Des aimants dans des robots grimpeurs
Les robots grimpeurs sont des systèmes conçus et dotés d'un type de mécanisme qui leur permet de couvrir une distance verticale le long de la texture rugueuse, du béton, des métaux et même du verre ou des murs. Ceux-ci ont des mécanismes adhésifs grâce auxquels ils peuvent se fixer au mur et peuvent effectuer les opérations ou fonctions requises. Ces robots ont de nombreuses applications comme la surveillance, le nettoyage, l'inspection et la maintenance dans les industries et autres secteurs. Ils peuvent effectuer facilement les tâches dans les endroits ou conditions critiques où les humains ne peuvent pas travailler en raison des risques et dangers pour la sécurité. Les principaux éléments des robots grimpeurs sont les actionneurs, les capteurs et les systèmes de contrôle. Les capteurs sont utilisés pour détecter la texture des surfaces, les obstacles et autres objets. Les actionneurs sont les dispositifs qui aident à régler la direction, la vitesse et la puissance à manipuler. Les systèmes de contrôle contrôlent les fonctions, planifient le chemin et évaluent la structure de la surface.
Importance:
Les robots grimpeurs sont utilisés pour l'entretien et l'inspection des bâtiments et des industries. Il existe certains types de machines ou d'équipements complexes dont l'entretien n'est pas possible et nécessite beaucoup de soin et d'efficacité. Mais avec l'aide des robots grimpeurs, l'entretien de machines telles que des turbines, des navires, des avions, des chars militaires et d'autres équipements devient facile. L'homme ne peut pas entrer dans l'emplacement ou grimper sur les immeubles de grande hauteur ou les gratte-ciel et les éoliennes. Mais les robots grimpeurs peuvent aller grimper sur les gratte-ciel et les immeubles de grande hauteur pour détecter les fissures, les dommages et autres corrosions et à des fins d'entretien. L'homme ne peut pas travailler dans un environnement ou un endroit où il y a plus de dangers et de risques pour sa santé, donc les robots grimpeurs peuvent y travailler et effectuer leurs tâches efficacement car l'environnement dangereux n'a aucun effet sur les robots.
Les coûts d'exploitation et de maintenance des établissements industriels et commerciaux ont été réduits car avec l'utilisation de robots grimpeurs, les grues et les outils d'échafaudage ne sont pas nécessaires. Les tâches sont effectuées efficacement et avec précision avec ces robots grimpeurs. La détection des fuites, des fissures et des radiations nocives des centrales nucléaires, thermiques et chimiques peut être effectuée facilement avec les robots grimpeurs. La surveillance des systèmes qui nécessitent une surveillance constante peut être parfaitement effectuée avec ces robots. Ces robots jouent un rôle important dans le nettoyage des vitres, des fenêtres et des panneaux solaires installés sur les immeubles et structures de grande hauteur. Étant donné que la main-d'œuvre humaine ne peut pas nettoyer efficacement les fenêtres ou les panneaux solaires des gratte-ciel et consomme plus de temps pour cette tâche, il existe également des risques de danger ou de préjudice. Cela signifie que ces robots ont rendu le processus de nettoyage plus facile et moins coûteux. Les robots grimpeurs jouent un rôle très important dans les secteurs militaires, ils peuvent être utilisés pour la surveillance et peuvent s'infiltrer dans la zone dangereuse et risquée et peuvent obtenir des informations confidentielles. Les chercheurs et les ingénieurs travaillent sur l'intégration de l'intelligence artificielle avec des robots d'escalade afin qu'ils puissent être utilisés pour l'exploration et l'observation de rochers ou de surfaces montagneuses dans l'espace ou sur d'autres planètes. Ces robots pourraient être utilisés pour souder et peindre sur les pentes et les surfaces irrégulières des bâtiments.
Décrivez brièvement comment la technologie magnétique permet le mouvement vertical.
Les aimants sont utilisés dans les robots d'escalade pour produire une attraction entre les robots et les parois métalliques (acier, fer, fonte). Grâce à ces aimants, ils peuvent facilement adhérer aux surfaces métalliques de la structure ou des bâtiments. Les électroaimants et les permanents ou la combinaison d'aimants permanents ou d'électroaimants sont utilisés dans ces robots pour la production de force d'adhérence ou d'attraction. L'adhérence ou la force d'attache entre la surface et le robot est assurée et maintenue à l'aide d'un champ magnétique puissant. La variation du champ magnétique affecte l'attache ou l'adhérence. Ces robots peuvent travailler efficacement sur les surfaces verticales ainsi que sur les surfaces inclinées.
Comment fonctionnent les robots grimpeurs ?
Le fonctionnement des robots d'escalade est basé sur le mécanisme avec lequel ils peuvent se fixer à la surface inclinée ou verticale et effectuer le travail assigné à l'aide d'un système de contrôle, de capteurs et d'actionneurs. Il existe différents types de systèmes d'adhérence ou de fixation tels que l'aimant, l'aspiration, l'électro, les griffes inspirées de Gecko et les griffes mécaniques utilisés pour ces robots.
