爬壁机器人磁吸附模块设计分析与结构参数优化

作为磁吸附式爬壁机器人的关键部件,磁吸附模块的结构通常会影响机器人的整体质量及吸附稳定性。针对磁吸附模块磁路耦合关系复杂、优化设计困难等问题,结合虚拟仿真技术、代理模型和蜣螂优化算法提出了一种磁吸附模块结构优化方法,以提高其磁力计算和优化设计过程的效率。首先,介绍了爬壁机器人的结构设计方案,并通过对现有的Halbach阵列磁路模式进行仿真分析,确定了三磁路模式具有相对较高的吸附效率;同时,基于初设参数对磁吸附模块磁力仿真模型进行了实验验证,为后续代理模型的建立奠定了基础。然后,建立了以机器人吸附稳定性和结构参数为约束、以磁吸附模块轻量化为目标的优化模型。采用最优拉丁超立方设计、ANSYS参数化建模以及代理模型技术建立了磁吸附模块磁力与结构参数之间的四阶响应面模型,并对其可信度进行了验证。利用蜣螂优化算法对磁吸附模块的结构参数优化模型进行了求解。结果表明,所建立的代理模型的预测误差很小,能够较好地表征磁吸附模块磁力与结构参数之间的关系;优化后磁吸附模块的质量减小了12.7%。最后,通过机器人负载实验验证了优化过程的正确性。研究结果可为其他磁吸附式机器人的磁力分析与结构优化提供参考。

永磁吸附式爬壁作业机械底盘结构设计

爬壁机器人将吸附性和壁上运动相结合,拓展了其工作空间,在各个领域应用越来越广泛。以钢制壁面为应用对象,分析爬壁作业的功能需求,设计了一款永磁吸附、轮式移动的机械底盘装置。对竖直壁面上机械底盘进行受力分析,得出其稳定工作的条件。机械底盘主要由行走轮、传动系统和机架组成,由直流电机驱动,实现四轮差速。对机械零件进行三维建模,并完成装配,检查其干涉性。采用有限元方法对该机械装置的主要零件进行了力学性能分析,并对其主要零件的力学性能进行了验证。

履带式爬壁机器人运动学建模与磁吸附设计

针对搭载高压水射流装置的履带式爬壁机器人附壁稳定性问题,结合设计的爬壁机器人的结构特点,建立了爬壁机器人吸附在船舶壁面时的运动学模型,分析并求解了影响爬壁机器人附壁性能的各个因素,并对其磁吸附单元进行设计,分析磁吸附单元在N-S充磁和Halbach充磁方向时磁力与间隙关系。借助拉伸试验机对永磁吸附单元进行试验,验证了磁吸附单元的可靠性。并对搭建的功能性样机,开展室内水平行走、垂直爬壁和1∶1实船模型爬壁试验,验证了分析结果的正确性,为履带式爬壁机器人进一步结构优化设计和动力学分析提供了基础。

履带式水下清洗机器人设计与永磁吸附优化

为解决内河船体壁面坞内或水下人工清洗附着物费用昂贵且周期长的问题,设计一种履带式水下清洗机器人。通过建立机器人的静力学模型,求解机器人所需静态稳定条件下的最小吸附力,借助Maxwell仿真求解优化限定尺寸下,采用N-S正反充磁和Halbach磁路的成组永磁体最佳性能的尺寸参数。结果表明,优化后Halbach磁路成组的永磁体可以满足油漆层和附着物总厚度不超过10 mm,而N-S正反充磁成组的磁体只能满足总厚度不超过6 mm的安全附壁。制造功能样机实验验证了机器人可以满足10mm以内间距的附壁要求,为下一步机器人的工程性应用奠定基础。

基于永磁吸附的船体维护爬壁机器人设计

为了研制可适应大曲率工作环境且效率较高的爬壁机器人,代替人工对船体进行除锈抛光等工作,对一种用于船体维护的爬壁机器人开展了设计与研究。首先,对爬壁机器人的机械结构开展详细设计,该机器人主要由底盘、打磨头和可变形履带组成,并结合设计结果对其功能原理进行阐述;然后,对吸附单元的关键部件和整体框架结构开展了静力学和倾覆力验证计算;最后,利用COMSOL有限元分析软件中的AC/DC模块进行变形履带的磁吸附力分析,求得满足机器人安全工作的吸附条件,确定了以钕铁棚磁铁N35为吸附材料的可行性,并明确了用于隔振抗磨损的磁铁垫片最大厚度为3 mm时,一个磁体吸附单元最大可达34.2 N。研究结果为同类产品的开发提供了参考。

基于磁吸附的风电机组塔筒爬行系统

文章提出一种基于磁吸附的风电机组塔筒爬行系统,实现对风电机组塔筒的高效、安全、可靠的爬行检测。首先,介绍磁吸附技术的原理和优势,以及其在风电机组塔筒爬行系统中的应用;其次,详细描述系统的硬件组成和软件控制策略;最后,通过实验验证系统的性能和可靠性,并展望其在实际应用中的潜力。

