水轮机叶片修复机器人的移动平台

设计一种具有曲面自适应功能的、用于水轮机叶片坑内修复机器人的爬壁式永磁吸附移动平台。对移动平台设计中须解决的移动灵活性和吸附能力间的矛盾及复杂空间曲面自适应问题进行分析。为解决移动和吸附的矛盾,提出永磁非接触吸附轮式移动方案。移动平台采用差动驱动的轮式移动机构,吸附力由和壁面非接触的、具有一定气隙的多个永磁吸附装置提供。各吸附装置通过具有3转动自由度的曲面自适应机构和移动机构底盘连接,这使移动平台可用于表面是复杂空间曲面的水轮机叶片表面。研制移动平台样机,试验结果表明移动平台负载能力强,超过80 kg,可原地转向,运动灵活性好,具有较好的复杂空间曲面自适应能力,能够满足水轮机叶片坑内修复的需要。     

可自适应变曲率立面的分体柔性爬壁机器人设计与分析

为解决传统爬壁机器人在复杂大型金属立面上的变曲率自适应问题,以履带与曲面的有效接触为出发点,分析在自适应曲面运动时履带式移动构型的姿态变化规律,提出一种基于分体柔性履带移动与间隙式永磁吸附的自适应爬壁机器人;建立多状态下移动模型,分析机器人在变曲率立面移动及焊缝越障过程中利用自身姿态变化实现自适应的运动特性;构建间隙式永磁吸附模型,利用参数化仿真分析了壁厚、磁隙等对吸附能力的影响;通过样机平台试验表明,机器人能以合理的运动姿态实现在变曲率立面上的大负载灵活可靠运动,具有较好的变曲率自适应能力及越障能力.     

爬壁机器人结构优化设计与吸附力分析

为适应油罐外壁危险作业需要,设计了一款具有有效吸附力和灵活移动能力的新型轮式永磁吸附爬壁机器人。为满足爬壁机器人吸附力平稳并具有负载能力的要求,对爬壁机器人进行静力学分析和动力学建模,得到爬壁机器人在壁面运行的安全吸附力,以保证不发生滑移和倾覆。利用有限元软件分析了磁吸附系统磁铁与壁面间距离、轭铁厚度和磁铁之间距离等结构参数对吸附力的影响规律,并获得最佳结构尺寸。通过实验装置对吸附力进行验证,结果表明实验结果与仿真结果的变化趋势基本一致,为后续的模型制作和改进提供了参考。     

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。     

复杂曲面水轮机叶片坑内修焊爬壁机器人的设计

为了实现三峡等大型电站水轮机叶片坑内修焊,设计了一种具有特殊永磁体布置方式的新型轮式爬壁机器人.该机器人采用差动驱动的轮式移动机构.机器人的永磁体围绕车轮集中、对称布置,使得机器人在叶片曲面上能保持稳定的吸附力.实验结果表明所研制的样机在叶片上吸附稳定,移动灵活,能满足水轮机叶片坑内修焊的要求.     

双向清洗系统研究及其在爬壁机器人上的应用

针对建筑物玻璃幕墙的清洗要求和目前机器人只能单向清洗作业的实际情况,开发了一种与爬壁机器人配套使用、具备双向作业及污水回收净化循环利用功能的清洗作业系统,大幅提高了作业质量、作业效率和节能环保性能.清洗系统不但适用于已有的爬壁机器人,也可与具有较强吸附运动功能及壁面适应能力、但在垂直于壁面方向有一个移动自由度的轮腿式爬壁机器人配套使用.开发了用于清洗系统与机器人集成的高度自适应弹性连接机构,实现了清洗系统恒压越障、恒压作业功能,且作业范围进一步扩大至弧形壁面,最后给出了该清洗系统与连接机构在轮腿式爬壁机器人上的应用示例.     

基于Ansoft的爬壁机器人吸附装置分析及设计

为了满足风力发电机检测的爬壁机器人在竖直塔筒外壁面安全吸附、移动平稳自如、具备一定的负载能力,设计了一种新型永磁吸附装置。根据Ansoft软件进行永磁铁磁场分析,确定吸附单元的最佳形状、尺寸参数,以及不同间隙下的吸附力变化规律,根据结果设计了一种磁能利用率极高的磁吸附装置,保证机器人在壁面运动时具有足够大吸附力的同时,吸附装置自身体积质量最小,符合爬壁机器人自身重量尽量轻的要求。     

水冷壁爬壁机器人导向防倾覆装置

针对水冷壁爬壁机器人运动中的倾覆问题,提出了1种导向防倾覆装置。在水冷壁特殊壁面工作情况下,对机器人进行静态受力与稳定性分析,得到其能在壁面不发生下滑和倾覆的安全吸附条件。介绍了永磁间隙式导向防倾覆装置的工作原理。对间隙式永磁导向防倾覆装置磁路结构,采用Halbach永磁直线阵列的磁路设计,并在Ansoft Maxwell软件中对该装置进行了仿真分析和结构优化。现场实验表明,装有间隙式永磁导向防倾覆装置的爬壁机器人运行稳定可靠。     

船体弯翘曲面行走系统静力学建模与实验分析

选用履带磁吸附方式作为在船体壁面运动的载体,通过分析履带上的吸附单元在弯翘壁面上的贴合状态,结合曲线拟合的方法,在该载体上加装两组被动弹性阻尼自适应机构,建立和验证该载体在船体弯翘曲面上的静力学吸附模型,分析吸附力与运动倾覆之间的关系,同时根据上述理论按一定比例设计制造出该行走系统进行带负载、船体壁面爬壁等实验,通过分析行走系统实际吸附状态与效率,船体壁面爬壁状态,验证理论分析的正确性。经实验,表明行走系统吸附力稳定,吸附单元的吸附效率较高,不仅能够在船体复杂曲面上运动,还能在船体弯翘曲面上运动,同时在船体壁面上运动时,自适应机构能有效地控制链条的吸附模块紧贴在壁面上运动,说明自适应机构有一定的曲面自适应能力,整个行走系统的设计是合理可靠的。     

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。