留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

一种新型电磁吸附式爬壁机器人的研制

洪晓玮 陈勇

洪晓玮, 陈勇. 一种新型电磁吸附式爬壁机器人的研制[J]. 机械科学与技术, 2021, 40(3): 337-343. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200065
引用本文: 洪晓玮, 陈勇. 一种新型电磁吸附式爬壁机器人的研制[J]. 机械科学与技术, 2021, 40(3): 337-343. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200065
HONG Xiaowei, CHEN Yong. Development of Innovative Wall-climbing Robot with Electromagnetic Absorption[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2021, 40(3): 337-343. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200065
Citation: HONG Xiaowei, CHEN Yong. Development of Innovative Wall-climbing Robot with Electromagnetic Absorption[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2021, 40(3): 337-343. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200065

一种新型电磁吸附式爬壁机器人的研制

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200065
基金项目: 

国家质量监督检验检疫总局项目 2017QK044

江苏省特种设备安全监督检验研究院科技项目 KJ(Y)2016019s

详细信息
    作者简介:

    洪晓玮(1995-), 硕士研究生, 研究方向为机器人技术、机电一体化, 2750215638@qq.com

    通讯作者:

    陈勇, 教授, 博士生导师, chenyongjsnj@163.com

  • 中图分类号: TP242

Development of Innovative Wall-climbing Robot with Electromagnetic Absorption

  • 摘要: 针对永磁吸附式爬壁机器人机动性与吸附性相矛盾这一问题,提出了一种电磁铁轮流通断电机构,并基于该机构设计了一种履带式爬壁机器人。为了防止机器人出现滑移、倾覆和翻转失稳状况,对机器人进行了力学分析,利用COMSOL软件对电磁铁进行磁场仿真分析,完成了电磁铁的设计及机器人整机的制作。结果表明, 机器人能够以任意姿态在不同角度壁面上爬行,验证了电磁铁轮流通断电机构的可靠性。该机器人在大型钢结构巡检等方面有较好的应用价值。
  • 图  1  爬壁机器人三维结构图

    图  2  电磁吸附单元示意图

    图  3  电磁铁轮流通断电机构示意图

    图  4  机器人向下滑移受力分析图

    图  5  机器人纵向倾覆受力分析图

    图  6  机器人横向倾覆受力分析图

    图  7  3种失稳状态下Fa随倾角θ的变化曲线

    图  8  电磁铁二维剖视图

    图  9  电磁铁磁路简图

    图  10  电磁铁有限元模型

    图  11  电磁铁网格划分

    图  12  内外磁极气隙的磁感应强度曲线图

    图  13  内外磁极气隙平均磁感应强度随a变化曲线

    图  14  电磁力仿真值与理论值对比

    图  15  爬壁机器人样机

    表  1  机器人样机实验性能参数

    参数名称 参数值
    机器人总重 6.7 kg
    机器人长宽高 338 mm×295 mm×110 mm
    爬行速度 0~5 cm/s
    可携带负载量 3 kg
    可适应壁面角度θ [-90°, 90°]
    减速步进电机扭矩 5 N·m
    下载: 导出CSV
  • [1] ALKALLA M G, FANNI M A, MOHAMED A M, et al. Tele-operated propeller-type climbing robot for inspection of petrochemical vessels[J]. Industrial Robot, 2017, 44(2): 166-177 doi: 10.1108/IR-07-2016-0182
    [2] KO H, YI H, JEONG H E. Wall and ceiling climbing quadruped robot with superior water repellency manufactured using 3D printing (UNIclimb)[J]. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing-Green Technology, 2017, 4(3): 273-280 doi: 10.1007/s40684-017-0033-y
    [3] HUANG H C, LI D H, XUE Z, et al. Design and performance analysis of a tracked wall-climbing robot for ship inspection in shipbuilding[J]. Ocean Engineering, 2017, 131: 224-230 doi: 10.1016/j.oceaneng.2017.01.003
    [4] FUJITA M, IKEDA S, FUJIMOTO T, et al. Development of universal vacuum gripper for wall-climbing robot[J]. Advanced Robotics, 2018, 32(6): 283-296 doi: 10.1080/01691864.2018.1447238
    [5] 刘彦伟, 黄响, 王李梦, 等. 仿生爪刺式双足爬壁机器人设计与分析[J]. 机械科学与技术, 2019, 38(8): 1185-1190 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190107

