磁吸附系统的磁力仿真计算与测试

针对擦窗机器人的吸附问题,设计了用于擦窗机器人的双面磁吸附系统中的磁路,应用ANSYS软件对磁路进行了建模、仿真和磁力计算,得出了磁路的磁感线分布规律及吸附磁力,并进行了磁力测试,结果表明,ANSYS数值算法得到的吸附磁力大小与其测量值的误差较小。通过MATLAB软件对磁体间相对距离与吸附磁力的仿真值、测量值的关系进行了曲线拟合,结果表明,随着磁体间相对距离的增大,吸附磁力的仿真值与测量值均逐渐减小,仿真值与测量值的变化规律大致相同。该吸附系统可用于一定厚度范围的玻璃,且可通过改变磁体间相对距离来调整吸附磁力。     

大型承压设备爬壁机器人磁桥设计和试验研究

针对大型承压设备轮式爬壁机器人磁轮吸附力不足的问题,对爬壁机器人磁吸附结构进行了优化设计与实验研究。通过爬壁机器人受力状态及吸附力要求的物理分析,提出了磁轮与磁桥结构相结合的磁吸附方式;利用建立的有限元仿真模型,确定了最佳永磁体长度、高度、宽度等规格参数,并研究了磁桥与容器壁面空气间隙对爬壁机器人吸附力的影响;设计磁吸附力测试装置进行了实验,然后与有限元仿真结果进行了对比。研究结果表明:该磁桥结构能够为轮式爬壁机器人提供充足的吸附力,能避免机器人爬行过程中出现的向上爬行打滑和横向爬行侧滑问题。     

松软地面轮式移动机器人低能耗通过性机理与控制研究

为确保松软地面轮式移动机器人在较低的能耗下具有更好的通过性,基于地面力学理论分析了轮地接触力学特性,建立了轮地接触力学模型.通过对车轮驱动性能的研究,以车轮滑转率为状态变量,建立了车轮与松软地面相互作用的动力学模型,设计了用模糊驱动控制器来跟踪轮式移动机器人车轮的期望滑转率.MATLAB/SIMULINK仿真结果表明,该控制器可以在0.5s时间内有效地跟踪期望滑转率,使轮式移动机器人始终运行在最佳状态.     

永磁轮式爬壁微机器人尺寸优化设计研究

给出了一种全向的永磁轮式爬壁微机器人。为获得爬壁机器人运动所需力矩和磁力与其尺寸设计之间的关系,研究了其动力学分析方法。结合爬壁机器人自身永磁轮尺寸、永磁轮间距、转向齿轮传输比、底盘半径、所需磁吸附力等设计约束,构造所需驱动力矩最小为目标函数,对其主要尺寸参数进行了优化设计。通过ANSOFT磁力仿真、Pro/Engineer机械仿真和MATLAB计算对爬壁机器人整体尺寸优化设计进行求解。对仿真计算结果进行了分析比较,证明上述设计方法的可行性。     

燃气动力弹跳机器人的设计与试验研究

以可燃混合气体为动力源,设计了一种燃气动力的弹跳机器人,包括弹跳驱动器和轮式运动机构。弹跳驱动器采用双活塞燃烧室结构及磁力锁紧机构,有效减小驱动器体积,有利于驱动器复位和废气排除。轮式运动机构包括车身和蜂窝车轮,车身作为驱动器载体,蜂窝车轮用于机器人落地缓冲。对车轮的径向、周向和切变模量进行等效计算,采用铁木辛柯梁理论对车轮进行静力分析,计算结果与试验数据吻合;利用LS-DYNA对车轮落地碰撞进行仿真,分析了落地冲击能量消耗。对机器人的弹跳运动进行规划,弹跳越障试验表明机器人可直接越过或跃上障碍物,验证了机器人的弹跳运动能力。该弹跳机器人的研究为提高地面移动机器人的未知复杂地形适应能力提供了一种可行的技术方案。     

多运动模式管道机器人结构设计与运动分析

针对管道机器人运动形式单一的问题,设计了一种具有多种运动模式并能进行切换的轮式管道机器人,给出了管道机器人的总体方案,设计了管道机器人的自适应变径机构、车轮变位机构和转弯机构,建立了管道机器人轮式行走时的运动模型和力学模型,并以此为基础对机器人主体结构进行优化设计。     

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。     

磁力驱动闸阀扭矩的分析计算

目前实际应用中磁扭矩计算方法上的不足,是造成磁力驱动阀门成本过高和扭矩不够使阀门不能正常工作的主要原因。通过对磁力驱动闸阀的理论分析,总结出了磁扭矩计算公式,并进行了实例验证,为磁力驱动阀门的设计提供了理论依据。     

智能扫地机器人双环积分滑模控制方法研究

针对Mecanum轮型扫地机器人在车轮打滑和重心偏移等不确定非线性因素影响下的轨迹跟踪精度问题,提出了一种基于修正动力学模型的轨迹跟踪控制方法。首先,对机器人进行了运动学与动力学分析。然后,根据外界干扰及参数估计的不确定性对动力学模型进行了修正,设计了双环积分滑模控制器,并通过Lyapunov函数证明了控制系统的稳定性。最后,在不同扰动作用下,以圆为参考轨迹进行跟踪仿真,结果表明:该控制系统具有较好的抗干扰性和鲁棒性,避免了因不确定性参数估计带来的建模误差,为扫地机器人在实际轨迹跟踪控制运用中奠定了理论基础。     

可变起跳角度的球形跳跃机器人跳跃分析及其优化

针对跳跃机器人越障时自主控制与调整的局限性，设计了一款可变起跳角的球形跳跃机器人，该机器人采用C₆₀结构镂空外壳和平台调姿机构可实现变角度跳跃目标。通过分析机器人起跳、滞空、落地的运动过程，采用拉格朗日方程对机器人跳跃过程动力学进行建模。建立了起跳角对速度的影响方程，并针对单足跳跃过程，揭示起跳过程中打滑现象的产生与摩擦角之间的关系。基于机器人动力学方程，研究跳跃机器人面对越障时，与障碍物距离和起跳角度对跨越和爬升的影响。最后，利用ANSYS对其动力学进行仿真分析，有效保障了机器人跳跃任务的顺利完成，为球形跳跃机器人规划问题奠定了理论基础。