磁吸附检测爬壁机器人的研究

研制了一种具有自动校准垂直检测手的磁吸附检测爬壁机器人,提高了石化企业储罐表面涂层检测测量的准确性及可靠性,并分析了其实现的机现,研制了以８９Ｃ５１单片机为核心的测控＊系统。     

新型除锈爬壁机器人附壁建模与仿真

设计了1种永磁真空混合附壁的船舶壁面除锈爬壁机器人,该机器人负载大、本体重,机器人的附壁面法向存在水射流反冲力和真空负压压力.建立了机器人下滑和后翻两静态模型,结合船壁面法向的3种受力状态,分别对下滑模型和后翻模型进行了分析,并将两模型永磁单元所需吸附力进行了对比.仿真和实验结果表明,真空负压提高机器人附壁能力明显,可以较大地降低永磁吸附单元所需吸附力,减小机器人负载,较低的真空负压可实现辅助永磁良好附壁,在保证灵活运动的前提下吸附可靠.     

多功能履带式磁吸附爬壁机器人的姿态控制研究

石化企业中金属大罐的防腐作业主要由人工来完成,既费工,费时、效率低,又很危险,为此,研制磁吸附爬壁机器人来代替人进行喷砂、喷漆等防腐作业和喷漆厚度的检测。该机器人采用永磁吸附双履带结构,可跨越罐壁上５－１０ｍｍ的突起物,控制系统采用ＳＴＤ总线工业控制计算机,遥控操作。     

微小型双体爬壁机器人的研制

研制了一种双体爬壁机器,介绍了该机器人的机械结构和控制系统,并对其平面运动、面面转换、越障碍等三种运动方式进行了分析。     

一种四足式爬壁机器人控制系统的研究

四足式爬壁机器人控制系统采用分级控制的分布式结构,上位机采用ARM结构的高级单片机,下位机采用微型直流电机伺服控制器,通讯方式采用RS232总线．文章介绍了该控制系统的软硬件体系结构,以及通讯管理模式．分析表明该控制系统方案及设计是可行的．     

新型爬壁机器人越障机理及能力研究

爬壁清洗机器人是在危险的高层建筑环境下替代人进行清洗工作的机械,其可靠性和稳定性尤为重要. 在分析传统爬壁清洗机器人弊端的基础上,针对玻璃存在的窗框障碍物,设计一种四旋翼摆臂式爬壁清洗机器人.机器人基于履带式底盘结构,通过旋翼旋转产生推力提供壁面行走所需的吸附力,并设计相应的机器人摆臂变形机构,增加机器人的壁面越障能力. 从运动学角度分析机器人越障时的运动机理,建立机器人壁面攀爬的运动学模型. 在RecurDyn的Track LM模块环境下,对机器人越障过程进行运动学仿真,得到驱动轮的驱动转矩、旋翼推力随时间变化曲线;对Y轴重心位置和加速度变化曲线分析,机器人在越障过程中能够保持良好的平稳性,论证了四旋翼摆臂式爬壁清洗机器人的越障能力和越障过程中的平稳性.     

小型负压式爬壁机器人压力配置的优化设计

从能耗的角度,研究了负压式爬壁机器人支撑轮和密封气囊压力分配的理论依据,提出了支撑轮压力系数的概念,从理论上分析了支撑轮压力系数与机器人功耗之间的关系,研究结果对负压式爬壁机器人的设计起到了理论指导作用。     

带仿生吸盘的微型爬壁机器人设计及其吸附特性

针对现有爬壁机器人负压吸附装置不易微小型化的缺点,通过归纳生物负压吸附器官的结构特点,应用新型功能材料形状记忆合金作为驱动器设计了一种仿生负压吸盘,并以该吸盘为吸附机构,设计了一种微型爬壁机器人.在对仿生吸盘中的弹性体板作受力分析的基础上建立了该吸盘负压产生模型,并分析了机器人在垂直壁面上运动的安全性条件.实验表明,该仿生吸盘能作为的微型爬壁机器人的吸附机构,带仿生吸盘的微型爬壁机器人能在倾斜玻璃壁面上爬行.     

