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南方农机2025，56（9）：111-114农业机械与装备AgriculturalMachineryandEquipment

小型爬壁除锈机器人的工作状态受力及有限元分析*

孙贵斌，杨莹莹，李坤淑，张凯翔，曹轩政

（莱芜职业技术学院，山东济南271100）

摘要：【目的】进行小型爬壁除锈机器人工作状态受力及有限元分析，以确保小型爬壁除锈机器人安全工作。【方法】研究了

机器人的磁吸附装置及机械臂除锈装置结构，根据机器人工作状态的受力情况，分析了机器人在爬壁除锈时面临的沿壁面滑

移下落、纵向倾覆、横向翻转、钢刷摩擦力引起的机器人后轮摆动4种失效形式，计算了机器人爬壁时的最小磁吸附力，并使

用SolidWorks软件的Simulation对磁铁安装架装配体进行了有限元分析。【结果】该机器人磁吸附力最小要达到60N，磁铁安

装架的最大变形量为6.458mm，基本满足要求。【结论】研究结果对永磁铁的选型与磁铁安装架的优化设计有重要意义，本

研究可为类似产品的开发提供参考。

关键词：爬壁除锈机器人；机械设计；受力分析；有限元分析；永磁吸附

中图分类号：TP242文献标志码：ADOI：10.3969/j.issn.1672-3872.2025.09.030

0引言SolidWorks对爬壁除锈机器人各个零件进行建模和

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近年来，爬壁机器人因具有适用性、灵巧性、组装，爬壁除锈机器人整体结构如图1所示。爬壁

独特性而得到了飞速发展。爬壁机器人是一种特机器人的主要组成部分包括行走机构、永磁吸附机

种机器人，能够在空间壁面上爬行并能完成特定任构、除锈部件、动力来源部件、可视部件、控制系统

务。它可以代替人类在高空、粉尘、辐射等危险环等。车体架是爬壁除锈机器人的基础部分，用来安

境下完成特定工作。目前，爬壁机器人行业尚未完装、布置和连接其他总成。根据设计图制造样机，如

全成熟，大部分产品还是以样机或者概念产品为图2所示。

主，存在功能单一、匹配度差、效率低、稳定性低等

[1]

问题。

爬壁机器人吸附方式包括磁吸附、低压吸附、静

电吸附等。磁吸附有着诸多优点：首先，对吸附壁面

粗糙度、平整度要求较低；其次，磁吸附装置的结构

较为简单；最后，与其他吸附方式相比，磁吸附产生

1.行走机构；2.永磁吸附机构；3.动力来源部件；4.除锈部件；

[2]

的吸附力较大，工作时有效负荷也比较大。但其也5.可视部件；6.控制系统。

有缺点：首先，攀爬的壁面必须是铁磁性材料；其次，图1爬壁除锈机器人整体结构

磁性吸附力大小与距离钢制壁面成非线性反比，具体

控制磁力大小比较困难；最后，磁吸附力与钢制品表

面的漆层厚度、钢制品的铁磁性有关系。因此，在设

计爬壁机器人时，如果片面追求更强吸力，将会导致

磁吸附装置质量与体积同时增加，进而降低爬壁机器

[3]

人的有效负载及安全性、灵活性。

1爬壁除锈机器人结构

1.行走机构；2.永磁吸附机构；3.动力来源部件；4.除锈部件；

本研究设计的钢结构爬壁除锈机器人的总体设

5.可视部件；6.控制系统。

计方案遵循轻量化、小型化的原则，用三维建模软件图2爬壁除锈机器人样机

基金项目：莱芜职业技术学院教师科研课题“双质体型给料震动设备参数研究”（2020jsky03）；莱芜职业技术学院学生科研课题“钢

结构建筑槽型钢除锈机设计”（2021xsky11）

作者简介：孙贵斌