火电厂爬壁机器人研究进展

爬壁机器人能够替代人工完成高难度、高风险的高空工程作业,在舰船清洗、液化气罐检测等诸多领域已经得到广泛的应用。基于现代爬壁技术在机器人领域的实际应用,对爬壁机器人的工作原理进行了介绍,分析了真空吸附、磁力吸附、静电吸附、仿生吸附以及攀附式吸附等不同吸附技术的特点,比较了轮式爬壁机器人、履带式爬壁机器人、足式爬壁机器人等多种爬壁机器人移动机构的优缺点。最后,结合火电厂应用环境特点,重点分析了爬壁机器人在火力发电厂的应用案例,探讨了火电厂爬壁机器人的发展趋势,指出复合吸附结构与移动方式是未来火电厂爬壁机器人的发展热点。     

爬壁清洗机器人研究现状及发展趋势

爬壁清洗机器人凭借其自身的爬壁优势和多样用途,取得了飞速的发展,并被广泛应用于高空作业。通过对当前国内外关于爬壁清洗机器人应用的分析,从不同类型机器人的吸附方式、行走方式、技术应用等方面进行归纳分析,总结出不同类型机器人的优缺点,并根据当前爬壁清洗机器人的局限性,对爬壁清洗机器人未来的发展趋势提出了安全性、可靠性、轻量型及全自动化等方面的建议。     

爬壁机器人研究现状与技术应用分析

自1966年日本的A.NISHI设计出了基于负压吸附爬壁机器人样机以来,爬壁机器人技术在世界范围内得到了迅速的发展,无论从吸附方式、运动形式还是应用途径方面都有了长足的进步;在这近50年的发展历程中,形式各样的研究成果层出不穷,但是爬壁机器人研究成果的应用前景一直不容乐观,鲜有应用成果,大多处于基础研究阶段,陷入技术瓶颈中,结合国内外爬壁机器人研究现状,分析爬壁机器人研究中的技术难点,探讨未来爬壁机器人发展与应用前景。     

风电塔筒爬壁机器人吸附结构设计分析

针对风电塔筒外壁面检修困难的问题,对当前风电塔筒检修的方式、缺陷、需求进行了分析,对现有爬壁机器人的机械结构、吸附方式、主要功能进行了归纳,提出了一种可适应曲面吸附爬行的新型机器人机构。该机构可辅助或替代人工进行风电塔筒的检修,具备两个旋转自由度,采用了一种新型永磁爬壁吸附结构,可稳定吸附于风电塔筒外壁面并在壁面移动;利用Solidworks、Maxwell等软件进行了爬壁机器人的结构建模及吸附机构的吸附力仿真;对爬壁机器人在不同的失稳条件下进行了受力分析,得到了所需吸附力数值;将吸附单元仿真结果与计算所需吸附力进行了比较。研究结果表明:该爬壁机器人吸附能力符合稳定吸附要求,可以稳定吸附于风电塔筒外壁面。     

风电塔筒爬壁机器人吸附结构优化设计及试验研究

为适应风电塔筒外壁作业需要,设计了一种可自适应曲面的永磁吸附履带式爬壁机器人,并对吸附结构进行了优化。首先建立了爬壁机器人在壁面的吸附力学模型,分析了爬壁机器人永磁吸附单元所需要的最小吸附力;其次设计了永磁吸附单元的基本结构及履带上永磁吸附单元的排列方式,通过有限元软件分析了不同设计参数对永磁吸附单元吸附力和磁质比的影响,并基于响应面模型,通过多目标优化分析得到了设计参数的最优值;最后通过永磁吸附单元和整机试验验证了吸附结构优化结果的可靠性及爬壁机器人负载稳定性。     

磁隙式爬壁机器人的研制

大面积钢质表面预处理(如船舶表面除锈、大型储罐表面除漆等)专用的重载爬壁机器人设计,其技术关键是机器人的吸附效应,即吸附可靠、行走灵活。传统的爬壁机器人有两种吸附方式:真空吸盘式(其不适应重载)和磁吸式(其爬壁运行不灵活)。磁隙式爬壁机器人将真空吸盘式与磁吸式相结合,互补增强机器人的吸附效应,其磁隙结构即将磁履接触壁面吸附改为磁块单独安装不与壁面直接接触,通过调节其间隙改变磁隙效应。该机器人质量75 kg,且要重载几十米长的超高压软管和真空管,作业时管内充满水,专用于船舶表面自动化除锈等作业,实现了钢质表面用水作业,即除即干不返锈的目标。介绍爬壁机器人的设计原理、受力分析、磁隙效应和工业试验。应用表明磁隙式爬壁机器人满足了重载作业、灵活行进、吸附可靠的诸项要求。     