    LIU Y W, HUANG X, WANG L M, et al. Design and analysis of a bio-inspired biped wall-climbing robot with spines[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2019, 38(8): 1185-1190 (in Chinese) doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190107
    [6] JEONG J H, LEE D H, KIM M, et al. The study of the electromagnetic robot with a four-wheel drive and applied Ⅰ-PID system[J]. Journal of Electrical Engineering & Technology, 2017, 12(4): 1634-1640 http://www.dbpia.co.kr/Journal/ArticleDetail/NODE07188438
    [7] KERMORGANT O. A magnetic climbing robot to perform autonomous welding in the shipbuilding industry[J]. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, 2018, 53: 178-186 doi: 10.1016/j.rcim.2018.04.008
    [8] LA H M, DINH T H, PHAM N H, et al. Automated robotic monitoring and inspection of steel structures and bridges[J]. Robotica, 2018, 37(5): 947-967 http://www.zhangqiaokeyan.com/academic-journal-foreign_other_thesis/0204113011290.html
    [9] 宋伟, 姜红建, 王滔, 等. 爬壁机器人磁吸附组件优化设计与试验研究[J]. 浙江大学学报, 2018, 52(10): 1837-1844 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZDZC201810001.htm

    SONG W, JIANG H J, WANG T, et al. Optimization design and experimental research on magnetic components for wall-climbing robot[J]. Journal of Zhejiang University, 2018, 52(10): 1837-1844 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZDZC201810001.htm
    [10] 唐东林, 李茂扬, 丁超, 等. 轮式爬壁机器人转向稳定性研究[J]. 工程设计学报, 2019, 26(2): 153-161, 181 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GCSJ201902007.htm

    TANG D L, LI M Y, DING C, et al. Research on steering stability of wheeled wall-climbing robot[J]. Chinese Journal of Engineering Design, 2019, 26(2): 153-161, 181 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GCSJ201902007.htm
    [11] 唐东林, 龙再勇, 袁波, 等. 永磁吸附轮式爬壁机器人受力及功耗分析[J]. 机械科学与技术, 2019, 38(4): 13-20 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180213

    TANG D L, LONG Z Y, YUAN B, et al. Analysis of mechanics and power consumption of wall-climbing robot with permanent magnet adsorption wheel[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2019, 38(4): 13-20 (in Chinese) doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180213
    [12] 黄凯, 李向东, 陈勇, 等. 一种基于电磁吸附的爬壁机器人: 中国, 108657298A[P]. 2018-10-16

    HUANG K, LI X D, CHEN Y, et al. Wall-climbing robot based on electromagnetic adsorption: CN, 108657298A[P]. 2018-10-16 (in Chinese)
    [13] 刘春惠, 李静, 俞竹青. 水冷壁爬壁机器人导向防倾覆装置[J]. 机械设计与研究, 2018, 34(6): 16-20, 24 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JSYY201806009.htm

    LIU C H, LI J, YU Z Q. Research on guiding andanti overturning device of wall-climbing robot for water cooled wall[J]. Machine Design & Research, 2018, 34(6): 16-20, 24 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JSYY201806009.htm
    [14] 陈贤雷. 履带式爬壁机器人的设计及其在船舶检测中的应用研究[D]. 杭州: 浙江大学, 2013

    CHEN X L. The research of caterpillar climbing robot applied in ship detection[D]. Hangzhou: Zhejiang University, 2013 (in Chinese)
    [15] 李扬. 高速强力电磁铁的设计与仿真[D]. 北京: 清华大学, 2012

    LI Y. Design and simulation of high-speed solenoid[D]. Beijing: Tsinghua University, 2012 (in Chinese)
  • 加载中
图(15) / 表(1)
计量
  • 文章访问数:  161
  • HTML全文浏览量:  28
  • PDF下载量:  41
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2019-10-27
  • 刊出日期:  2021-03-01

目录

    /

    返回文章
    返回