可壁面过渡磁吸附爬壁机器人机械系统设计开题报告

1. 研究目的与意义

爬壁机器人又称为壁面移动机器人，它是可以在垂直墙壁上攀爬并完成作业的自动化机器人。

因为垂直壁面作业超出人的极限，因此在国外又称为极限作业机器人。

爬壁机器人主要用于石化企业对圆柱形大罐进行探伤检查或喷漆处理，或进行建筑物的清洁和喷涂。

2. 课题关键问题和重难点

我所选的课题为可壁面过渡磁吸附爬壁机器人机械系统设计及运动过程分析与仿真。

课题的内容主要是构建磁吸附爬壁机器人实现方案和系统组成，包括磁吸附实现方案、壁面过渡行驶实现方案及控制系统实现方案。

关键的问题是可以实现以下几个要求： 1、能在水平面、铅垂面、倒立面或空间曲面（如球罐、船体等）钢板上自由移动并能实现不同壁面过渡行驶； 2、采用伺服电机驱动； 3、在失电状态下仍然可以保持吸住钢板； 4、具有磁力控制功能，磁力应能方便地切断或导通，以便在不工作时可以方便地取下机器人；针对上面提出的相关的基本设计指标以及系统其他辅助功能的设计，本课题已经确定吸附方式采用磁吸附方式，由于要求在失电状态下仍可以吸住钢板，因而我们采用永磁式的吸附方法。

3. 国内外研究现状（文献综述）

1、国外发展状况 1966年日本大阪府立大学的西亮教授，利用电风扇进气侧低压空气产生的负压作为吸附力，制作出第一台爬壁机器人的原理样机，这被看作是爬壁机器人研究的开端。

1989年日本东京工业大学的宏濑茂男研究开发了永磁吸附式爬壁机器人(如图1所示)，吸附装置与壁面之间有一个很小的倾斜角度，这样吸附装置对壁面的吸附力依旧很大。

每个吸附装置均由一个电机来驱动，与壁面线接触的吸附装置旋转，爬壁机器人就随着向前移动。

4. 研究方案

我所设计的方案整体采用的是永磁体吸附方式链轮爬行机构的爬壁机械人，其具体的设计方案如下所述： 1.吸附方式根据本课题的要求，即爬壁机械人在断电的情况下仍能吸住钢板，因而可以采用永磁体磁吸附的方法实现机械人对壁面的吸附功能。

永磁体的材料采用钕铁硼永磁体。

将其安装在爬行机构的链条中间，并间隔一段距离安装有一个永磁体，从而保证在爬行的过程中有稳定的吸力。

5. 工作计划

起止日期 工作内容 备 注 2022.02.24~2022.03.09 消化任务，收集、阅读资料，学习有关书籍文献，掌握基本工作原理 第1-2周 2022.03.10~2022.03.23 实现原理方案论证与细化，完成基本设计布局图，开题报告，翻译文献 第3-4周 2022.03.24~2022.04.06 机械系统方案设计与各传动机构的运动设计，磁力相关计算 第5-6周 2022.04.07~2022.04.21 机械结构设计：三维建模及部分二维装配图与零件图 第7-8周 2022.04.22~2022.05.04 细化三维模型图以及完整的二维装配图与零件图的绘制 第9-10周 2022.05.05~2022.05.18 负载能力分析、转向灵活性分析和壁面过渡行驶过程分析，壁面过渡行驶过程进行运动仿真 第11-12周 2022.05.19~2022.06.08 完成计算书整理及计算机文档，撰写论文文 第13-15周 2022.06.09~2022.06.15 自审、互审，完成修改图纸及计算工作，准备答辩 第16周