磁吸附爬壁机器人履带模块运动仿真与实验

履带模块是履带式爬壁机器人的重要组成部分,设计了一种可以用在履带式磁吸附爬壁机器人中的履带模块,包括履带传动与行走模块、磁吸附模块,利用Solid Works建立履带模块的三维模型,分析其受力情况,并建立其安全吸附的数学模型,得到其能在壁面不发生滑落或者倾覆的安全吸附条件。然后将履带模型导入到ADAMS中分析其动力学特性,通过在ADAMS中的动力学仿真验证履带模块设计的可靠性,并且根据仿真结果选择合适的电机,最后通过实验验证仿真结果是准确的,为多履带体的爬壁机器人提供了理论分析和实验的基础。     

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。     

一种滚动密封式爬壁机器人动力学建模与分析

介绍了一种滚动密封式爬壁机器人,分析了其密封与运动机理。提出了一种多履带协调运动的爬壁机器人动力学建模方法,推导出该机器人直线运动及转向动力学方程。建立了直线运动及转向时履带牵引力与机器人姿态角之间的关系,分别计算出采用滑动密封和滚动密封方式的机器人在运动过程中的摩擦阻力并进行了比较分析。仿真和样机实验表明该爬壁机器人可沿壁面行走与越障,具有摩擦阻力小、负载能力大及对壁面适应性强等特点。     

履带式爬壁机器人受力分析与稳定性仿真研究

针对机器人壁面上运动的稳定性问题,对永磁履带式爬壁机器人的结构特点和壁面受力进行了分析。为了便于受力分析,提出了载荷分布系数的新定义,建立了爬壁机器人的静力学模型、直线运动模型及转弯运动模型。利用Matlab软件对永磁铁吸附力、电机所需转矩、壁面倾角、载荷分布系数之间的关系,以及爬壁机器人的壁面受力进行了理论推导和数值仿真。研究结果表明,磁铁的吸附力指标主要决定于履带载荷分布系数和壁面倾角,磁铁的吸附力大小对转弯运动的灵活性有很大的影响,电机转矩要求主要决定于磁铁吸附力和壁面倾角。机器人运动模型的仿真结果与相关文献的实验结果一致,验证了运动模型的有效性,确定了影响稳定性的主要参数,给爬壁机器人的优化设计提供了依据。     

微型磁吸附爬壁机器人结构设计及实现

文中针对小曲率铁质面吸附、爬行难的问题，设计了一款永磁体吸附的微型爬壁机器人。该机器人采用磁吸附提供正压力，通过履带与铁质壁面的摩擦力提供机器人的驱动力。同时，为了使机器人在工作中保持安全避免失稳，对机器人在4种易脱离的情况下进行受力分析，计算出了机器人保持安全所需的磁吸附力。利用有限元软件分析永磁体的厚度及永磁体与壁面间的距离等因素对吸附力的影响规律，得到了最佳结构尺寸。通过搭建样机在圆筒上进行0～2π的一圈爬行测试，验证了此机器人能够在任意角度进行稳定工作，为后续爬壁机器人结构的设计和优化提供了借鉴。     

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。     

风电塔筒爬壁机器人吸附结构优化设计及试验研究

为适应风电塔筒外壁作业需要,设计了一种可自适应曲面的永磁吸附履带式爬壁机器人,并对吸附结构进行了优化。首先建立了爬壁机器人在壁面的吸附力学模型,分析了爬壁机器人永磁吸附单元所需要的最小吸附力;其次设计了永磁吸附单元的基本结构及履带上永磁吸附单元的排列方式,通过有限元软件分析了不同设计参数对永磁吸附单元吸附力和磁质比的影响,并基于响应面模型,通过多目标优化分析得到了设计参数的最优值;最后通过永磁吸附单元和整机试验验证了吸附结构优化结果的可靠性及爬壁机器人负载稳定性。     

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。     

基于静电吸附原理的双履带爬壁机器人设计

研究了基于静电吸附原理的爬壁机器人设计过程。针对静电吸附原理进行分析,对电极与壁面间产生的吸附力解析建模,通过实验验证静电吸附作用。根据静电吸附力的性质,设计履带式爬壁结构,借助Solidworks软件进行三维建模,分析双履带车质量、重心等关键参数。对机器人样机在壁面上发生吸附时的受力情况展开分析,确定提高爬壁机器人安全稳定性的改进措施。最后对机构运动控制系统作简要介绍。     

爬壁机器人底盘结构全向移动自主控制设计

爬壁机器人全向移动时,由于平稳性因子较低,难以保障机器人在移动过程中的平稳性,且无法有效地控制机器人.针对目前存在的平稳性差和控制精度低的问题,提出爬壁机器人底盘结构全向移动自主控制设计方法,以爬壁机器人为例,研究全向移动机器人的底盘结构控制,在变换坐标系的基础上构建爬壁机器人的运动学模型;根据运动学模型为全向移动机器人的自主控制提供相关信息,提高控制的精准度.利用卡尔曼滤波器对爬壁机器人的姿态进行解算,对爬壁机器人运动的平稳性进行考虑,利用PID控制算法实现爬壁机器人底盘结构全向移动的自主控制.实验结果表明,所提方法控制的机器人平稳性好、控制精准度高.