基于 Halbach 阵列的爬壁机器人永磁吸附模块优化设计

来源：机械与电子杂志2023年第10期北京时间：

作者：孙天圣;刘芳华;江来;曹永鑫;陈杨;缪游

单位：江苏科技大学机械工程学院,江苏 镇江 212003

摘要：针对轮式永磁吸附爬壁机器人吸附效率较低的问题,设计了一种基于 Halbach 阵列的新型弧形永磁吸附模块,研究其吸附特性并进行优化。运用 ANSYS Maxwell 软件对新型吸附模块进行有限元仿真分析,研究 Halbach 弧形永磁体阵列在聚磁一侧的磁感线分布规律;为了减少弱磁侧的磁感线泄漏,在传统的 Halbach 永磁阵列基础上,在弱磁侧增加了轭铁装置;通过对弧形磁体阵列的角度、宽度、厚度及轭铁的厚度对吸附力的影响的研究,采用控制变量法并利用 ANSYS Maxwell 对新型弧形永磁吸附模块的关键结构尺寸进行优化,设计了永磁吸附模块的最优尺寸。结果表明,经过优化后的吸附单元的总体质量降低,但单位质量吸附力增大,磁能利用率大幅度提高,为轮式爬壁机器人的优化设计提供依据。

关键词：爬壁机器人; Halbach 阵列;永磁吸附;ANSYS Maxwell ;有限元仿真

基金资助：国家自然科学基金青年科学基金项目( 62002141 )