移動(dòng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的微型管道機(jī)器人的研究.pdf

1、微型管道機(jī)器人是為了滿(mǎn)足管道檢測(cè)、維護(hù)任務(wù)而出現(xiàn)的。由于受到空間條件的限制，機(jī)器人的機(jī)械機(jī)構(gòu)必須簡(jiǎn)單可靠，而且驅(qū)動(dòng)能量轉(zhuǎn)換效率高。磁控微型機(jī)器人正是滿(mǎn)足上述需要發(fā)展起來(lái)的。 磁控微型機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方式主要有以下幾種：游動(dòng)式，旋進(jìn)式，蠕動(dòng)式。目前磁控微型管道機(jī)器人受機(jī)器人本體形狀和能源供給的限制，存在不能實(shí)現(xiàn)雙向行走、機(jī)器人本體會(huì)對(duì)管壁造成傷害、以及運(yùn)動(dòng)速度過(guò)慢等問(wèn)題。 本文研究了一種表面不帶螺紋的膠囊型微型管道機(jī)器人，依靠

2、外部錐型的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人本體內(nèi)的釹鐵硼永磁體實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的旋進(jìn)式運(yùn)動(dòng)。基于亥姆霍茲線圈能夠產(chǎn)生均勻磁場(chǎng)及磁場(chǎng)矢量疊加原理，提出了利用軸線相互正交的兩組亥姆霍茲線圈與螺線管線圈組合形成組合驅(qū)動(dòng)線圈，通過(guò)給兩組亥姆霍茲線圈通入一定幅值和頻率的交流電，螺線管線圈通入直流電形成錐型旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，由錐形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的外部磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)。 這是一種無(wú)纜驅(qū)動(dòng)方式，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)動(dòng)速度快，可以實(shí)現(xiàn)雙向運(yùn)動(dòng)，并且可以避免機(jī)器人本體與管壁接觸對(duì)管壁

3、造成傷害。 論文對(duì)機(jī)器人的本體設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)形成的原理、在建立線圈磁感應(yīng)強(qiáng)度數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上對(duì)線圈設(shè)計(jì)所要考慮的磁場(chǎng)的品質(zhì)(磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)均勻度、功率損耗)等進(jìn)行了分析，為組合線圈的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了依據(jù)，并用ANSYS軟件對(duì)設(shè)計(jì)的亥姆霍茲線圈進(jìn)行了仿真，依據(jù)分析結(jié)果設(shè)計(jì)了組合驅(qū)動(dòng)線圈實(shí)物。 最后通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該機(jī)器人具有較好的運(yùn)動(dòng)性能。實(shí)現(xiàn)了基于錐型旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的表面不帶螺紋的微型管道