中国“爬壁反恐机器人”在哈尔滨工业大学诞生

一种专门应用于反恐领域的“爬壁机器人”在哈尔滨工业大学诞生．它可以携带侦查设备悄无声息地沿壁面爬到便于侦查的位置，为反恐人员准确判断形势、做出决断提供现场依据．     

交流伺服清洗爬壁机器人的姿态控制

城市高层建筑的清洗作业目前主要由人工完成；不仅危险，而且效率低、质量难以保证。清洗爬壁机器人可对各种高层建筑进行高效和安全的清洗工作，由于作业壁面不平，表现摩擦系数不均，车轮转速不同步，搭承负载不平衡等使机器人在运行中难免偏离预定的轨迹发生倾斜，为此在机器人本体上加装了高精度角度倾斜计，微电脑把预定轨迹和倾斜计测量值相比较，当偏差发生时，利用PID控制规律，对交流伺服电机驱动的双轮进行无级调速，使机器人按预定运动轨迹准确移动，在爬壁机器人运动学方程基础上，讨论了机器人的姿态控制规律，并从交流伺服驱动，微电脑控制等方面采取措施保证爬壁机器人姿态控制的准确无误，样机运行证明这些规律和措施都是行之有效的。     

壁面爬行机器人本体的设计

针对爬壁机器人作业环境和作业性质,提出了机器人的性能要求.并针对这些要求进行了本体结构及传动机构的设计,确定了驱动方式,实现了机器人在壁面上稳定行走和可靠作业.     

High-performance wall-climbing robot for inspection and maintenance

A wall-climbing robot that can continuously work on many types of wall surfaces has been developed. This robot based on low-vacuum adsorption principle consists of a locomotion mechanism, a sealing device, a fluid machine and a detecting system. The adsorption force is analyzed in details and its influencing factors are given. The robot prototype, which has the features of high adhesion efficiency, light body in weight, small size in structure and good capability in payload, is tested in outdoor and indoor environments. Through the experiments, the influences of the impeller slit and the seal clearance are discussed. In addition, the robot functions such as adsorption performance, locomotion performance and wall adaptability are tested by experiments. The experiments have verified that the robot not only can climb on many types of wall surfaces, but also has outstanding locomotion ability and payload capacity.     

管道内壁四足爬壁机器人的运动学与步态规划

研究用于检测气体绝缘金属封闭开关（GIS）内部的负压吸附管道内壁四足爬壁机器人. 分别对机器人的腿部和机身进行运动学分析,采用改进的牛顿迭代法解决机身正运动学求解困难的问题. 对机器人沿管道轴向和圆周方向的爬壁运动进行步态规划,提出运动过程零冲击的轨迹规划方法. 使用Adams进行运动仿真,并在四足爬壁机器人样机上进行水平和垂直管道的全方位爬壁实验. 结果表明：机器人的运动轨迹与所规划的步态一致,运动过程中速度与加速度无突变,运动平稳,无明显冲击,运动学模型的正确性和所规划步态的合理性得到验证. 在GIS管道的实际检测应用中,实现机器人在不同工况下的平稳爬壁运动与检测.     

Development and control of flexible pneumatic wall-climbing robot

A new kind of flexible pneumatic wall-climbing robot, named WALKMAN-I, was proposed. WALKMAN-I is basically composed of a flexible pneumatic actuator (FPA), a flexible pneumatic spherical joint and six suction cups. It has many characteristics of low-cost, lightweight, simple structure and good flexibility. Its operating principle was introduced. Then three basic locomotion modes, which are linear motion, curvilinear motion and crossing the orthogonal planes, were presented. The safety conditions of WALKMAN-I were discussed and built. Finally, the control system was designed and experiments were carried out. Experimental results show that WALKMAN-I is able to climb on the vertical wall surface along a straight line or a curved path, and has the ability of crossing orthogonal planes and obstacles. The maximum rotation angle reaches 90°, the maximum velocity reaches 5 mm/s, and the rotation angle and the moving velocity of WALKMAN-I can be easily controlled.     

