大型球罐容器焊缝识别与检测爬壁机器人设计

提出了一种用于检测大型球罐容器焊缝的爬壁机器人设计方案。针对球罐容器的检测环境,对爬壁机器人工作情况进行力学分析,确定爬壁机器人应具有非接触式永磁吸附的吸附结构和履带式移动的结构。设计了爬壁机器人硬件控制系统,实现远程控制爬壁机器人对焊缝图像的采集。提出一种焊缝图像提取算法,对尺寸长400 mm×宽400 mm×高30 mm,表面焊缝宽2 cm的焊缝试块进行采集分析。结果表明,爬壁机器人能够识别2 cm宽的焊缝区域,对单幅焊缝图像的平均处理时间为47 ms,满足实时性的要求。     

基于单片机的轮式机器人控制系统

设计了一种基于单片机的轮式机器人导航控制系统，介绍了系统的工作原理和结构。运行试验表明，导航控制系统工作稳定可靠，满足轮式机器人的运行要求。     

爬壁机器人吸附方法研究综述

科技的快速发展与爬壁机器人技术的应用需求使得爬壁机器人获得广泛关注。吸附方法作为爬壁机器人稳定吸附、敏捷运动、提升载荷的关键技术模块，对于提升爬壁机器人的整体性能至关重要，同时吸附方法的改进与提升能够进一步促进爬壁机器人的小型化和轻量化。对爬壁机器人现有吸附方法进行了分析和总结，提出并分析了爬壁机器人吸附方式关键技术，包括吸附方式与运动方式的权衡、关键零部件定制化设计、理论分析及仿真分析支撑下的优化设计、新材料的研发与制备工艺流程简化，对爬壁机器人吸附方法小型化、轻量化、大载荷的发展趋势做出展望。     

一种轻型多足爬壁机器人的设计

运用蠕虫爬行原理，设计了轻型多足爬壁机器人，采用多组真空吸盘将机器人吸附在墙面上，配以主气缸完成其行走功能，从而达到沿管壁行走的目的。该机器人主要用于大型火力发电厂排管锅炉的水冷壁管的检测。     

焊缝磁粉检测图像自动分拣系统的设计与应用

定期对球罐等承压设备的焊缝进行磁粉检测是保障其安全的重要措施,发展基于爬壁机器人的磁粉检测系统是球罐自动检测作业的重要方向。爬壁检测机器人携带有视觉传感器,可实时采集磁粉检测结果。故,磁粉检测图像的快速自动缺陷分析是实现爬壁检测机器人的重要研究基础。通过图像像素分析法,对视觉传感器收集的实时图像进行自动识别,并将图像快速自动分拣归类到无缺陷、有缺陷及可疑图像等3个文件夹,以协助磁粉检测人员快速识别焊缝缺陷。     

具有良好壁面过渡能力的新型爬壁机器人动力学建模与分析

不同类型的环境和凹凸不平的壁面对爬壁机器人的平稳性和可靠性提出要求,设计一种轮足式永磁吸附检测风力发电机故障的爬壁机器人,该机器人具有一定的负载能力、越障能力、灵活可靠等特点,可以实现水平壁面到竖直墙壁的交互式过渡。根据永磁吸附爬壁机器人运动原理,设计其机械结构并建立机器人沿风力发电机塔筒向上、向下以及悬壁面3种姿态的力学和运动学模型,运用Matlab/Simulink软件,对爬壁机器人在不同位置下瞬时启动的加速度进行仿真,最后利用ADAMS软件对爬壁机器人壁面越障进行了实验仿真。样机实验及仿真实验结果表明:该新型爬壁机器人在运行中平稳可靠,能够很好地实现壁面平稳过渡,为爬壁机器人在实际作业中平稳运动提供了理论依据。     

一种无损检测用的新型微机器人

在蚯蚓蠕动原理的基础上研制了一种微型气动式机器人，其蠕动机构由两个柔性保持器和一个推进器组成。微机器人通过膨胀的气囊与管道壁接触，有较高的柔软性和非破坏性，可用于管道的无损检测。     

