郭登辉 陈 原

山东大学机电与信息工程学院，威海，264209

0 引言

长期的海水锈蚀以及大量海洋生物附着和侵蚀将降低石油管道的承载能力，严重影响管道的使用寿命，所以对管道的清理已成为保证管道使用寿命和安全生产的重要方法。机器人清理技术以其高效的作业效率、较强的适应能力和安全的生产模式使机器人清理技术具有广泛的应用前景。

管外攀爬机器人是水下作业的载体。铁质管道管外攀爬机器人主要是永磁吸附式攀爬机器人，按吸附方式可分为接触式和非接触式。目前，国内外学者对永磁吸附攀爬机器人的研究已经有了一定的成果[1-11]。接触式磁吸附管外攀爬机器人虽然结构简单且能够提供稳定的磁吸附力，但无法克服永磁吸附机器人的运动灵活性与吸附力之间的矛盾。非接触式变磁吸附攀爬机器人虽然可以通过调节磁隙的方法克服运动灵活性与吸附力之间的矛盾，但是对于复杂的曲面，由于磁铁的固定形状会造成磁吸附力的剧烈变化，导致磁能利用率降低和负载能力受到限制，无法满足不同直径和重载下的作业要求。

磁吸附单元的优化设计方法有对比分析法和一阶优化方法[12-15]。对比分析法可以通过单一变量寻找磁吸附单元的最优尺寸和排布方式，但由于磁铁宽度的变化会对单位体积的磁吸附力的极值和波动幅度等多个参数有影响，所以通过控制变量进行对比分析的方法不能得到最佳磁铁宽度；……