爬壁机器人永磁轮优化设计

摘要

为解决爬壁机器人永磁轮体积较大、质量较大、吸附力较小等问题，以减小永磁轮质量并增大吸附力为设计目标，结合轻量化设计方法，对永磁轮两侧的导磁盘进行结构优化设计。采用电磁场仿真软件ANSYS Maxwell对永磁轮进行建模仿真分析，获取磁力线分布情况，通过减少磁力线稀疏区域或对永磁轮吸附铁磁壁面无直接作用区域的导磁材料，增加磁力线密集区域的导磁材料，增大永磁轮的吸附力。通过调整导磁盘的主要结构参数，仿真分析永磁轮与铁磁壁面间吸附力的变化规律，得到吸附力最大时导磁盘的结构参数，对优化后导磁盘的吸附力进行仿真和实物测试验证。结果表明：优化后导磁盘质量为232.54 g,比优化前减小16.24%;优化后永磁轮与铁磁壁面间吸附力仿真结果为487.65 N,比优化前增大20.74%;50次永磁轮拉力测试结果均大于吸附力仿真结果，测试平均拉力为493.83 N,表明优化结构后永磁轮质量和吸附力指标达到设计目标。

关键词

爬壁机器人 / 永磁轮 / 导磁盘 / 结构优化 / 电磁场仿真