Présentez différentes méthodes de fixation. Concentrez-vous sur l'application des aimants permanents et des électro-aimants dans la fixation magnétique.
Electro-adhésion
Dans ce type de fixation, les forces électrostatiques sont utilisées pour produire l'adhérence ou l'attraction entre la surface et le robot. Les forces électrostatiques telles que les forces de Coulomb sont produites à l'aide d'un champ électrique. La fixation par électroadhérence convient aux surfaces en verre, en bois et en puits sec. Cette fixation dépend entièrement de l'alimentation électrique continue car les robots se fixent à la surface jusqu'à ce qu'il y ait un champ électrique constant.
Attachement bio-inspiré :
Cet accessoire fonctionne avec les forces de Van der Waals produites par la microstructure des pattes de gecko. Les aimants, l'électricité et tout autre matériau de liaison ne sont pas nécessaires dans cet accessoire. Il convient aux surfaces sèches, rugueuses, lisses et humides, mais la résistance diminue en raison de la présence de particules de saleté.
Adhésion à pression négative :
Ce type de fixation ou d'adhésion est produit entre le robot et les surfaces à l'aide du vide ou de la dépression. L'environnement de vide à dépression est produit à l'aide d'une pompe à vide. Ceci convient aux surfaces non poreuses et lisses (marbre, verre et métal revêtu de surface).
Méthode de fixation hybride :
Dans cette méthode de fixation, différentes méthodes d'adhésion telles que l'électro, le magnétique, l'aspiration et la méthode mécanique sont utilisées pour créer l'adhésion entre le robot et la surface. Elle est utilisée pour les surfaces métalliques et rugueuses.
Fixation mécanique des griffes :
Dans cet accessoire, les griffes, la pince et les crochets des robots aident à se fixer à la surface. Cet accessoire ne convient qu'aux surfaces rugueuses (fissures, saillies et texture irrégulière).
Fixation ou adhésion magnétique :
Dans ce mécanisme, les aimants temporaires (électro) et permanents (terres rares ou autres) sont utilisés pour produire l'adhérence entre les surfaces électromagnétiques ou métalliques et les robots. Ceci est réalisé grâce à la génération d'un champ magnétique par des aimants. Cette fixation du robot grimpeur de murs n'est adaptée et efficace que pour les surfaces en métaux comme l'acier, le fer et les matériaux ferromagnétiques. Cela ne peut pas être utilisé sur la surface de corps non métalliques. Les robots grimpeurs de murs contenant une fixation magnétique sont largement utilisés pour l'inspection et la maintenance des réservoirs en acier de grande taille, des navires, des ponts et des structures constituées d'acier ou d'alliages de fer.
Types d'aimants utilisés.
Les aimants largement utilisés dans la fixation magnétique des robots d'escalade murale sont des aimants permanents en raison de leur fiabilité et de leur force magnétique la plus élevée.
Aimants SmCo (samarium cobalt) :
En raison de propriétés uniques telles qu'une résistance élevée à la corrosion et une stabilité aux conditions de température élevée, ces aimants sont utilisés dans les robots d'escalade murale.
Aimants NdFeB (Néodyme Fer Cobalt) :
Les aimants en néodyme fer cobalt produisent un champ magnétique très puissant et très performant, raison pour laquelle ils sont utilisés dans des types spécifiques de robots comme les robots d'escalade. La force magnétique des aimants est supérieure à celle des aimants en samarium cobalt.
Électroaimants :
Lorsqu'il est nécessaire de fixer ou d'adhérer temporairement ou de manière contrôlée les robots d'escalade murale, des électroaimants sont utilisés. La force de fixation peut être ajustée en fonction de la variation du champ magnétique des électroaimants. La quantité d'énergie constante est requise pour le système de fixation des robots d'escalade murale. Il existe deux types d'électroaimants : les électroaimants à courant alternatif et les électroaimants à courant continu. Dans les électroaimants à courant alternatif, le courant alternatif est utilisé et ceux-ci ne peuvent pas être utilisés dans les endroits éloignés où l'alimentation en courant alternatif n'est pas disponible. Dans les électroaimants à courant continu, le courant continu est utilisé et ceux-ci peuvent être utilisés dans n'importe quel endroit.
Combinaison d'aimant permanent et d'électroaimant
La combinaison d'un électroaimant et d'un aimant permanent est utilisée pour les robots d'escalade murale afin d'obtenir des propriétés telles qu'une force magnétique élevée et le contrôle d'un champ magnétique variable. Grâce à ces aimants, la force de fixation des robots d'escalade murale peut être modifiée en fonction des besoins. Les avantages des électroaimants et des aimants permanents sont exploités par cet aimant hybride.
Aimants flexibles :
Les aimants flexibles sont des aimants dotés de feuilles magnétiques de type caoutchouc et adaptés aux surfaces irrégulières et largement utilisés lorsqu'une adhérence flexible est nécessaire.
Contrôle de la fixation et de la libération par électroaimants.
