用于攀爬巡检机器人的新型磁吸全向轮设计：设计、开发及几何分析

《IEEE Access》：Novel Magnetic Omnidirectional Wheel Design for Climbing Inspection Robots: Design, Development, and Geometry Analysis

　　

摘要：

配备磁吸附装置的攀爬机器人被广泛用于铁磁结构的检测；然而，有限的吸附力与质量比仍然是主要挑战。因此，本文的主要目的是为在铁磁平面上工作的攀爬检测机器人设计一种新型全向磁轮，通过集成嵌入式圆柱形永磁体盘，以可靠的最低力质比实现高机动性。实验和有限元分析（FEA）分别采用拉伸测试机和COMSOL Multiphysics 6.1进行，以验证所提出的三维模型。通过COMSOL进行几何参数研究有助于确定参数与磁吸附力及质量之间的关系，并使用MATLAB开发图形用户界面（GUI），以指导磁全向轮的设计。从几何参数数据库中选取了最优设计参数值，其选择基于最小质量与攀爬过程中防止脱落所需最小磁力之间的平衡，并利用该参数开发了攀爬机器人的全向磁轮原型，进行运动测试。结果证明，该机器人携带有效载荷，在垂直铁磁平面上以适当速度行驶时，实现了无倾斜、无滑移的稳定机动性。