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。

变磁化方向单元组合式永磁吸附装置优化设计

在永磁吸附装置设计理论的基础上,提出并实现了一种变磁化方向单元组合式永磁吸附装置。该装置由若干磁化方向不同的永磁体紧密排列而成,不同磁化方向首尾相连构成环形。采用有限元法对新型永磁吸附装置进行了参数化建模、结构特性分析、磁路仿真、吸附力计算和结构参数优化。试制了相同材料和体积的新型和Halbach型永磁吸附装置,测定了单位质量吸附力与气隙厚度的关系曲线。实验结果表明,与Halbach型永磁吸附装置相比,新型永磁吸附装置的单位质量吸附力平均增加了1倍,最大增幅达2.3倍。

轮腿式爬壁机器人的永磁吸附装置设计与优化

目前,我国石油化工储罐的除锈、喷漆和检测等维护作业通常采用人工方式完成,工作效率低且具有危险性。爬壁机器人能够代替人工完成上述维护工作,但其常采用的接触式永磁吸附方式会影响其越障作业。为此,针对具有越障能力的轮腿式爬壁机器人,提出一种提高其永磁吸附装置吸附能力的设计与优化方法。首先,基于轮腿式爬壁机器人的越障原理以及永磁吸附原理,提出了4种非接触式永磁吸附装置设计方案,并利用Ansoft Maxwell软件对永磁吸附装置进行了二维静态磁场仿真分析,获得了其最优结构。然后,通过受力分析确定了影响永磁吸附装置磁吸附力的结构参数。最后,基于控制变量法原理,通过仿真分析了永磁吸附装置和钢制壁面的结构参数对磁吸附力的影响,并确定了各结构参数的最优值。结果表明:当钢制壁面半径为5~7 m时,相邻永磁吸附单元间隙及永磁吸附单元数量对磁吸附力的影响较大;当相邻永磁吸附单元间隙为2~4 mm及永磁吸附单元数量为3~5个时,磁吸附力利用率较高。一定条件下的实验验证了优化结果的准确性,优化后永磁吸附装置磁吸附力的实测值比仿真值平均约高16.45%,其可有效保证轮腿式爬壁机器人在石油化工储罐等的钢制壁面上稳定运动。研究结果可为磁吸附装置的结构设计与优化提供参考。

Halbach型永磁吸附装置吸附力计算方法研究

针对Halbach型永磁吸附装置空间磁路复杂,难以通过常规的磁路分析方法设计各项结构参数的问题,研究了一种较便捷的吸附力计算方法,以便对吸附装置进行设计和调整。首先推导了无漏磁时理想Halbach永磁体对铁磁性壁面的吸附力公式;对等长全对称型阵列进行了傅里叶分析,求取了各模块的最优磁化方向,以及离散化带来的吸附力损失;针对纵向和横向端部效应下漏磁引起的吸附力损失,提出了使用选定基准线上的磁感应强度的分布特征替代全局积分的简化计算模型的方法,计算了各结构参数变化对端部效应的影响,并以此为基础对理想吸附力计算公式进行了修正。实验结果表明:经过修正公式计算得到的吸附力与该装置实际吸附力的平均误差为3.3%,满足工程应用设计要求。

基于Ansoft的爬壁机器人吸附装置分析及设计

为了满足风力发电机检测的爬壁机器人在竖直塔筒外壁面安全吸附、移动平稳自如、具备一定的负载能力,设计了一种新型永磁吸附装置。根据Ansoft软件进行永磁铁磁场分析,确定吸附单元的最佳形状、尺寸参数,以及不同间隙下的吸附力变化规律,根据结果设计了一种磁能利用率极高的磁吸附装置,保证机器人在壁面运动时具有足够大吸附力的同时,吸附装置自身体积质量最小,符合爬壁机器人自身重量尽量轻的要求。

一种中小型船舶检测爬壁机器人吸附能力研究

针对传统船舶维修行业人工劳动量大、维护成本高和环境污染等问题,本文主要对中小型船舶检测爬壁机器人的吸附能力进行研究。设计爬壁机器人的整体结构,并对机器人工作时的力学特性进行分析,提高机器人整体的运动灵活性。为使爬壁机器人保持工作可靠性,对其永磁吸附单元的结构进行设计,模拟与爬壁机器人实际工作相类似的环境,采用Maxwell软件对永磁吸附装置的磁性特征进行仿真分析,并对各构件尺寸参数进行优化设计。仿真结果表明,单元磁块的磁力随宽度和长度呈正比例增长,高度在20mm以下时,呈正比例变化,超过20mm后变化平缓。仿真分析结果表明,爬壁机器人的永磁吸附装置为在船舶壁面上工作提供了足够的吸附力。本文为船舶壁面检测维护机器人的永磁吸附装置设计提供了新思路。

锅炉水冷壁磨损检测机器人的研究与开发

介绍了应用于流化床锅炉水冷壁壁厚检测的永磁吸附式爬壁检测机器人，设计了它的本体结构，导向机构和一种新型壁厚无损检测装置，提高了壁厚检测效率。对爬壁机器人本体进行静态受力分析，确定单个永磁体的最小吸附力，设计一种应用于该检测环境下的新型永磁吸附装置，用ANSOFTMAXWELL电磁场仿真软件对永磁吸附装置各结构尺寸进行分析，确定各结构尺寸对吸附力的影响，对永磁吸附装置进行尺寸优化。实验结果证明，该机器人具有运动稳定可靠，检测效率高等优点，具有较高的应用价值。