设计可满足机器人在作业过程中不会发生下滑和前后倾覆。

磁桥优化设计目的在于既能够提供足够吸附力,又能保证越障性能,其结构主要由N50铁钕硼稀土永磁体磁极、空气间隙、被测壁面、衔铁组成。其吸附力与气隙高度、体积参数、衔铁的磁导率和厚度,以及壁面材料的磁特性和厚度等相关 [7-8],其示意图如图3所示。在图3中,假设磁场在磁桥结构两个磁极、衔铁、壁面及空气间隙形成闭合的磁回路,且磁场在各回路中均匀分布。设磁极高度为h,磁极面积为S,气隙高度为δ,衔铁和壁面的磁场通过长度分别为L1和L2,通过截面积为S1和S2,磁体、衔铁和壁面的相对磁导率分别为μr、μr1和μr2,则磁桥的总磁阻Rm为:


本文编号：3357560