基于导航路径约束的多模块柔性检测机器人运动规划研究

连续体机器人运动规划复杂且控制精度低是制约其深入研究和快速应用的重要难题。基于几何分析法对连续体机器人进行运动学建模研究，构建关节空间与末端笛卡尔空间的映射模型，在此基础上对其工作空间进行分析。为满足柔性检测机器人在狭小空间的快速介入和准确探测需求，提出一种基于导航路径约束的机器人运动规划方法，以连续体机器人各弯曲单元前后端点与理想轨迹间的最小距离作为目标函数，通过逆向递推的方法逐节求出各弯曲单元关节参数，从而控制机器人沿着预设导航路径进行介入运动。最后分别通过平面C形弯曲曲线和空间路径的运动规划仿真实验对所提路径规划算法进行验证，同时研究该规划方法下机器人关节长度及单元个数变化时机器人的跟随效果。仿真结果表明：所提运动规划方法能够有效控制连续体机器人沿着预设路径进行介入运动，并具有较高的控制精度和较强的适应性。     

基于机器视觉的室内移动机器人导航偏转角的确定

室内移动机器人需要在结构化的环境中定位和导航。常用的方法是采用电子罗盘获得机器人的偏转角。但是电子罗盘极易受到磁干扰。为此,提出了采用图像识别技术来获取机器人的导航偏转角。首先,利用机器人上搭载的摄像装置获取原始图像,进而提取图像中特定颜色分量;然后,利用改进的霍夫变换算法检测机器人正向矢量;最后,获得正向矢量与北向矢量间的夹角数据值。实验结果表明,该文所提出的基于机器视觉的确定室内移动机器人导航偏转角的方式可以避免硬磁干扰,具有较高的精度,保证准确性、实时性。     

大型承压设备多功能检测系统研制

当前对在役球罐进行定期检测时,需在球罐内外搭建脚手架,由人工操作无损探伤设备完成检测。检验人员工作量大,且检测效率低。因此,研制出满足于现场条件的自动检测系统代替人工检测十分必要。本文作者在对国内外爬壁和检测机器人的研究现状进行归纳和总结的基础上,提出了一种适用于大型球罐的爬壁检测机器人。该机器人能够实现宏观视频检测、超声测厚、磁粉检测等功能,能够提高工作效率,降低工人劳动强度,具有较大的应用前景。     

高压输电线涡流检测机器人的研制

探讨利用涡流法检测输电线损伤状况的可行性,在设计传感器、信号处理电路及遥控遥测装置的基础上构造完成了涡流检测机器人系统,并利用计算机数据采集系统实现了输电线损伤的自动在线检测与离线分析。     

利用地磁场检测钢球表面裂纹的可行性研究

通过对国内外磁性无损检测技术的研究,提出了用地磁场磁化钢球来检测钢球表面及近表面裂纹的想法、方案及其实现系统。提供了实现低价、高灵敏度、微型化磁检测的可能性。     

石油管道的高速检测与缺陷识别

漏磁探伤法结合磁通量检测法可检出管全内、外壁及内部各种缺陷,描述检测图形曲线。通过长期检测数据积累,将有缺陷的和经过解剖对比的石油管道图形曲线资料输入计算机作为缺陷类型模板。检测中由计算机分析缺陷信号,与反比较,识别、分选出对油井有严重危害的管道。     

水下焊接机器人磁块单元的优化设计

磁路设计是爬壁机器人的关键技术之一,针对一种新型水下移动焊接机器人的柔性履带吸附与张紧问题,提出一种既可增加机器人负载能力,又能实现履带非接触式张紧的新型双磁路磁块单元结构。运用有限元方法,建立了该磁块单元的数值计算模型,研究了永磁体、轭铁及铝块等因素对磁块单元吸附力的影响,分析了磁块单元周围的磁场分布,对其关键结构参数进行了分析和优化设计,使磁块单元能够为机器人提供较强的吸附力与合适的张紧力。通过试验表明,仿真计算结果与实际测试结果基本相符。     

