爬壁机器人永磁吸附装置的优化设计.pdf

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1、2006年11月电工技术学报Vol.21No.11第21卷第11期TRANSACTIONSOFCHINAELECTROTECHNICALSOCIETYNov.2006爬壁机器人永磁吸附装置的优化设计桂仲成陈强孙振国张文增刘康清华大学机械工程系先进成形制造教育部重点实验室北京100084摘要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

2、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以上的导磁壁面关键词磁场计算爬壁机器人非接触吸附永磁吸附装置有限元+中图分类号TM153.1OptimizationofPermanent-MagneticAdhesionDeviceforWall-ClimbingRobotGuiZhongchengChenQiangSunZhenguoZhangW

3、enzengLiuKangTsinghuaUniversityBeijing100084ChinaAbstractTosatisfytherequirementsonloadingabilityandmaneuverabilityofthewall-climbingrobotforhydraulicturbinebladerepair,apermanentmagneticdevicewithexcellentadhesiveabilityisdesigned.Toreducethemovingresistanceoftherobot,theadh

4、esivedeviceisnon-contactbutstickstotheturbineblade’ssurfacewithagap.Theadhesivedeviceiscomposedofseveralsuckingunitswhicharearrangedandcoupledinaspecialway,andthesuckingunitsaremadeupofpermanentmagnetsandyokes.Anumericalcomputationmodelforaccuratelycomputingthe3Dmagneticfield

5、producedbythedeviceisdevelopedbyusingfiniteelementmethod.Thestructuralparametersandcouplingmodeoftheadhesiveunitsareanalyzedtooptimizethedesign.Experimentalresultsshowthatthedevicetakesonexcellentadhesiveabilitywithsmallweight,Itcanprovidesuckingforceof2400Nwithagapof6.2mmont

6、hesteelplateandcanbeusedonasurfacewithminimumradiusofcurvatureof1.5m.KeywordsMagneticfieldcomputation,wall-climbingrobot,non-contactadhesion,permanentmagneticadhesiondevice,finiteelement到人们的重视目前爬壁机器人已在核工业石化1引言工业建筑工业消防部门造船业等领域得到了[1,2]爬壁机器人是特种机器人的一种作为一种在应用尤其在水轮机叶片修复作业中有良好的应恶劣危险

7、极限情况下进行特定作业如焊接用前景修复作业要求机器人具有强负载能力超检测及喷涂等的一种自动化机械装置越来越受过70kg且运动灵活性好可原地转向爬壁机器人负载能力越强要求机器人和爬行壁面的吸附清华大学博士生科研创新基金2004国家自然科学基金力越大但是这样通常会造成运行阻力增大即爬50275083高校博士点基金20020003053资助项目壁机器人负载能力和运动灵活性之间是矛盾的收稿日期2005-09-22改稿日期2006-06-23万方数据第21卷第11期桂仲成等爬壁机器人永磁吸附装置的优化设计41为了解决上述矛盾本文提出一种新的方案漏磁最小即磁

8、能的利用率最大吸附装置优化准爬壁机器人采用轮式移动机构永磁吸附装置简则是在一定的工作气隙下使吸附装置提供的吸附称为吸附装置安装在轮式移动