基于多目标遗传算法的爬壁小车底板优化

为保证大型立式储油罐处于安全运行状态,需使用爬壁小车对其进行定期检查,而小车底板的自重将影响小车的吸附力及爬行高度.为实现小车底板轻量化设计,应用Solidworks建立了小车底板的多目标优化数学模型,基于多目标遗传算法对模型进行计算,求解出最优设计点,实现了爬壁小车模型的轻量化设计.     

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.     

基于响应面法的爬壁机器人多目标优化设计

为满足爬壁机器人在工作过程中高强度、轻量化的设计要求,提出一种基于参数相关性筛选的多目标优化方法。将爬壁机器人底盘以及侧挡板的5个参数作为设计变量,经过参数相关性分析,筛选后得到对机器人结构性能影响灵敏度较高的3个设计变量,以质量最小、位移变形最小和应力最大为优化目标,经过多元回归分析和帕累托方差分析拟合得到二项式响应面模型,采用非支配排序遗传算法对爬壁机器人机身进行多目标优化。结果表明,经过参数相关性筛选后,计算量大大减少,机身质量减少1.7 kg,最大位移变形减小0.1 mm,最大等效应力减少1.36 MPa,模态固有频率增加,避免共振现象。     

罐车爬壁射流清洗小车力学特性分析

设计了一种罐车爬壁射流清洗小车,建立了这一清洗小车的静力学和动力学模型,并分析了这一清洗小车在沿壁面下滑、纵向倾覆、横向翻转三种工况下的静力学特性,以及在直线行驶、差速转向两种工况下的动力学特性.分析结果表明,罐车爬壁射流清洗小车最易发生吸附失稳的工况为沿壁面下滑,最易发生行驶失稳的工况为差速转向,可靠附壁的最小吸附力为51.69 N,稳定运行时的最小驱动力矩为3.24 N·m.     

履带式爬壁机器人磁吸附单元优化设计与实验研究

为了使爬壁机器人结构紧凑、轻量化程度高,提出了一种既可增加吸附能力,又不增加自身重量的新型吸附单元结构方案。首先,运用有限元方法,建立磁力三维理论计算模型,对关键参数进行定量分析,得到各个参数与吸附力的关系图。然后,采用多因素分析的方法,对主要关键参数进行了优化分析。通过实验验证,实验结果与仿真计算数据基本吻合。经过优化后,吸附力提升了21.4%,达到628N,验证了优化方法的合理性,为爬壁机器人的轻量化设计提供了依据。     

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。     

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.     

新型多履带全向爬壁机器人结构设计

针对爬壁机器人的壁面行走可靠性问题,结合爬壁机器人的结构特点,设计一种抛弃传统履带差速转向,避免机器人运动过程中转弯,可全向移动的多履带爬壁机器人.对机器人在不同倾角壁面的行走条件进行分析,得到机器人所需吸附力与壁面倾斜角度的变化规律,分析壁面倾斜角度对所需驱动力的影响.通过搭建样机进行附壁行走试验,验证了机器人在"危险角度"上能够可靠吸附,驱动电机提供的实时扭矩,可满足机器人的驱动要求并验证了分析结果的正确性,该分析结果为多履带全向爬壁机器人的设计和优化提供了基础.     

无碳小车底板结构参数的优化分析

针对目前全国大学生工程训练综合能力竞赛-无碳小车竞赛中的侧翻问题,开展初始设计,建立了小车转向的力学模型,仿真小车运行速度与底板宽度的关系。根据仿真分析结果,制作了无碳小车。仿真与实际运行结果表明,小车运行平稳;对小车底板的侧翻临界宽度进行计算,得到了小车设计速度与底板最小宽度之间的关系曲线,并得出小车设计速度为2m/s时,小车侧翻的临界宽度为80mm。     

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。