Les électroaimants sont utilisés dans le système de fixation ou d'adhésion des robots d'escalade murale pour contrôler la fixation et le détachement des robots d'escalade murale aux surfaces. Le contrôle se fait par variation de courant et il est fixé à la surface lorsque le courant est présent et il est détaché lorsque l'alimentation en courant est coupée.
Applications dans l'industrie.
Les électroaimants sont utilisés dans les robots d'escalade murale pour l'inspection des navires, des réservoirs (stockage) et des ponts en raison de leur fonctionnement flexible. Ces aimants sont également utilisés pour effectuer des opérations de sauvetage et de surveillance. La maintenance des centrales électriques et des usines est effectuée à l'aide de robots d'escalade à base électromagnétique.
Applications des robots grimpeurs dans l'inspection, le nettoyage et la maintenance industrielle.
Les fissures et les dommages dans les réservoirs de stockage, les ponts et les canalisations sont détectés à l'aide de robots grimpeurs. Les robots grimpeurs peuvent se déplacer et prendre des photos des pièces concernées, telles que celles corrodées ou endommagées. Les données fournies par les robots grimpeurs sont en temps réel et précises. Le nettoyage des centrales électriques et d'autres machines complexes peut être effectué de manière parfaite et efficace.
Utiliser dans des environnements dangereux pour garantir la sécurité.
Dans les centrales chimiques et nucléaires, des radiations et des gaz nocifs et dangereux se dégagent. Ces gaz et radiations sont très nocifs pour les travailleurs humains. Ainsi, les opérations et les tâches peuvent être réalisées facilement et efficacement avec des robots grimpeurs.
Avantages de la technologie magnétique.
La technologie magnétique des robots présente de nombreux avantages et bénéfices.
Forte adhérence et fiabilité :
Ces aimants confèrent aux robots d'escalade une forte adhérence qui leur permet de se fixer parfaitement aux murs. La fixation ne nécessite aucun outil ou instrument mécanique.
Efficace:
Les fixations à aimant permanent des robots d'escalade murale ne nécessitent pas d'apport d'énergie et offrent une fixation à haute résistance.
Fixation et retrait faciles
La fixation/détachement magnétique des robots d'escalade est facile et peut être réalisé en très peu de temps.
Pas de bruit ni de vibration :
La technologie magnétique des robots a rendu le fonctionnement moins bruyant et sans vibration.
Léger et compact :
La conception des robots est devenue compacte et légère.
Travailler dans un environnement dangereux :
Les robots dotés de la technologie d'adhérence magnétique peuvent effectuer des tâches et des opérations dans des environnements dangereux et nocifs.
Contrôle précis :
La technologie de fixation électromagnétique des robots d'escalade murale peut contrôler la fixation et le détachement en fonction des exigences.
Défis et limites
Les électroaimants utilisés dans les robots d'escalade présentent certains problèmes et défis. Certains de ces problèmes sont que ces types d'aimants ont besoin d'une alimentation électrique et consomment de l'énergie. Il faut donc utiliser des électroaimants permanents. L'autre défi est la génération de chaleur qui diminue l'efficacité. La stabilité ou l'alimentation électrique continue du système est également un défi. Le condensateur ou les régulateurs peuvent être utilisés. Les électroaimants ont besoin de plus de puissance pour augmenter le champ magnétique.
Optimisation des performances des aimants
Les performances des aimants utilisés dans les robots d'escalade peuvent être optimisées par différentes approches. Les robots doivent être équipés de capteurs pour détecter le type de surface afin d'ajuster la force magnétique appropriée et de renforcer l'adhérence entre les murs et le robot. L'énergie libérée pendant le processus doit être réutilisée pour charger la batterie. Un mécanisme de fixation de secours doit également être présent dans le robot afin qu'en cas de défaillance du système de fixation magnétique, il puisse fonctionner. Des matériaux légers doivent être utilisés pour que la conception soit compacte.
Développement futur
Les robots d'escalade peuvent être rendus plus efficaces et plus parfaits pour effectuer des tâches telles que le nettoyage, l'entretien et la surveillance en améliorant le mécanisme de fixation magnétique. Les aimants à force magnétique plus élevée et aux propriétés uniques doivent être utilisés. Il est nécessaire de travailler sur la conception de matériaux magnétiques efficaces pour ce type de robots. La technologie magnétique hybride dans laquelle deux ou plusieurs types de méthodes de fixation sont utilisés comme le vide et le magnétique, l'électro-aimant permanent et l'aimant et l'inspiration gecko peuvent être développés et utilisés pour des robots d'escalade efficaces.
Conclusion
Les robots grimpeurs sont largement utilisés pour différents types d'applications comme la surveillance des processus, la maintenance des machines et des centrales électriques, le nettoyage des immeubles de grande hauteur et la surveillance des lieux liés à la sécurité. Les aimants ont rendu la fonction de ces robots très efficace, fiable et économique. Les robots avec mécanisme de fixation magnétique ne peuvent être utilisés que pour les surfaces métalliques. Des recherches plus poussées sur le développement de la conception des aimants pourraient contribuer à rendre les robots grimpeurs plus efficaces et plus utiles pour l'homme dans l'exécution de ses tâches dans un environnement dangereux.
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