毕业设计（论文）开题报告
学生姓名：学号：
专业：
班级：
设计题目：永磁爬壁机器人基于ANSYS的磁力分析指导教师：
二级学院：
2013年3月23日
一、选题的背景和意义
1.1背景现状
随着社会的发展，工业的发展，爬壁机器人作为高空极限工作的一种自动机械装置，正在不断地被人们所认可，国内外对于爬壁机器人在工业上的应用大多数是利用机器人携带检测装置进行探伤和检测。它除了能够完成测量和探伤之外，还能够执行很多人无法完成的任务。爬壁机器人可以在垂直墙壁上攀爬并完成作业的自动化机器人。爬壁机器人又称为壁面移动机器人，因为垂直壁面作业超出人的极限，因此在国外又称为极限作业机器人。爬壁机器人必须具备吸附和移动两个基本功能，而常见吸附方式有负压吸附和永磁吸附两种。其中负压方式可以通过吸盘内产生负压而吸附于壁面上，不受壁面材料的限制；永磁吸附方式则有永磁体和电磁铁两种方式，只适用于吸附导磁性壁面。爬壁机器人主要用于石化企业对圆柱形大罐进行探伤检查或喷漆处理，或进行建筑物的清洁和喷涂。在核工业中用来检查测厚等，还可以用于消防和造船等行业。目前所研究的爬壁机器人虽然很多，但从吸附方式不外分为两大类：真空吸附爬壁机器人和磁吸附爬壁机器人。这两类爬壁机器人在使用过程中各有其优缺点，而最突出的特点是真空吸附爬壁机器人不受壁面材料的限制，但壁面有凸凹或裂缝时，吸盘容易漏气，因此产生的吸附力相对较小，磁吸附爬壁机器人虽然只适用于导磁性壁面，但能产生很大的吸附力，不受壁面凸凹或裂缝的限制。从各国研究的现状来看，真空吸附爬壁机器人的研究，许多国家已经做了大量的工作。磁吸附爬壁机器人又可分为电磁体式和永磁体式。电磁体式爬壁机器人维持吸附力需要电力，但控制较方便；永磁体式爬壁机器人不受断电的影响，使用中安全可靠，目前研究的磁吸附爬壁机器人多为永磁体式。
这里研究的是永磁体磁吸附爬壁机器人，他所用的是四块永磁铁来吸住工作壁面。这就需对他的磁力进行分析。
2001年美国Z.Q.Zhu 和 D.Howe在海尔贝克永磁电机及其应用：回顾[4]中对于磁铁进行了详细的分析。
2012年我国牛晓博等在基于ANSYS的永磁调速器磁场研究[8]中对磁场进行了有限元分析。2013年我国倪健康在爬壁机器人设计及其吸附装置优化[12]中对爬壁机器人也做了详细的分析
1.2意义
爬壁机器人因具备竖直甚至倒立壁面的攀爬能力，从而极大拓展了机器人的活动空间，因此在众多领域得到应用。面向金属壁面的磁吸附爬壁机器人以其稳定的吸附、较高的带载能力而在船舶、石化等工业的生产维护作业中发挥了巨大的作用。
对于爬壁机器人，它的磁力是非常重要的，相对于人来说，就如同地球的引
力一样重要，它是爬壁机器人能正常工作的重要保障，使之不掉下，而磁力的分析能更好地控制机器人，保证机器人的安全。
对于爬壁机器人，它的磁力是非常重要的，相对于人来说，就如同地球的引力一样重要，它是爬壁机器人能正常工作的重要保障，使之不掉下，而磁力的分析能更好地控制机器人，保证机器人的安全。
2.1 研究内容：
对永磁体进行ansys的有限元分析，分析它的磁力和磁力线情况。
2.2主要问题
磁场是一种看不见，而又摸不着的特殊物质，磁场不是由原子或分子组成的，但磁场是客观存在的。所以对它的研究是比较困难的在了解它的磁力线分布情况和规律的条件下给分析提供了可能性，但是计算非常复杂，分析也非常复杂，需要借助比较方便的软件才可以分析清楚磁力的情况，和在特殊情况下的磁力分布情况。
首先是安装和学习ansys。ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Creo，NASTRAN，Alogor，I－DEAS，AutoCAD等，是现代产品设计中高级CAE工具之一。由于软件比较高级，安装时就遇到了很多问题，通过请教熟悉的人才能安装完成，当然学习时也要花费很多时间。