智能化管道漏磁检测装置的研究

介绍油气管道漏磁检测的基本原理以及在线检测装置的工作原理和结构，该系统具有检测速度快、效率高等特点，对管道维护具有重要的意义，该装置现已投入使用，并取得了一些实测数据，初步鉴别了某些缺陷，取得了一定成效。     

一种新型磁吸附履带式攀附机构的设计与试验

针对传统磁吸附攀爬机器人攀附力较小、带载能力差的问题,研究高攀附力/自重比磁吸附履带式攀附机构的设计与制造方法。提出一种新型磁吸附履带结构设计方案,研制攀附机构样机并进行性能测试研究。基于ANSYS有限元分析,对比分析4种Halbach磁铁阵列单元的最佳组合模式,实现了轻量化设计的攀附机构,有效提高了磁铁阵列单元的吸附力与自重比。为了实现磁铁阵列在攀爬机器人系统中的应用,融合链条传动和同步带传动方式,设计一种履带式攀附机构,并将它用于磁吸附攀爬机器人系统,完成了垂直攀爬和倒置攀爬运动,最大吸附力/自重比可达2.54。     

斜轧缺陷的漏磁检测

无缝钢管表面的斜轧缺陷，因位于漏磁纵横向检测机组的盲角区域，检测灵敏度低，容易漏检，通过改变检测传感器－探靴内检测线圈的轴向夹角，提高了斜轧缺陷的检测灵敏度，同时对斜轧缺陷漏磁检测的机理进行了研讨。     

永磁吸附履带式管外爬行机器人的力学分析及运动仿真

为提高管外机器人的负载能力与越障能力，设计一种永磁吸附履带式管外爬行机器人。建立机器人在管道上的静力学和动力学模型，得到机器人在轴向和周向稳定运动时的吸附力条件。利用Ansoft Maxwell对比分析磁性履带组中永磁铁2种不同布局方式，选定合适的布局方式并计算该布局方式下磁性履带组在轴向和周向运动时能够提供的吸附力，验证了磁性履带组设计方案的合理性。最后基于ADAMS进行了运动仿真，得到越障过程中质心变化规律，验证了机器人具有良好的越障性能。     

D6A+20钢自动焊焊缝射线检测及裂纹成因分析

针对D6A 20钢异种金属机器人自动焊焊缝质量的射线检测问题,从焊接结构入手,合理安排射线检测工艺,在缺陷评定中排除焊缝成形干扰,实现了该椭圆多层焊缝的高质量检测和缺陷的准确定性.并分析了焊缝中裂纹产生在焊接性能良好的20钢根部的机理,其原因是D6A与20钢的厚度和抗拉强度差异太大,导致在焊接应力和拉伸应力的作用下,在20钢焊缝根部区域沿熔合线方向产生焊接裂纹.根据分析结果,改进焊接工艺后,裂纹得到了有效的控制.     

一种基于磁力吸附的焊缝打磨爬壁机器人设计

设计一种新型的船体爬壁机器人,用来对大型轮船侧壁的焊缝进行打磨,改变了依靠人力打磨作业的方式,不仅提高了工作效率,而且大大降低了安全事故的发生。该机器人包括行走机构、吸附机构和焊缝打磨执行机构。针对爬壁机器人在不同的极限工况下,建立静力学模型,分析爬壁机器人出现滑移失效、横向倾覆失效、纵向倾覆失效、脱离失效时的极限磁吸附力。使用Ansys Electronics Desktop-Maxwell对永磁体进行仿真和结构优化,使之满足所需的磁吸附力。搭建出样机后,对机器人进行性能测试、磁吸附力测试和焊缝打磨测试。结果表明：该机器人不仅焊缝打磨效果好,而且工作性能稳定。