[发明专利]一种磁吸附爬壁机器人的磁块设计方法及磁块

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁吸附爬壁机器人设计技术领域，特别涉及一种用于野外高大的圆锥形钢塔表面上任意方向移动的爬壁机器人的磁吸附单元的高效、多磁路的磁块的设计方法以及利用该方法设计的磁块。

背景技术

工业领域往往会用到又高又大的罐体，例如石油化工或天然气企业的储油、储气罐、发电厂等企业的锅炉、风力发电设备的风机塔等。这些罐体的几何外形呈现圆柱状、球状以及圆锥状的特点。而罐体往往需要进行维护、壁厚检测，目前仍采用传统的人工方式，其设备一般就是软梯、绳索或脚手架之类的，这样就带来了劳动强度大、周期长、效率低下以及安全性差等问题，因此急需一种自动化的检测或进行其他作业的设备，这种设备要具有在这些罐体表面贴敷且灵活移动的特点。对于一般的磁吸附爬壁机器人来讲，由于要工作在这种变截面的壁面上，而且壁面上的焊接处较高，因此要想进行任意方向的移动，将很难做到能时时达到牢牢吸附的目的。

应用于这些罐体上的爬壁机器人一般采用磁块提供磁吸力，一般来讲，磁吸附爬壁机器人对导磁性壁面的吸附，最直接的方法是采用永磁吸附方式和电磁吸附方式，电磁吸附方式机构较多、控制上复杂、耗能较大，但可以实现对磁力的主动控制；永磁吸附方式结构简单、不需耗能，但无法控制磁力。

因此当采用永磁吸附方式提供吸力时，需要根据机器人的运动状态进行分析，并根据分析结果进行磁块设计，从而令磁块提供足够的吸力。

发明内容

有鉴于此，本发明基于一种用于高大圆锥壁面的永磁式爬壁机器人，提供了爬壁机器人中磁块的设计方法以及应用该方法设计的磁块，采用该方法设计的磁块能够提供足够的吸力使得机器人不从倾斜壁面跌落。而且，本发明磁块为多磁路结构，可提高单个磁块对非平面壁面吸附的适应性。

该方案是这样实现的：

一种履带式磁吸附爬壁机器人的磁块设计方法，应用于具有两排履带且每个履带安装有采用永磁铁实现的磁块，以磁块提供吸力的爬壁机器人，每个磁块包含多个磁吸附单元；其特征在于，设定爬壁机器人的重量为G，壁面与垂直面的夹角为θ，壁面与爬壁机器人磁块的最大静摩擦系数为μ′_max，m为单排履带中同一时刻与壁面接触的磁块数量；该方法包括如下步骤：

步骤一、以机器人在壁面上不滑动、不倾覆为条件，根据力平衡和力矩平衡的关系，推导出机器人在倾斜壁面上下爬行时磁块所需要提供的最小吸力F_i1，以及机器人在倾斜壁面平行爬行时磁块所需要提供的最小吸力F_i2；

步骤二、履带上的每个磁块包含多个磁吸附单元，通过电磁学的理论计算分析并结合磁回复曲线，得到机器人履带上的磁块所包含的单个磁吸附单元的吸力为：

Fa=Sgμ0[BrSgSm+(μrecμ0+B′H′)fμ0]2---(III)]]>