管道爬壁机器人的结构及吸附稳定性设计
DOI: https://doi.org/10.64083/STE2610613
作者
刘晨炫，杨一凡，陈烜，李明邗，周坤
摘要
针对石化管道高危环境下的智能巡检需求与变径曲面易引发的吸附失效问题，本文提出一种基于永磁吸附的管道爬壁机器人总体设计方案。在磁吸附机构设计中，采用Halbach阵列优化磁路拓扑结构以聚焦磁感线，使单模块最大吸附力可达900N。为提升表面适应能力，设计了具备角度调节功能的曲率适应结构，同时结合高摩擦系数橡胶轮，实现了对曲率半径200~250mm管壁的稳定贴合。在吸附稳定性分析方面，构建了系统力学模型，并以倒悬（垂直朝下）为典型工况从法向脱离方面进行了详细分析，推导出系统在倒悬工况下的最小安全吸附力阈值为160N。计算表明单轮实际吸附力为450N，远大于理论需求值40N，系统具有充足的安全裕度。本研究论证了变径管道爬壁机器人的机械构型与力学边界，为极端工况下的高可靠特种装备研发提供了理论支撑与工程参考。
关键词
管道爬壁机器人；永磁吸附；曲率适应结构；吸附稳定性建模
