基于ANSYS的间隙式永磁吸附爬壁机器人的磁场分析.pdf

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1、2012年第1期(总第246期)农业装备与车辆工程AGRICULTURALEQUIPMENT&VEHICLEENGINEERINGNo．12012(Totally246)【现代制造技术】doi：10．3969／j．issn．1673—3142．2012．01．020基于ANSYS的间隙制吸附爬壁撇的磁场分析孔辉，王吉岱，陈广庆(山东科技大学机械电子工程学院，青岛266510)摘要：针对永磁吸附爬壁机器人。提出了一种新型的采用了矩形永磁体的间隙式吸附方式。并在Ansys的Magnetic-nodal环境下进行了永磁体的磁场分析，得出不同间隙条件下的磁

2、场变化规律和吸附力。永磁体的磁场强度采用数值计算得出解析表达式的方法通常比较复杂．而有限元分析的方法则为磁场分析提供了一条快速、有效的路径。’关键词：爬壁机器人：永磁体；磁场中图分类号：TP24文献标识码：A文章编号：1673—3142(2012)01--0067-03AnalysisonMagneticFieldofClearancePermanent-MagnetAbsorptionWall-climbingRobotBasedonANSYSKongHui，WangJidai，ChenGuangqing(CollegeofMechanicala

3、ndElectronicEngineering，ShandongUniversityofScienceandTechnology。Qingdao266510，China)Abstract：Thispaperaimsatpermanent-magnetabsorptionwall-climbingrobot．ByPuttingforwardanewtypeofclearanceabsorptionmannerusingrectangularpermanent-magnetandmakingananalysisonmagneticfieldofperm

4、anent-magnetinAnsysMagnetic-nodalenvironment，itobtainsthemagneticfieldchangeruleandabsorptionaffinityundertheconditionofdifferentclearance．Itisusuallymorecomplextoobtainmagneticfieldstrengthofpermanent-magnetbyanalyticequationofnumericalcalculation，butthemethodoffiniteelementa

5、nalysisonmagneticfieldprovidesaquickandeffectivepath．Keywords：wall-climbingrobot；permanent-magnetic；magneticfield0引言永磁吸附方式相对于真空吸附、负压吸附等常见的爬壁机器人(Wall—ClimbingRobots)吸附方式．有着安全系数高、负载能力强和壁面适应能力强等优势．因此．应用于化工容器焊缝探伤、船舶壁面除锈、锅炉壁面探伤等工作壁面均为导磁材料的爬壁机器人。均采用了永磁吸附方式【¨。永磁吸附爬壁机器人的设计在早期大都采用了履带式或

6、轮式行走方式。履带式是将磁块镶嵌于链条上，通过链轮驱动机器人行走．虽然该设计具有吸附力强、行走平稳的特点。但也存在着重量较大、转弯困难等问题。而轮式行走方式是通过永磁轮吸附于壁面，该设计的优点是行走灵活，但由于永磁体与壁面的接触面积小．导致吸附力差，负载能力弱。收稿日期：201l一10-12项目来源：青岛市科技支撑计划项目(09一l—l-60_nsh)作者简介：孔辉(1987一)。山东菏泽人，硕士研究生．研究方向：机器人技术与装备。本文针对轮式永磁吸附爬壁机器人存在的问题，设计了间隙式的永磁吸附方式．将矩形永磁体有规律的排列在行走轮周围．并与本体结

7、构刚性连接，与壁面间隙可调，因此在不同间隙条件下的永磁吸附力的计算和变化规律就显得相当重要。1矩形永磁体的建模与仿真本文采用了普通的钕铁硼永磁体N35．规格为40x12x5，主要性能参数如表1所示。衰1钕铁硼N35的性能参数仿真单元选用PLANEl3单元．该单元适用于二维静态磁场分析。建立的二维模型如图l所示．充磁方向为Y方向。钢质壁面的厚度设为10mm．忽略空气中的漏磁因数。建模过程中。对所有的区——67··2012年第1期农业装备与车辆工程域进行布尔运算(Boolean)，选择交J箧(Overlap)操作，从而保证各个区域的边界内侧相粘结，在划

8、分网格时使它们具有共节点并且使解收敛⋯。A1—钢质壁面A2一永磁体A3_空气图1二雒模型定义材料性能参数是仿真过程中的关键