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宁波材料所采用电永磁技术改进磁性爬壁机器人
作者:,日期:2021-04-16

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  爬壁机器人可运行在倾斜、竖直的壁面甚至天花板上,代替人类完成一些危险或无法完成的任务,如管道勘察、罐体检测、船舶除锈、钢梁维护和桅杆喷涂等。爬壁机器人主要有两种吸附方式,即负压吸附和磁吸附。其中负压吸附依靠真空吸盘,对壁面的平整度有较高要求;而磁吸附是利用磁场产生的作用力,适合在导磁材料表面使用。目前磁吸附爬壁机器人主要分为电磁式和永磁式两种,电磁式爬壁机器人需要持续通电保持吸附状态,一旦断电则机器人失去吸附能力,导致设备坠落;永磁式爬壁机器人采用永磁体作为吸附手段,吸力无法调整,因此对电机的扭矩要求很高,载重能力也有限。

  中国科学院宁波材料技术与工程研究所稀土永磁团队采用电永磁技术(Electro-permanent)对履带式和足式爬壁机器人分别进行了改进。利用电永磁吸盘吸力可调、无需通过持续通电保持吸附状态的特点,在履带式机器人的底部和足式爬壁机器人的足部增加了微型电永磁吸盘,并研制了专用的驱动器和控制系统。如图1的履带式机器人底部的圆柱形电永磁单元尺寸约30mm×20mm,最大吸力约50N。

  该电永磁吸附机构仅在切换吸附状态时需要用电,无需持续通电即可保持吸附或释放状态,提高了爬壁机器人续航能力。该电永磁吸附机构还具有磁力大小可调节的功能,通过姿态传感器检测自身状态,在倾角较小、对吸力要求不高的壁面,机器人能够降低电永磁吸附机构的吸力,一方面可以加快行进速度,另一方面有利于减小驱动电机的负荷,延长电机的使用寿命。

  以上工作得到宁波市自然科学基金(2019A610127)等项目资助,相关研究成果已申报发明专利4项,发表期刊论文2篇。

图1 履带式机器人底部

图2 吸附于天花板的足式爬壁机器人

履带式爬壁机器人运动视频

 

  (磁材实验室 林旻 李金恩)

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