履带式爬壁机器人磁吸附单元优化设计与实验研究

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(1. 南华大学机械工程学院，湖南 衡阳 421001；2. 中国科学院深圳先进技术研究院精密工程中心，广东 深圳 518055；3. 中国石油大学化学工程学院，北京 102249)

0 引言

爬壁机器人作为特种机器人的分支，能够代替工人通过携带清洗工具，在船舶垂直壁面上执行除锈任务[1]。既能提高除锈效率，又能保障工人们的人身安全，是船舶修理企业迫切需要的一种自动化机械装置，引起了研究人员的广泛关注。

为了适应不同的作业壁面，爬壁机器人有多种吸附方式。常用的吸附方式主要有永磁吸附、真空吸附等。永磁吸附具有吸附力可靠、壁面适应力强等特点；而真空吸附则需要保持吸盘内真空，要求壁面平整[2]。而船舶壁面凹凸不平，不适宜采用真空吸附。因此，爬壁机器人采用永磁吸附更为可靠。

吸附单元作为行走机构的核心部分，为在垂直壁面正常行走的爬壁机器人提供吸附力保证。因此，吸附单元结构的合理设计是爬壁机器人正常工作的前提。在此，通过建立三维理论模型，运用有限元方法，对磁吸附单元的结构参数进行定量分析，得到各个参数与吸附力之间的变化规律。同时，运用多因素分析的方法，对主要参数进行了优化分析，在体积保持不变的前提下，吸附力有了显著提高。

1 磁吸附单元基本结构参数

1.1 基本结构

爬壁机器人采用履带行走方式，磁吸附单元绕链条等间距镶嵌。为了提高爬壁机器人轻量化程度，磁吸附单元的结构设计应遵守体积小、质量轻等原则。……