关节-轮式爬杆机器人多姿态力学模型与稳定性研究

现有的爬杆机器人在研究中常侧重于越障能力或负载能力某一方面,无法同时满足实际生产对这两方面提出的高要求,为此设计了一种新型关节—轮式爬杆机器人,兼具了轮式机器人较强的负载能力和关节式机器人良好的越障能力。建立了爬杆机器人在轴向、周向、翻转运动姿态下的整体力学模型和基于稳态侧偏理论的弹性车轮力学模型,研究了夹紧力对运动方向和稳定性的影响。根据理论计算结果,在ADAMS中对爬杆机器人虚拟样机进行动力学仿真,实现了三种姿态下的稳定运动,验证了机器人设计及力学模型的正确性。     

仿生四爪式爬管机器人的运动学分析与仿真

设计了一种具有较强的越障性能和负载能力的仿生四爪式爬管机器人,分析了机器人的构型与步态;采用D-H参数法建立了各连杆坐标系,并对各关节的正逆运动学方程进行求解;利用Matlab中Robotics Toolbox模块,建立了机器人在上部躯干两侧手爪处于夹紧状态时的运动学模型,求解得到各关节角度、速度及加速度与时间的关系曲线;将机器人在robotic中的关节运动所得到的数据拟合成Spline曲线,并导入ADAMS中进行机器人整体虚拟样机仿真;仿真实验表明机器人能够顺利进行尺蠖式爬升运动,验证了结构的合理性和运动学方程求解的正确性。     

轮足式磁吸附越障爬壁机器人设计与分析

针对现有爬壁机器人负载能力弱、复杂障碍地形下适应能力差以及运动柔顺性不足等特点,提出了一种基于轮足复合式运动与非接触变间隙永磁吸附的柔顺越障爬壁机器人。在分析石化储罐、船舶等非结构化设备作业环境特点和功能需求的基础上,融合构型主被动理念,设计了机器人移动本体并对主被动越障步态进行了规划;对机器人在不同工况下的稳定性进行分析,建立了机器人安全吸附的数学模型;建立了机器人直行与转向下的动力学模型,分析了机器人的转向灵活性;结合机器人金属立面智能控制需求,对机器人的智能控制系统进行了设计。通过样机平台实验表明,机器人能够实现灵活的主被动越障,具有自适应柔顺运动以及大负载的能力。     

一种新型爬缆机器人的越障能力及夹紧机构分析

在深入研究国内外典型爬升机器人结构的基础上,针对目前斜拉桥跨度增大、缆索增多的趋势设计了一款检测效率高的新型爬缆机器人。通过对新型爬缆机器人正常爬行和越障时的动力学分析,得到了影响机器人越障能力的主要因素,据此对机器人的压紧机构进行了优化设计。为了增加新型机器人工作时的可靠性,提出了丝杠驱动直线导轨的夹紧机构并对丝杠进行了受力变形分析,分析得到这种机构可以解决丝杠的变形失效问题。该机器人结构简单、可靠性高、易于拆卸,对缆索直径的适应性强,有良好的越障性能。     

新型船舶壁面除锈爬壁机器人动力学建模与分析

设计一种履带式永磁真空混合吸附的船舶壁面除锈爬壁机器人,该机器人具有负载大、本体重特点,且机器人负载质量以及重心位置随爬壁高度变化.根据机器人爬壁运动原理,建立机器人沿船舶壁面上爬和转弯的动力学模型,运用模糊优化理论对模型进行优化和仿真分析,规划机器人的安全工作范围,分析机器人在典型爬壁高度下的驱动上爬能力,讨论在理论转矩、最大转矩和额定转矩下的机器人上爬的高度与角度关系,研制试验样机进行爬壁转弯试验、定负载上爬试验和变负载上爬试验.仿真和试验结果表明,机器人动力学优化模型可靠,运动性能受永磁吸附力、真空力、射流反击力等影响很小,而受本体重力、爬壁高度和壁面倾角影响较大,所规划的机器人安全工作范围合理.     

三角履带爬壁机器人越障动力学建模与仿真

针对一些工作场合对爬壁机器人有较高的越障性能要求,设计了一种包含4个三角形履带轮组构成的磁吸附爬壁机器人。首先设计了三角履带爬壁机器人的整体结构,研究了越障过程中机器人结构变化,以及爬行越障和翻转越障通过原理。建立了翻转越障过程动力学模型,该模型体现了机器人机构尺寸等因素对电机输出力矩的影响。根据此模型,能确定机器人越障过程所需最小驱动力矩。利用ADAMS软件进行仿真验证,仿真结果证明了动力学模型的正确性,表明了机器人结构简单,具有较强的越障能力。     

氮气弹簧在爬缆机器人中的应用

爬缆机器人被越来越多地应用于斜拉桥缆索检测。通过对爬缆机器人在上行途中的越障性能分析,可得到越障时压紧力改变越小机器人越障能力越好,据此提出使用氮气弹簧代替普通弹簧为机器人提供压紧力。通过实例对比证明了氮气弹簧在改善机构越障性能上有显著作用。     

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。     

高压线巡检机器人夹抓机构的设计与分析

高压线巡检机器人在越障时主要靠夹抓机构来保证其安全性,基于SolidWorks建立了一种新型夹抓机构的三维模型并计算出最小夹紧力;利用虚拟仿真软件ADAMS对夹抓的开闭速度和电机的输出扭矩进行分析,为夹抓的进一步控制研究提供支持;利用有限元分析软件ANSYS对夹抓应力应变进行分析,结果表明夹抓结构的设计满足机器人在越障时安全性的要求.     

基于旋翼负压混合吸附的爬壁清洗机器人系统动力学性能研究

针对爬壁清洗机器人越障时,负压装置的吸附力下降导致吸附不稳定的问题,设计了一种旋翼负压混合吸附工作的多边形履带清洗机器人,并对爬行稳定性及越障性能进行了动力学分析。首先根据机器人爬壁的运动原理,建立机器人沿玻璃幕墙上的动力学模型,计算出电机理论驱动力矩;其次分析机器人在跨越障碍过程中的运动模型,结合与壁面接触的实际受力状态,对越障过程中关键阶段的本体倾翻、滑移两种失效形式进行运动学和动力学分析;然后根据玻璃幕墙实际的障碍高度,确定多边形履带的参数和理论驱动力矩的大小,并研制了实验样机进行爬行和越障试验,结果表明所设计的机器人具有良好的越障性能。