一种新型非接触永磁式爬壁机器人设计方案

中国民航大学学报 ›› 2022, Vol. 40 ›› Issue (2): 47-51.

一种新型非接触永磁式爬壁机器人设计方案

姜德政，朱兵，任文峰，付兴伟，赵言正

（1. 中国长江电力股份有限公司三峡电厂，湖北宜昌 443000； 2. 长江生态环保集团有限公司，武汉 430062； 3. 上海交通大学机器人研究所，上海 200240）

收稿日期:2021-05-06 修回日期:2021-05-06 接受日期:2021-03-07 出版日期:2022-06-05 发布日期:2022-06-05
作者简介:姜德政（1975—），男，辽宁大连人，高级工程师，硕士，研究方向为水电站水轮发电机组检修与维护管理.

Design of a new non-contact permanent magnet wall-climbing robot

JIANG Dezheng , ZHU Bing , REN Wenfeng , FU Xingwei , ZHAO Yanzheng

（1. Three Gorges Power Plant, China Yangtze Power Co., Ltd., Yichang 443000, Hubei, China; 2. Changjiang Ecological Environmental Protection Group Co., Ltd., Wuhan 430062, China; 3. Research Institute of Robotics, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240, China）

Received:2021-05-06 Revised:2021-05-06 Accepted:2021-03-07 Online:2022-06-05 Published:2022-06-05

摘要/Abstract

摘要： 为提高爬壁机器人在压力钢管内任意位置的吸附能力，从爬壁机器人结构设计入手，并结合某型压力钢管结构特征，提出一种新型非接触永磁式爬壁机器人机构设计方案。首先，对永磁式吸附模块设计给出了详细介绍；其次，针对爬壁机器人在压力钢管内运动的几何位置变化，对吸附力变化情况进行计算，并对极限情况下的静力约束条件进行分析；最后，经仿真及现场试验证明，该爬壁机器人可在大负载情况下实现压力钢管内任意位置的可靠吸附。

关键词: 爬壁机器人, 永磁式吸附机构, 静力分析, 仿真, 可靠性分析

Abstract: In order to improve the adsorption capacity of the wall climbing robot at arbitrary position in the steel pipe, a design scheme for novel non-contact permanent magnetic wall-climbing robot mechanism is proposed, starting with the structural design and combined with the structural characteristics of a certain type of steel pipe. Firstly, the design of permanent magnetic adsorption module is introduced in detail. Secondly, according to the geometric position change of the wall climbing robot in the steel pipe, the change of the adsorption force is calculated, and the static constraints in the limit case are analyzed. Finally, by simulation and field test, the wall climbing robot can realize reliable adsorption at arbitrary position in the steel pipe under large load.

Key words: wall-climbing robot, permanent magnetic adsorption mechanism, static analysis, simulation, reliability analysis

中图分类号:

姜德政 , 朱兵 , 任文峰 , 付兴伟 , 赵言正 . 一种新型非接触永磁式爬壁机器人设计方案[J]. 中国民航大学学报, 2022, 40(2): 47-51.

JIANG Dezheng , ZHU Bing , REN Wenfeng , FU Xingwei , ZHAO Yanzheng. Design of a new non-contact permanent magnet wall-climbing robot [J]. Journal of Civil Aviation University of China, 2022, 40(2): 47-51.

参考文献 10

[1]	SCHMIDT D, BERNS K. Climbing robots for maintenance and inspections of vertical structures：a survey of design aspects and technologies [J]. Robotics and Autonomous Systems, 2013, 61(12): 1288-1305.
[2]	曹立超, 刘晓光, 蒋晓明, 等. 履带式爬壁机器人优化设计[J]. 自动化与信息工程, 2019， 40(2): 9-13.
[3]	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.
[4]	刘淑霞, 王炎, 徐殿国, 等. 爬壁机器人技术的应用[J]. 机器人, 1999, 21(2): 148-155.
[5]	程思敏, 陈韦宇, 丛培杰. 爬壁机器人的研究现状[J]. 机电工程技术,2019, 48(9): 6-10.
[6]	SIEGEL M. Remote and automated inspection: status and prospects[C]// 1st Joint DoD/FAA/NASA Conference on Aging Aircraft, Ogden UT, July 8-10,1997 : 1-14.
[7]	李德威. 基于钢铁墙壁的永磁吸附爬壁机器人研究[D]. 太原: 太原理工大学, 2010.
[8]	方毅. 永磁吸附爬壁机器人设计及性能分析[D]. 武汉：武汉科技大学， 2015.
[9]	徐壮. 磁吸附式爬壁机器人的设计与研究[D]. 北京：华北电力大学， 2018.
[10]	孙玲. 除锈爬壁机器人壁面行走控制技术研究[D]. 大连: 大连海事大学， 2015.

[1]	祝恒佳, 王欣悦. 小型飞机无杆牵引车车架动力学仿真及优化设计[J]. 中国民航大学学报, 2026, 44(1): 73-79.
[2]	程国勇, 田一萌. 降雪条件下机场跑滑系统韧性评价研究 [J]. 中国民航大学学报, 2025, 43(4): 50-55.
[3]	宋云雪, 邹子真. 基于 Unity3D 中大型无人机仿真平台研究 [J]. 中国民航大学学报, 2025, 43(2): 83-88.
[4]	马振洋 a , 李慕凡 b , 李斌 c. 无人机数据链射频前端高强辐射场干扰效应研究[J]. 中国民航大学学报, 2024, 42(5): 14-21.
[5]	李冬霞, 宁嘉伟, 刘海涛. 星基 ADS-B 系统空天链路的建模与仿真[J]. 中国民航大学学报, 2024, 42(4): 37-42.
[6]	齐雁楠, 朱玉祥, 王兴隆. 混合进近运行下平行跑道进场容量评估[J]. 中国民航大学学报, 2024, 42(4): 56-63.
[7]	赵振武, 郑文悦, 张沉沉. 基于多队列的机场旅客安检流程仿真研究[J]. 中国民航大学学报, 2024, 42(1): 40-46.
[8]	杨建忠, 卢勇, 杨士斌. 基于应变的柔性飞机刚弹耦合建模方法研究[J]. 中国民航大学学报, 2022, 40(2): 36-41.
[9]	翟文鹏, 刘润南, 朱承元. 基于改进 Dijkstra 算法的滑行路径优化[J]. 中国民航大学学报, 2022, 40(1): 1-6.
[10]	王岳, 杨永刚, 宋泽 . 基于胜任力模型的模拟飞行训练评估[J]. 中国民航大学学报, 2021, 39(5): 51-54.
[11]	杨建忠, 刘明, 陈希远. 考虑非线性因素的飞机 EHA 系统故障仿真 [J]. 中国民航大学学报, 2021, 39(4): 54-59.
[12]	杨永刚 , 宋炜. 风场干扰下四旋翼无人机的飞行控制与仿真[J]. 中国民航大学学报, 2021, 39(3): 16-21.
[13]	郑峰敏, 安彦. 军用飞机最大故障速度计算[J]. 中国民航大学学报, 2021, 39(2): 7-11.
[14]	田静, 李晓飞. 磁流变减摆器结构参数化建模仿真平台开发[J]. 中国民航大学学报, 2021, 39(1): 28-33.
[15]	杜航航. 六自由度飞行姿态仿真平台设计#br#[J]. 中国民航大学学报, 2020, 38(4): 27-30.