磁力爬柱机器人结构设计与运动分析

针对高铁站雨棚金属支柱缺陷检测问题,提出一种可在金属支柱壁面实现90°转向的磁力吸附爬柱机器人。该机器人可在支柱上完成前进后退、90°转向与调节工作间隙等动作。通过对机器人在静止与行走时进行静力学分析,得出合适的磁吸附力,并采用Ansys软件对40块(6×4×2.5)cm Halbach阵列布局的永磁铁块在不同工作间隙下进行磁吸附力仿真计算,确定合理的工作间隙。以此为依据,通过Adams软件对各个动作进行仿真分析,验证了机器人的可行性。实验验证了仿真结果的准确性。

磁力爬柱机器人磁吸附力分析与仿真研究

为解决磁力吸附爬柱机器人圆柱壁面安全吸附问题,将48块(2 cm×4 cm×1 cm)永磁铁分为9+10+10+10+9、8+9+14+9+8、4+10+20+10+4这3种布局方式,通过Ansoft软件对这3种布局方式每次在相同工作间隙下进行磁力分析,确定最佳布局方式与工作间隙。建立永磁铁块三维模型并考虑圆柱壁面的真实几何形状,完成磁铁块的弧形布局,磁铁块的布局弧形曲率与圆柱壁面曲率相等。充分考虑磁吸附力的方向垂直永磁铁的表面,采用对每块永磁铁分别建立相对坐标系的方法,完成66组仿真实验,并最终确定最佳布局方式为4+10+20+10+4型横排布局和理想工作间隙为2 mm,该结果可用于指导磁力吸附爬柱机器人的制作。

磁力吸附爬柱机器人磁吸附单元磁路设计分析

为减少爬柱机器人磁吸附装置所占空间及机器人的重量,基于Halbach永磁阵列提出一种双层上下对顶式磁路设计模型。采用1块永磁铁(2 cm×4 cm×1 cm),并将其沿厚度方向平分,上方半块永磁铁磁化方向是从上到下为N到S极,下方半块永磁铁在长度方向再分别平分为5片、10片、15片、20片、25片、30片、35片,并对各组分片采用Halbach阵列排布,构成7种排列模型。通过Ansoft软件对这7种排列模型进行磁吸附力仿真分析,进而确定最佳分片数目及Halbach阵列排布。仿真结果说明:在同等的永磁铁体积下,下方分为15片永磁铁块并呈三个Halbach阵列连续排布时,磁吸附力最大为551.58 N,是1整块永磁铁磁吸附力(166.17 N)的约3.5倍。以此为依据进行爬柱机器人样机设计,能有效控制机器人的体积和重量。