钢管混凝土拱桥爬壁机器人磁吸单元设计验证

沈昊天; 龙雨; 魏伟; 钟华; 谭耿; 陈召桃; 李修明

doi:10.13624/j.cnki.issn.1001-7445.2026.0792

广西大学学报（自然科学版） ›› 2026, Vol. 51 ›› Issue (4) : 792 -802. DOI: 10.13624/j.cnki.issn.1001-7445.2026.0792

钢管混凝土拱桥爬壁机器人磁吸单元设计验证

沈昊天, 龙雨, 魏伟, 钟华, 谭耿, 陈召桃, 李修明

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摘要

针对钢管混凝土拱桥高空检测与维护中爬壁机器人可靠附着需求，以及传统直线型海尔贝克阵列存在的端部磁力衰减、漏磁和集成不便等问题，提出一种二维海尔贝克永磁吸附单元。通过几何拓扑变换，将永磁电机环形闭合磁路转化为适用于履带板安装的方形吸附模块，并采用COMSOL软件建立静磁场有限元模型，对南北极同向、南北极交替和二维海尔贝克阵列3种磁路进行对比分析。结果表明，二维海尔贝克阵列磁路在小气隙范围内具有更强的近场聚磁能力，气隙L为0.1 mm时吸附力达到121.77 N,较南北极同向磁路提高约70.54%。样机实验结果与仿真趋势一致，平均相对偏差小于14.5%。工程核算表明，在气隙L为0.5 mm工况下，整机仍具备较高承载冗余，可满足钢管混凝土拱桥高空检测与维护作业需求。