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爬壁机器人吸附结构设计方案的分析介绍

时间:2019-08-15 09:06:27 点击:582 次 来源:洛阳圣瑞智能机器人有限公司

  机器人在壁面上爬行,首先其自身需要提供可靠的、合理的吸附力。爬壁机器人的吸附现采用比较广泛的方式主要分为:磁力吸附、负压吸附和仿生材料吸附。

     爬壁机器人吸附结构介绍:     

       负压吸附的吸附力小,结构复杂,噪声大,对密封性要求较高,需要外界能量来产生负压,增加系统功耗。仿生材料吸附脱离困难,设计、制造过程复杂,造价昂贵。磁力吸附分为永磁和电磁吸附两种,永磁吸附机构吸附力远大于负压吸附,结构相对简单紧凑,无需额外能量。考虑到机器人实际的应用环境为钢铁结构的罐体壁面,且壁面过渡处存在棱角、凹坑、裂纹、孔洞、焊缝等缺陷,壁面情况比较复杂,显然采用真空吸附方式密封困难,容易导致吸盘漏气,考虑到成本和吸附的安全性,选用当前较成熟自研发的永磁吸附技术方式。

爬壁机器人

  

  永磁材料是磁性材料中的一种,又叫硬磁材料或恒磁材料。磁性材料划分的尺度是矫顽力,硬磁材料的矫顽力比软磁材料的矫顽力大得多,一般将具有8KA/m以上矫顽力的磁性材料称为永磁材料。软磁材料的基本特征是磁导率高,矫顽力小,磁滞回线狭长,包围的面积小;硬磁材料的基本特征是在工作空间能产生很大的磁场能。它的矫顽力很大。通常由饱和磁感应强度Bs、剩余磁感应强度Br、矫顽力Hc、相对磁导率和磁能积(BH)max,它们是标志磁性材料磁特性的基本参数。目前永磁材料用量大的是铁氧体和铝镍钴,而具有发展前途的是稀土钴、铁铬钴和钕铁硼。钕铁硼是磁性能优异的一种永磁材料,其退磁曲线基本上是a直线,回复曲线近似与退磁曲线重合。干扰磁场去掉后不改变工作点的磁能积,且内禀矫顽力极高,永磁材料矫顽力大,经磁化后仍能保持较强的剩磁,在较强的反向磁场下也可以保留较强的磁感应强度。但其工作温度范围较窄,大工作温度约为80℃,这使得钕铁硼不适用于高温的情况。

  
  为了确保爬壁机器人能够安全灵活的在钢铁壁面上运动,不仅需要合理的选择磁性材料,还需要合理地布置磁吸附单元。对于圆片形、环形以及圆柱型磁体其充磁方向主要有两种:轴向充磁和径向充磁。相对于爬壁机器人的永磁车轮而言,磁轮属于圆环形,若采用轴向充磁的方式则车轮与钢铁壁面接触时接触面间的作用力很小,难以维持爬壁机器人的运动,因此选择径向充磁方式。
  
  爬壁机器人的永磁体模型横截面为碗状,该种结构优势在于:一方面减少了对机器人爬壁不提供吸附力的部分磁铁,提高了磁体利用率,减轻了车体重量;另一方面对于机器人的附壁安装与脱离壁面提供了方便。该钕铁硼永磁体模型由若干小块的钕铁硼拼装而成,由于永磁体材料本身具有较大的磁能积,在拼装过程中磁化方向相近的子磁块之间的排斥力较大,因而为了保证永磁体碗状形态,在各子磁块间留有一定的间隔,采用了辅助的固定方法。磁吸附力可调是爬壁机器人中关键的设计之一。
  
  总的来说,爬壁机器人吸附结构设计分为磁力吸附、负压吸附和仿生材料吸附。其中技术较为成熟的为磁力吸附,磁力吸附又分为永磁吸附和电磁吸附,这种吸附的方式可以减轻机器人的重量,还能方便安装和脱离,因此不难看出吸附结构是爬壁机器人中重要的设计,是爬壁机器人能吸附壁面的关键。

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