基于Halbach阵列的爬壁机器人永磁吸附模块优化设计

针对轮式永磁吸附爬壁机器人吸附效率较低的问题，设计了一种基于Halbach阵列的新型弧形永磁吸附模块，研究其吸附特性并进行优化。运用ANSYS Maxwell软件对新型吸附模块进行有限元仿真分析，研究Halbach弧形永磁体阵列在聚磁一侧的磁感线分布规律；为了减少弱磁侧的磁感线泄漏，在传统的Halbach永磁阵列基础上，在弱磁侧增加了轭铁装置；通过对弧形磁体阵列的角度、宽度、厚度及轭铁的厚度对吸附力的影响的研究，采用控制变量法并利用ANSYS Maxwell对新型弧形永磁吸附模块的关键结构尺寸进行优化，设计了永磁吸附模块的最优尺寸。结果表明，经过优化后的吸附单元的总体质量降低，但单位质量吸附力增大，磁能利用率大幅度提高，为轮式爬壁机器人的优化设计提供依据。     

永磁吸附轮式爬壁机器人受力及功耗分析

为从减少大型原油储罐检测分区和节约功耗的角度合理规划爬壁机器人运动方式和路径,对大型原油储罐缺陷检测爬壁机器人在垂直壁面运动的受力和功耗问题进行研究。首先对机器人匀速直线运动和转向运动进行受力分析,得出机器人在竖直直线运动、水平直线运动、大半径转向运动以及小半径转向运动时的受力和功率消耗情况;通过仿真分别对比分析两种匀速直线运动和两种转向运动的功率消耗情况;搭建爬壁机器人样机实验平台,进行功耗验证实验;仿真和实验一致得出竖直直线运动的功耗小于水平直线运动,大半径转向功耗小于小半径转向的结论。     

Halbach方形阵列吸附机构优化设计

为了实现爬壁机器人永磁吸附单元的可调节性,提出了基于Halbach方形永磁阵列的变磁力间隙吸附结构,将吸附单元与船体壁面之间的间隙作为变量,根据不同的壁面倾角进行实时调整,使吸附力处于最佳值.通过数值仿真和有限元分析研究了各参数(如磁轭厚度、阵列周期、空气隙和磁铁尺寸)对磁吸附力的影响,基于多岛遗传算法的磁吸附单元的结...     

大型钢结构巡检爬壁机器人永磁轮优化设计

针对大型钢结构人工巡检劳动强度大和危险系数高的问题,本文研制了一种轮式永磁吸附爬壁机器人,并对永磁轮进行了优化.论文开展了机器人机械结构及永磁轮结构设计;针对机器人可能发生的三种失稳形式:沿壁面滑移、纵向倾覆和横向倾覆,进行了力学分析;为了提高磁能利用率,利用COMSOL软件建立三维模型,分析结构参数对永磁轮吸附力和吸...     

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.     

面向爬壁机器人的电极吸附阵列模型构建及优化

针对爬壁机器人现有吸附方式的不足,提出一种电极吸附的新方法。对电极吸附技术的吸附机理进行分析,并根据爬壁机器人的应用特点,提出电极阵列式吸附结构——共面梳状交叉电极阵列。针对该阵列结构,基于有限元分析方法,构建吸附力输出模型,并结合量子粒子群优化算法,以电极吸附阵列吸附力输出的最大化为目标,对电极阵列布局的参数进行优化设计;在对电极阵列吸附力分布特性、击穿特性等性能进行分析的基础上,提出电极阵列结构优化设计方案,并采用MEMS技术,设计出了试验样版。为了验证电极吸附方法的有效性和所建模型的正确性,分别基于不同的材料基底(水泥墙、玻璃和木材),进行吸附力测试试验,并基于电极吸附技术,设计单履带式攀爬机器人。试验数据及攀爬机器人的实际运行效果表明了电极吸附技术的有效性和先进性。     

大型油罐爬壁机器人吸附结构的优化设计

以用于大型油罐视频检查的爬壁机器人为背景,对爬壁机器人的吸附结构进行优化设计。综合已有的吸附结构方式,结合实际应用环境,选择履带式永磁吸附方式,通过分析爬壁机器人可能的失效形式,计算得到了最小吸附力,并在仿真实验的基础上,分析比较了最小吸附单元可能的四种结构形式,确定了吸附单元最终的结构形式,计算校核该种结构形式的吸附力的可靠性。最小吸附单元包括永磁体、扼铁、隔磁块,磁吸附力大小主要受尺寸、结构布局的影响,利用SolidWorks建立最小吸附单元的三维装配模型,将装配模型导入ANSYS Workbench中,对模型进行磁场分析得到其磁通密度云图和磁吸附力云图,将分析结果进行比较选择,确定理想模型吸附力的大小,最终通过试验制造,验证吸附结构的真实承载情况。     

基于有限元分析的永磁吸附单元设计优化

为了同时满足爬壁机器人负载能力和运动灵活性的要求,设计了一种永磁吸附单元,并应用有限元分析法,建立了永磁吸附单元吸附力的计算模型,运用有限元分析软件分析了在不同参数下磁吸附力的变化,为永磁吸附单元的设计提供了依据.     