站房钢结构维护用磁吸附爬壁机器人设计及试验研究

本文设计一类用于H型及箱型断面钢柱喷砂、检测、除锈的磁轮式爬壁机器人,以进行站房钢柱高空相关作业的人工替代。通过力学分析,确定机器人负载、磁力布置及大小,以及确保稳定爬行和不倾覆的负载冗余。通过机械设计,使得机器人具有四驱传动能力,设计的水平减振装置满足了机器人对壁面有一定适应性。针对沿柱爬行的路径跟踪问题,开发了一种基于改进的模糊差速PID控制算法的控制器,实时根据机器人本体纵中心轴线与柱参考面的位置关系合理调整双电机转速,实现轨迹纠偏,结果表明该方法满足控制精度要求,可实现机器人的稳定运行。经集成测试及迭代优化,研制了爬壁机器人样机及中试机,并在济南东站示范应用。试验结果显示,机器人可在多工况下作业,满足设计指标。

汽轮发电机检测机器人磁吸附单元设计与优化研究

为提高检测机器人的吸附性能并降低机器人的重量,本研究采用有限元仿真、数值拟合和人工蜂群算法对永磁吸附单元进行了设计与优化。设计了3种不同的磁路,利用Ansoft Maxwell仿真软件分析了不同磁路的吸附性能,结果表明,与传统H形磁路相比Halbach磁路具有更优异的性能,对于Halbach阵列,当永磁体宽度、厚度一定时,随着垂直磁化永磁体长度的增大,磁吸附力先增大后减小。利用人工蜂群算法对磁路进行了参数优化,参数优化后的磁吸附单元体积减小,单位质量磁吸附力增大。基于机器人本体开展功能验证实验,实验结果证明爬壁机器人能在任意工作位置下稳定运行。

爬壁机器人永磁吸附装置的优化设计

为满足水轮机叶片修复对爬壁机器人负载能力和运动灵活性的要求,设计了一种具有强吸附能力的永磁吸附装置。吸附装置吸附于水轮机叶片表面时,吸附装置和叶片表面之间有一定的气隙(非接触的),以减小爬壁机器人的运行阻力。非接触吸附装置由多个吸附单元组成,吸附单元之间按照一定方式进行耦合,吸附单元由永磁体和轭铁组成。运用有限元方法,建立吸附装置磁场数值计算模型,对吸附单元关键结构参数及吸附单元间耦合方式进行了分析和优化设计。实验结果表明,该吸附装置在气隙为6.2mm的情况下能提供2400N的吸附力,吸附装置自重小,吸附能力强,适用于曲率半径在1.5m以上的导磁壁面。

日本磁吸附爬壁机器人的研究现状

本文概述了磁吸附爬壁机器人的研究现状，介绍了各种移动方式的磁吸附爬壁机器人的应用场所及优缺点，为今后的研究提供了参考。

爬壁机器人磁吸附组件优化设计与试验研究

针对工业生产需求,以安全吸附和灵活行走为设计目标,提出可吸附在钢制结构物壁面作业的爬壁机器人.阐述爬壁机器人机械结构及相关的工作原理,分别论述磁吸附爬壁轮、清洗回收组件等子系统的结构原理;为了防止机器人发生滑移、倾覆,分析爬壁机器人不同的失稳形式,建立爬壁机器人的静力学模型,得到爬壁机器人抗失稳的磁吸附力;为了确保磁吸附组件的质量最小、磁吸附力最大,通过引入磁质比,分析结构参数对磁吸附组件性能的影响,得到最优的结构尺寸.通过实验获取磁吸附组件的吸力特性和爬壁机器人的负载、运动特性,验证磁吸附组件优化设计的可行性.

新型爬壁机器人磁吸附单元优化设计

为满足爬壁机器人负载能力和运动灵活性的要求,提出了一种新型变磁力吸附单元机构。首先介绍了机构的构型并建立了三维磁场模型,然后基于有限元方法对新型磁吸附单元的磁场进行了分析,得到了其磁感应强度分布和磁吸附力。运用ANSYS的APDL参数技术对吸附单元参数进行了优化,分析得出优化原则。通过与传统H形磁吸附机构性能参数仿真比较,表明新型结构具有永磁利用率高、最大最小吸附力比值大、自重轻而负载能力强的特点。实验验证了优化结果的准确性,为设计爬壁机器人磁吸附机构提供了依据。

喷砂、喷漆、测量用磁吸附爬壁机器人

介绍了一种新研制开发的限带式磁吸附爬壁机器人 ,主要用于石化企业中对各类金属储罐作防腐维护使用。阐述了该机器人的结构、磁块的设计以及控制系统的组成 ,并简要介绍了该机器人的一些应用 ,开发了适于高层检测的涂层厚度自动检测系统。

