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题名爬壁机器人磁吸附模块设计分析与结构参数优化
被引量：4
- 1
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作者
杨培
张明路
孙凌宇
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机构
河北工业大学机械工程学院
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出处
《工程设计学报》
CSCD
北大核心
2024年第5期592-602,共11页
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基金
国家重点研发计划资助项目(2018YFB1309400)
慧眼行动计划资助项目(62602010243)
河北工业大学学科交叉方向研究生培养资助项目(HEBUT-Y-XKJC-2021119)。
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文摘
作为磁吸附式爬壁机器人的关键部件,磁吸附模块的结构通常会影响机器人的整体质量及吸附稳定性。针对磁吸附模块磁路耦合关系复杂、优化设计困难等问题,结合虚拟仿真技术、代理模型和蜣螂优化算法提出了一种磁吸附模块结构优化方法,以提高其磁力计算和优化设计过程的效率。首先,介绍了爬壁机器人的结构设计方案,并通过对现有的Halbach阵列磁路模式进行仿真分析,确定了三磁路模式具有相对较高的吸附效率;同时,基于初设参数对磁吸附模块磁力仿真模型进行了实验验证,为后续代理模型的建立奠定了基础。然后,建立了以机器人吸附稳定性和结构参数为约束、以磁吸附模块轻量化为目标的优化模型。采用最优拉丁超立方设计、ANSYS参数化建模以及代理模型技术建立了磁吸附模块磁力与结构参数之间的四阶响应面模型,并对其可信度进行了验证。利用蜣螂优化算法对磁吸附模块的结构参数优化模型进行了求解。结果表明,所建立的代理模型的预测误差很小,能够较好地表征磁吸附模块磁力与结构参数之间的关系;优化后磁吸附模块的质量减小了12.7%。最后,通过机器人负载实验验证了优化过程的正确性。研究结果可为其他磁吸附式机器人的磁力分析与结构优化提供参考。
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关键词
爬壁机器人
磁吸附模块
代理模型
参数优化
磁路仿真分析
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Keywords
wall-climbing robot
magnetic adsorption module
surrogate model
parameter optimization
magnetic circuit simulation
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分类号
TP242.2
[自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
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题名爬壁机器人悬摆式磁吸附机构的设计与优化
被引量：7
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作者
张栋
杨培
黄哲轩
孙凌宇
张明路
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机构
河北工业大学机械工程学院
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出处
《工程设计学报》
CSCD
北大核心
2023年第3期334-341,共8页
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基金
国家重点研发计划资助项目(2018YFB1309400)
河北工业大学学科交叉方向研究生培养资助项目(HEBUT-YXKJC-2021119)。
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文摘
为了解决爬壁机器人壁面适应能力差、运动灵活性低等问题,分析了现有爬壁机器人磁吸附机构存在的不足,并以轮式爬壁机器人为研究对象,根据爬壁机器人的功能要求,设计了一种壁面自适应悬摆式磁吸附机构。通过Ansoft软件对悬摆式磁吸附机构和传统磁吸附轮进行了对比分析。为了进一步减小磁吸附机构的质量,同时提高其吸附可靠性,基于高磁能利用率的目标,采用SNLP(sequential non-linear programming,连续非线性规划)算法对悬摆式磁吸附机构的结构参数进行优化,优化后磁吸附机构的吸附力增大了25.52%。研制了悬摆式磁吸附车轮样机,开展了吸附力测试实验和卸磁实验,并将其安装在爬壁机器人上,开展了运动性能测试实验,验证了磁吸附机构结构参数优化结果的合理性和结构设计的实用性。研究结果为提高爬壁机器人的工作性能提供了参考。
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关键词
爬壁机器人
悬摆式磁吸附机构
磁路仿真分析
参数优化
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Keywords
wall-climbing robot
pendulous magnetic adsorption mechanism
magnetic circuit simulation analysis
parameter optimization
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分类号
TP242.2
[自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
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