双足爬壁机器人三维壁面环境全局路径规划

为求解双足爬壁机器人在三维壁面环境中的全局路径,提出了一种结合壁面可过渡性分析、全局壁面序列搜索和壁面过渡落足点优化的规划方法. 首先,为得到双足爬壁机器人在壁面间过渡的可行性,通过机器人可达工作空间与壁面简化处理将其转化成几何图形相交测试问题. 然后,用图搜索方法找出全局壁面序列, 再以路径最短为目标建立数学模型优化求解壁面序列中相邻壁面间最优过渡落足点,最终得到最优全局路径. 以双足爬壁机器人W-Climbot为对象做仿真验证,仿真结果表明该方法在5至20个壁面构成的三维环境中,机器人在不同壁面间的可过渡性分析与全局壁面序列搜索过程平均耗时只需2 ms,求解得到优化全局路径的比例为95%,平均耗时均在4 s以内. 该方法可以为双足爬壁机器人提供优化的全局路径并为其下一步的运动规划奠定基础.     

四自由度冗余手指的结构参数优化设计

由冗余自由度手指构成的多指灵巧手具有较大的灵巧性,对物体进行微细操作以及抓取特殊形状物体的能力也比非冗余自由度手指构成的多指手要强。对冗余自由度手指的结构设计问题进行了研究,引进了优化设计方法,提出了适用于多指灵巧手的手指结构优化设计的优化目标函数,编制卫优化程序,进行了优化计算,得到了比较满意的结果。最后,用该手指具体设计了一种多指灵巧手,并给出了其三维视图。该录巧手有手掌,具有３个手指,１２个     

机器人多指手的优化抓取力计算

由于机器人灵巧手与物体接触所产生的摩擦力约束为非线性约束,导致实时计算手指抓取力受到了极大的限制。提出了一种计算多指手优化抓取力的通用方法,其关键是利用拉格朗日乘子法,通过自动调节各手指法向接触力的权值系数来获得满足非线性摩擦锥约束的初始抓取力,并结合梯度流的方法对初始抓取力进行优化。对于任意的干扰外力,在满足抓取稳定性的情况下,可快速地计算出各手指的优化抓取力。仿真结果证明了该方法的有效性。     

反推力装置叶栅布置的气动/结构耦合设计

为了对叶片布置方案进行改进,采用耦合设计方法对反推力装置的气动性能和结构性能进行预测.利用计算流体力学（CFD）方法模拟装置流场,完成叶片布置方案的气动性能评估;利用有限元分析（FEA）方法分析叶栅叶片的受力情况,完成叶片布置方案结构性能的数值模拟.研究了叶栅进气角和出气角对反推效率的影响以及不同叶栅通道数目和叶片加强梁数目对反推装置气动性能和结构性能的影响.研究结果表明,叶栅进气角对反推效率影响不大,减小叶栅出气角可以增大反推效率;减少叶栅通道的数目会造成反推效率的下降,但可以减少叶片数目;减少加强梁的数目会使反推效率提高,降低装置的重量,但会增加叶片的最大应力和最大变形值.     

Dynamic simulation and experimental study of inspection robot for high-voltage transmission-line

A mobile robot developed by Wuhan University for full-path hotline inspection on 220 kV transmission lines was presented. With 4 rotating joints and 2 translational ones, such robot is capable of traveling along nonobstacle straight-line segment and surmounting straight-line segment obstacles as well as transferring between two spans automatically. Lagrange＇s equations were utilized to derive dynamic equations of all the links, including items of inertia, coupling inertia, Coriolis acceleration, centripetal acceleration and gravity. And a dynamic response experiment on elemental motions of robot prototype＇s travelling along non-obstacle straight-line segment and surmounting obstacles was performed on 220 kV 1 ： 1 simulative overhanging transmission-line in laboratory. In addition, dynamic numerical simulation was conducted in the corresponding condition. Comparison and analysis on results of experiment and numerical simulation have validated theoretical model and simulation resolution. Therefore, the dynamic model formed hereunder can be used for the study of robot control.     

不同介质中螺旋机器人轴向力实验研究

为将螺旋驱动器应用到人体血管中，对单圆柱螺旋内窥镜机器人轴向力进行了实验研究，.基于旋转黏度计工作原理，建立内窥镜机器人动力学性能实验台.实验比较了牛顿流体和Casson非牛顿流体介质中机器人的轴向驱动力随机体几何特征参数的变化规律.结果表明，在两种介质中，随着机体螺纹线数，螺旋升角，螺旋槽深，螺旋槽宽的增大，机器人轴向驱动力均是先增大后减小，这四个参数都有其对应的最优解.在两种介质中，机器人轴向驱动力变化规律类似.在高剪切率的情况下，将生物体液简化为牛顿流体，可以大大简化螺旋机器人仿真分析模型.