爬壁机器人可能在不同的钢上工作，这对吸力的要求不一，控制永磁铁和钢表面的距离有所不同，需要对不同距离情况下，永磁铁对钢的吸力和磁力线分布情况进行分析。爬壁机器人也可能在不同形状的壁面工作，有的壁面可能会是有曲率的，曲率也有所不同，这也要求在种情况下对永磁铁的磁力和磁力线分布情况进行分析。这也要对爬壁机器人有很好的理解。
还需要分析爬壁机器人在壁面上的受力情况，这样才可以控制永磁铁与壁面的距离，这样分析出来的磁力就可以直接用到控制机器人上。
Ansys电磁场分析一般分五步：
（1）创立物理环境；
（2）建立模型，划分网络，对模型的不同区域赋予特性；
（3）加边界条件和载荷（励磁）；
（4）求解；
（5）后处理（查看计算结果）。
三、技术路线、研究方案
3.1技术路线和研究方案
1、ansys磁力有限元分析
2、得出分析的结果和各种磁力线分布图
3、分析磁铁磁力跟气隙大小
四、实施计划
第1-3周：明确设计任务，查阅相关中英文资料，撰写开题报告；
第4-5周：在导师的协助下修改开题报告，通过开题报告答辩；
第6-7周：安装好ansys软件，并学习ansys。
第8-11周：对永磁体进行有限元分析，并得出分析结果。
第12-13周：通过分析的结果，提出有关爬壁机器人的建议，改进；
第14-15周：进行论文撰写，指导教师修改论文，论文定稿打印，指导教师评语；第16周：接受学科论文评阅，总结毕业设计经验，准备答辩；
第17周：毕业设计答辩。
五、参考文献
[1]赵善彪,张天孝,问会青,樊理.基于ansys的瓦形永磁体磁场分析[J].微电
机,2007,10(11):2672-2677.
[2]潘佩霖,韩秀琴,赵言正,等.日本磁吸附爬壁机器人的研究现状.机器
人,1994,16(6):379-382.
[3]田兰图，杨向东，赵建东，等.油罐检测爬壁机器人结构与控制系统研究[J]．机器人，
2004，26(5)：385-390.
[4] Z Q Zhu and D Howe.Halbach permanent magnet machines and applications: a review. IEE Proe-Electr, Power appl,2001,148(4):299-308．
[5] W Fischer, F Tache and R Siegwart. Inspection System for Very Thin and Fragile Surfaces, Based on a Pair of Wall Climbing Robots with Magnetic Wheels. Proceedings of the 2007
IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems San Diego, CA, USA, Oct 29-Nov 2, 2007.
[6]孔辉,王吉岱,陈广庆.基于ansys的间隙式永磁吸附爬壁机器人的磁场分析[J].农业装
备与车辆工程，2012（1）：67-69.
[7]刘艳君，廖启新，邓智泉，王晓琳.基于ANSYS的永磁电机永磁体的优化设计[J].微特电机，2007(4):8-10．
[8]牛晓博.基于ANSYS的永磁调速器磁场研究[D].长安:长安大学,2012.
[9]赵剑坤,叶家玮.基于有限元分析的永磁吸附单元设计优化.广州:华南理工大学,2009.
[10]张小松.轮式悬磁吸附爬壁机器人研究[D].哈尔滨工业大学，2012.
[11]潘沛霖,高学山,闫国荣,等.履带式磁吸附爬壁机器人喷漆机构的设计[J].机器
人,1997,19(2):147-150.
[12]倪健康.爬壁机器人设计及其吸附装置优化.大连:大连海事大学，2013.
[13] 塔月月.磁吸附力主动调节研究较深轮式爬壁机器人磁吸附性能及磁力控制研究.黑龙
江:东北石油大学,2012.
[14] 王丽华.永磁同步发电机的电磁场分析[D].江西:南昌大学,2008.
[15]赵斌超.Halbach次级结构无铁心永磁直线同步电机的研究.哈尔滨:哈尔滨工业大学,2012.