1引言
履带式磁吸附爬壁机器人是种机器人中个比较重要的类型，它能够在垂直壁面和天棚壁面上进行作业．作为高空限作业的种自动机械装置，履带式磁吸附爬壁机器人已经越来越受到人们的重视，目前主要应用于石化、建筑、消防、造船等域．
履带式磁吸附爬壁机器人采用的是双履带永磁吸附结构．在履带周上安装有数十个永磁吸附块，其中的部分紧紧地吸附在壁面上，并形成定的吸附力，通过履带(由链条和永磁块组成)使机器人贴附在壁面上．机器人在壁面上的移动靠履带来完成，移动时，履带的旋转使 后的吸附块脱离壁面，同时还使前面的个吸附块吸附于壁面，这样周而复始，就实现了机器人在壁面上的爬行。
爬壁机器人通过履带实现移动和负重承载两大功能，磁块吸附力的大小直接影响着机器人承载能力的大小．同样，吸力的精 确计算对于机器人的力学分析、运动学分析和驱动电机的选型等具有重要的意义。本文利用有限元法对磁块吸附力进行了求解，它先利用变分原理将边值问题转化为等价的变分问题，也就是泛函求值问题，然后通过剖分插值将变分问题离散化为多元函数的值问题，终归结为求解多元代数方程组。
2磁吸附单元结构及工作原理
爬壁机器人采用永磁吸附方式，它不仅克服了空气吸附力小的缺点，而且吸附力十分可靠．另外，为了使机器人在完成作业时易于脱离工作表面，在机器人的履带中设计了种结构，通过手动操作将磁铁中的磁回路切断，从而消去机器人与工件表面间的磁吸力，操作方便可靠．如图1，机器人在工作时，磁吸附块处于磁吸附状态，吸附单元与钢铁工件表面足够接近，磁通几乎完经工件闭合，气隙b中磁感应强度达到 大值，磁吸力也 大；工作结束后，将永磁体旋转90°，磁吸附块处于磁短路状态，磁通主要通过两侧铁轭闭合，气隙b中磁感应强度减为弱，磁吸力小，机器人就可以很方便地从工作表面上取下来．磁吸附块中的永磁体材料为钕铁硼系列中的Nd15Fe77B8，采用径向磁化，它具有较高的内禀矫顽力和较好的抗老化退磁性能，可以保证系统长期稳定地工作．其性能见表1
表1钕铁硼性能参数
3有限元模型的建立
电磁场理论是由个麦克斯韦方程组来描述的，它实际上是由4个定律组成，分别是安培环路定律、法拉电磁感应定律、高斯定律和磁通连续性定
律．因此，分析和研究电磁场就是对麦克斯韦方程组的求解和实验验证．
4ANSYS求解
机器人的平面运动包括直线运动和转向运动．在直线运动中，随着履带的连续运动，履带前方靠近：[件的磁块逐渐地被吸附于工件上，并且给予机
器人个主动力矩；同时，履带 后方吸附于工件上的磁块逐渐地脱离工件，并形成个阻力矩．在转向运动中，履带除了受到前后两个磁块的共同作用以外，工作表面每个磁块自身的滑动同样形成了机器人运动的摩擦阻力矩，并直接影响到驱动系统．因此，根据履带的运动情况，我们利用ANSYS对不同状态的磁块进行了磁场分析。
5履带平面力学分析
由于机器人的两个履带各自由个电机进行驱动，因此我们只就单个履带进行分析．
6结论
(1)本文从履带的单个磁吸附单元出发，为磁块建立了有限元模型，通过ANSYS计算求得了磁块与工件的磁吸附力，并真实地反映了磁块在工作过程中的磁场变化；
(2)通过对机器人驱动电机转矩的测定得出，在直线运动中，机器人受到本身机构内部摩擦力和前后两个磁块的共同作用；在转向运动中，外履带电机转矩增加，内履带电机转矩减小．