爬壁机器人变密度拓扑优化吸附结构研究

针对目前爬壁机器人自身重量过重、机身结构过于复杂的问题,提出一种爬壁机器人吸附结构变密度拓扑优化法.通过对爬壁机器人吸附于壁面时影响较大的主要结构部件进行三维建模,引入变密度拓扑优化法对所选用的部件在Ansys Workbench软件中进行结构优化.根据机器人工作实际情况设置边界条件和载荷,合理去除爬壁机器人主体部件中对结构强度影响不大的区域.根据优化结果重建模型并和原始结构模型进行应力分析对比,从而实现对爬壁机器人主体结构的拓扑优化.将优化后的吸附面结构与优化前的吸附面结构在ANSYS中对比,在保证爬壁机器人底板强度一致的基础上达到轻量化的目的,有助于提高爬壁机器人的灵活性和运动控制能力.     

履带式船舶除锈爬壁机器人关键机构设计

研制了一种履带式船舶除锈爬壁机器人.该机器人本体和负载质量较大,对吸附机构的驱动性能要求较高.设计了爬壁机器人吸附机构,选择了磁性材料、确定了磁路结构并实现橡胶封装;设计了爬壁机器人传动机构,选择了传动方式,确定了链条张紧装置;选择了关键驱动部件.样机试验表明,爬壁机器人结构和工艺设计合理,工作状况良好.     

爬壁机器人新型滑动式负压吸盘空气流场的数值模拟

爬壁机器人滑动式负压吸盘的吸附特性对整个机器人系统的可靠工作至关重要,空气泄漏是影响吸附特性的关键因素。目前研究的爬壁机器人吸盘结构都有摩擦力大,运动不灵活的缺点。为了提高机器人运动的灵活性,改进吸盘结构,通过模拟计算,得到不同缝隙高度下爬壁机器人滑动吸盘内空气泄漏量、压力场和速度场的分布,并对不同结构尺寸下的结果进行了比较,为吸盘结构的改进提供了依据。     

基于高压水射流的船体清洗机器人关键技术分析

从吸附结构方面对近几年的船体清洗机器人进行分类介绍,阐述了各种吸附类型的优缺点及适用的环境。在分析机器人的工作姿态和失稳形式的基础上,分析了机器人吸附性与灵活性之间的矛盾,突出了发展复合吸附式船体清洗机器人的优势,并提出可行方案。从船体清洗方式的角度阐述了环保的高压水射流清洗技术,论述了坞内高压水射流清洗与水下高压水射流清洗存在的缺陷,提出将高压水射流技术与爬壁机器人技术结合的方案。最后总结了船体清洗机器人存在笨重不灵活、清洗不环保、智能化不足等问题,展望了机器人向复合吸附、自动化清洗和编队化作业发展的关键技术。     

模块化可对接爬壁机器人

针对单体爬壁机器人越障能力低而多关节爬壁机器人壁面运动能力差的问题,提出了一种具有对接能力的模块化电磁吸附爬壁机器人设计。主要介绍了单体吸附爬壁模块、越障关节结构设计以及爬壁机器人的控制系统设计。该机器人的单个模块能够独立吸附行走,而多个模块对接后则能利用越障关节完成壁面越障。实验证明此种模块化可对接爬壁机器人爬壁性能良好,不仅能在壁面进行越障,且能够在单目视觉系统导引下实现壁面对接和分离。     

一种基于气动肌肉的新型爬壁机器人运动机构设计

运用新型的气动人工肌肉,作为动力源,为新型的爬壁机器人提供动力。通过控制无杆气缸的运动,爬壁机器人手臂可上下摆动。手臂上气动肌肉的收缩用以将机身提起,完成上升运动。该爬壁机器人的吸附方式采用传统的多吸盘吸附方式。     

永磁吸附履带式爬壁机器人转向动力特性分析

针对永磁吸附履带式爬壁机器人壁面转向过程中转向中心偏移问题,根据该类型爬壁机器人的结构特点,结合履带车辆转向理论,对爬壁机器人壁面转向条件进行分析,建立其转向动力学模型。通过实例计算,得到了爬壁机器人转向中心偏移量和所需驱动力的变化规律,分析了转向中心偏移对转向动力学模型的影响,以及载荷分散机构、磁吸附单元间隙对转向过程的影响。结果表明,转向动力学模型中忽略转向中心偏移会导致转向所需驱动力的计算结果偏大;载荷分散机构对机器人的转向影响很小,但可以改善壁面法向载荷分布;减小磁吸附单元间隙,有利于爬壁机器人的壁面转向。该分析结果为永磁吸附履带式爬壁机器人的设计和优化提供了基础。     