多功能履带式磁吸附爬壁机器人的姿态控制研究

石化企业中金属大罐的防腐作业主要由人工来完成 ,既费工、费时、效率低 ,又很危险 .为此 ,研制磁吸附爬壁机器人来代替人进行喷砂、喷漆等防腐作业和喷漆厚度的检测 .该机器人采用永磁吸附双履带结构 ,可跨越罐壁上 5～ 1 0mm的突起物 ,控制系统采用STD总线工业控制计算机 ,遥控操作 .由于罐壁表面的凹凸不平 ,以及车轮转速不能完全同步等原因 ,尤其是机器人搭载喷砂、喷漆机构时机械结构的不平衡造成机器人在实际工作中往往出现运动轨迹发生倾斜现象 .为此 ,在建立机器人运动学方程的基础上 ,提出采用倾斜计进行姿态闭环控制 ,实现了机器人在罐壁上的准确移动 ,为实现机器人的自动防腐作业和提高喷漆质量奠定了基础 .

多体柔性永磁吸附爬壁机器人

为实现永磁间隙吸附式爬壁机器人在复杂空间曲面上的可靠吸附与灵活运动,在分析爬壁机器人复杂空间曲面运行须解决的关键问题的基础上,基于爬壁机器人的多体动力学仿真和样机试验,设计了采用多体柔性吸附系统的间隙吸附式爬壁机器人,即爬壁机器人由轮式移动机构和吸附系统组成.吸附系统安装在轮式移动机构的底盘上,且和壁面是非接触的。吸附系统由多个相互独立的吸附装置构成,每个吸附装置通过具有2转动自由度的连接机构和轮式移动机构连接,并由被动的万向滚动轮部分或完全支撑在壁面上,各吸附装置在吸附力的作用下可自调节相对于壁面的位姿。对多体柔性吸附系统的曲面适应性进行优化。仿真及试验结果表明,多体柔性吸附爬壁机器人可自适应壁面形貌和曲率的变化,它在表面是复杂空间曲面的壁面上运行时的吸附和运动性能接近在平整壁面上运行时的相应性能,吸附可靠且运动灵活。

履带式磁吸附爬壁机器人壁面适应能力的研究

基于履带式爬壁机器人在爬壁过程中受力情况，认为机器人行走机构对壁面的适应程度系数μＲ是影响其壁面附着力的重要因素，μＲ取决于履带与壁面的贴合系数μＳ以及截荷分散系数μＬ．在机器人设计中可以采取适当加长履带、浮动支撑、载荷分散机构、柔性履带等措施，以提高爬壁机器人的壁面适应能力，实现其在壁面的安全爬行．

絮凝沉淀磁吸附工艺在富营养化水体治理中的应用

为从根本上解决富营养化湖泊水内源污染问题,从实验室和工程实验2个方面考证了絮凝沉淀磁吸附工艺应用于治理富营养化水内源污染的可行性,从絮凝和化学沉淀角度分析了该工艺的原理。研究结果表明,该工艺能快速、便捷、高效治理湖泊蓝藻水华,且投入的絮凝剂绿色环保、无二次污染,具有广泛的应用前景。

履带式磁吸附爬壁机器人喷漆机构的设计

本文讨论了用履带式磁吸附爬壁机器人实现喷漆的问题，阐述了喷漆机构运动的实现以及如何保证喷漆连续条件．设计了可工作于平面和弧面的喷漆机构，并且在罐壁上进行了实验。

永磁吸附履带式爬壁机器人转向运动灵活性分析

根据永磁吸附履带式爬壁机器人的结构特点和运动环境特点,分析该机器人在大半径转向运动下的灵活性.由静力学平衡方程、运动学方程和动力学方程,基于直线运动总功率与转向运动总功率之比的相对功率来定义机器人转向运动灵活系数kA,进而讨论机器人转向运动灵活系数与安全系数的相互关系,优化安全系数的选择范围.根据该安全系数选择范围而设计的履带吸盘完全满足爬壁机器人长时间实际安全应用的要求.

喷砂除锈爬壁机器人磁吸附结构优化设计及整机性能试验

对爬壁机器人不下滑和不倾覆两种力学模型进行分析,研究磁吸附单元各个尺寸参数对吸附力的贡献关系,在提高吸附力的同时减小磁吸附单元的体积。结果表明:磁吸附单元的吸附力随着磁铁长度增大而增大,由于乙型回路的磁力线主要集中在磁铁的中间和两端,随着磁铁长度的增大利用率降低;磁吸附单元的吸附力随其厚度增加呈抛物线增长,当永磁铁厚度大于宽度的0.6倍时,由于工作面内的磁感应强度趋于饱和,厚度持续增加对吸附力的贡献减小;轭铁板厚度和隔磁板厚度对吸附力有不同程度的影响,存在最佳尺寸;在爬壁机器人最上端设有辅助吸盘,增加抗倾覆力矩,提高爬壁机器人的越障能力。