爬壁机器人结构优化设计与吸附力分析

为适应油罐外壁危险作业需要,设计了一款具有有效吸附力和灵活移动能力的新型轮式永磁吸附爬壁机器人.为满足爬壁机器人吸附力平稳并具有负载能力的要求,对爬壁机器人进行静力学分析和动力学建模,得到爬壁机器人在壁面运行的安全吸附力,以保证不发生滑移和倾覆.利用有限元软件分析了磁吸附系统磁铁与壁面间距离、轭铁厚度和磁铁之间距离等结...     

一种基于磁力吸附的储罐爬壁机器人本体设计

对于大型储罐焊缝缺陷自动化检测,爬壁机器人需完成自动化全方位扫查。针对储罐爬壁机器人在不同运行工况下的受力状态,建立爬壁机器人力学模型,分析获得不下滑、不纵向倾覆、不横向侧翻以及复合状态下失稳状态危险点,应用Maxwell软件对永磁吸附轮受力状态进行仿真与优化设计,使之满足吸附要求。同时,设计具有辅助吸附功能的编码轮结构,在反馈位置信息的同时,补充安全吸附力的裕度,以增加其越障和抗失稳能力。最后,依据设计模型制造出爬壁机器人本体并进行测试实验,实验结果证明该机器人能在各种危险点处实现带负载稳定全向驱动运行。     

基于章鱼吸附机理的爬壁机器人吸附技术

章鱼吸盘具有较强吸附力和较低的能量消耗,其吸附机理对爬壁机器人吸附技术具有重要的借鉴作用。主要论述章鱼的吸盘结构和吸附机理,为研究学者提供了章鱼吸附的基础理论,促进中国爬壁机器人吸附技术的研究与发展。     

微型磁吸附爬壁机器人结构设计及实现

文中针对小曲率铁质面吸附、爬行难的问题,设计了一款永磁体吸附的微型爬壁机器人。该机器人采用磁吸附提供正压力,通过履带与铁质壁面的摩擦力提供机器人的驱动力。同时,为了使机器人在工作中保持安全避免失稳,对机器人在4种易脱离的情况下进行受力分析,计算出了机器人保持安全所需的磁吸附力。利用有限元软件分析永磁体的厚度及永磁体与壁面间的距离等因素对吸附力的影响规律,得到了最佳结构尺寸。通过搭建样机在圆筒上进行0～2π的一圈爬行测试,验证了此机器人能够在任意角度进行稳定工作,为后续爬壁机器人结构的设计和优化提供了借鉴。     

双动力臂爬壁机器人吸附系统设计

设计了一种能够适应多种壁面、安全性高的爬壁机器人吸附系统。介绍了机器人的机械结构和运动原理,并详细论述了机器人吸附机理和真空回路。在此基础上,通过计算和比较,设计出一种通用双动力臂爬壁机器人吸附系统。分析表明,该机器人吸附系统安全可靠,有较强的越障能力,能较好的适应各种材质和倾角壁面的作业要求。     

负压爬壁机器人吸附系统研究

系统研究了爬壁机器人的负压吸附系统。针对负压爬壁机器人的吸附力利用效率,研究了其运动系统结构对吸附力配置的影响。根据吸附力利用效率的差异,提出了若干移动机构及密封机构的构成方案并分析了其综合性能。对负压吸附系统各个元件进行了热力学分析,阐述了吸附系统的气路状态变化过程,揭示了吸附原理的实质。利用CFD对吸附系统气流在流场中的状态变化进行了仿真。最后,通过研制的负压式爬壁机器人样机验证了吸附系统的可靠性和稳定性。     

基于柔性静电吸附技术的爬壁机器人研究

针对灾后搜救及反恐侦查的特殊应用场合,提出了一种新型的爬壁机器人吸附方式一柔性静电吸附.该吸附方式利用电场力作为吸附力,通过柔性电极适应壁面粗糙度.针对柔性静电吸附方式的特殊性,首先分析了静电吸附电极的工作原理,并对其电场分布及吸附电容影响因素进行研究,对吸附电极优化设计方法给出指导.接着,利用BOPP柔性镀铝薄膜制作了吸附电极,并对其性能进行了测试.最后,设计了基于该吸附方式的原理样机机器人,验证了该吸附方式的可行性及广阔的应用前景.     

两足步行爬壁机器人控制系统的研究

本文提出了一种新的具有七个自由度的两足爬壁机器人，该爬壁机器人具有重量轻，控制精度高，速度快等特点。     

永磁轮式爬壁微机器人尺寸优化设计研究

给出了一种全向的永磁轮式爬壁微机器人。为获得爬壁机器人运动所需力矩和磁力与其尺寸设计之间的关系,研究了其动力学分析方法。结合爬壁机器人自身永磁轮尺寸、永磁轮间距、转向齿轮传输比、底盘半径、所需磁吸附力等设计约束,构造所需驱动力矩最小为目标函数,对其主要尺寸参数进行了优化设计。通过ANSOFT磁力仿真、Pro/Engineer机械仿真和MATLAB计算对爬壁机器人整体尺寸优化设计进行求解。对仿真计算结果进行了分析比较,证明上述设计方法的可行性。