大型油罐爬壁机器人吸附结构的优化设计

以用于大型油罐视频检查的爬壁机器人为背景,对爬壁机器人的吸附结构进行优化设计。综合已有的吸附结构方式,结合实际应用环境,选择履带式永磁吸附方式,通过分析爬壁机器人可能的失效形式,计算得到了最小吸附力,并在仿真实验的基础上,分析比较了最小吸附单元可能的四种结构形式,确定了吸附单元最终的结构形式,计算校核该种结构形式的吸附力的可靠性。最小吸附单元包括永磁体、扼铁、隔磁块,磁吸附力大小主要受尺寸、结构布局的影响,利用SolidWorks建立最小吸附单元的三维装配模型,将装配模型导入ANSYS Workbench中,对模型进行磁场分析得到其磁通密度云图和磁吸附力云图,将分析结果进行比较选择,确定理想模型吸附力的大小,最终通过试验制造,验证吸附结构的真实承载情况。     

滑动式爬壁机器人负压吸附机构低能耗设计

为解决目前滑动式爬壁机器人能耗效率低下的问题,将低能耗设计技术应用到负压吸附机构设计中.开展了机器人安全吸附、负压吸附机构流体力学分析,得到了机器人工作负压、流量与吸盘尺寸、密封裙尺寸的关系,建立了机器人总体能耗与机器人尺寸之间的关系,并提出了应用现代计算流体力学方法,在负压发生器即离心风机上进行了流场仿真,对其特性进...     

爬壁机器人力学分析与实验研究

目的：由于控制负压吸附爬壁机器人的负压差对机器人安全、运动性能、机械设计的参数选择和机器人系统的功率控制有着极为紧密的关系,对机器人的负压吸附动力学过程进行了深入的分析。方法：运用键图理论建立了爬壁机器人负压吸附动力学过程模型并对其进行了仿真分析。文章首先针对爬壁机器人的特点,对负压吸附系统的技术要求进行了详细分析,利用计算流体力学方法设计了新型的负压吸附系统;在对负压吸附系统进行合理的假设和流体力学分析的基础上,运用键图理论针对不同物理域具有参数等效的特点,把负压吸附流体系统参数等效为机械动力学中的力、位移、刚度和阻尼,负压吸附动力学模型等效为一阶的机械系统,建立了键图模型,应用20sim软件进行仿真。结果：仿真结果显示爬壁机器人负压吸附过程在负压形成过程中是一阶响应过程。结论：最后进行了试验测试,实验结果表明了所建立模型的正确性。     

基于章鱼吸附机理的爬壁机器人吸附技术

章鱼吸盘具有较强吸附力和较低的能量消耗,其吸附机理对爬壁机器人吸附技术具有重要的借鉴作用。主要论述章鱼的吸盘结构和吸附机理,为研究学者提供了章鱼吸附的基础理论,促进中国爬壁机器人吸附技术的研究与发展。     

立式金属罐容积检定爬壁机器人本体设计

介绍一种用于对立式金属罐容积检定的爬壁机器人设计方案。该爬壁机器人具有永磁吸附方式组成的吸附系统和四轮驱动式的轮式移动机构,其吸附系统镶嵌在轮式移动机构的车体中,且和壁面非接触。这种设计改进了传统爬壁机器人机械结构中存在的转向困难和容易对油罐壁造成损坏的缺陷,同时对其稳定性及可靠性进行了力学分析,并对总体控制系统设计进行了说明。着重阐述了直流电机与减速器的选型以及以AT89C51微控制器为核心构成的下位机硬件控制电路和相应的软件设计方法。     

爬壁机器人结构设计及曲面磁力吸附关键技术研究

针对大型罐壁的检测问题,提出一种新型履带爬壁机器人,可实现对罐壁快速准确地检测,弥补了人为检测速度慢、时间周期长的缺点。文章首先对爬壁机器人进行机构设计介绍,然后基于ANSYS软件对机器人进行磁力吸附仿真,得到了磁感应分布图,并通过改变机器人与壁面距离得出磁力的曲线,而后通过实验对机器人进行负载吸附,从而证明磁力吸附的可靠性。     

一种可越障的爬壁机器人

综合爬壁机器人的特点以及应用场景,设计出一种可翻越多种障碍特征的爬壁机器人。该机器人通过双节式机体设计与吸附机构设计、移动机构设计以及翻越机构设计实现了爬壁功能,可应用于多种高空作业领域。