履带式爬壁机器人力学分析及磁吸附结构优化设计

为了解决履带式爬壁机器人吸附性与机动性存在矛盾的问题,设计了一种履带行走与永磁轮吸附相结合的爬壁机器人。为防止机器人在工作壁面上发生滑移和倾覆的失稳状况,对机器人进行静力学分析,得到机器人安全吸附在壁面时永磁轮应满足的最小磁吸附力。对永磁轮进行结构参数设计,并应用COMSOL仿真软件对永磁轮进行磁场分析和结构优化。研究结果表明,优化前永磁轮的吸附力可使机器人在壁面安全吸附;优化后永磁轮的吸附力增大,质量显著减小,吸附效率提高了16.87%。     

湿吸附机理及其在仿生爬壁机器人中的应用

提出一种新的基于湿吸附机理的仿生爬壁机器人．首先讨论湿吸附模型及吸附力的控制方法,对一种 基于硫化硅橡胶（聚合物）的仿生足垫的湿吸附力进行测试,由此验证足垫与壁面间的液体薄膜对吸附力的积极影 响．然后设计一种实验研究用的轮爪式仿生爬壁机器人,并对其进行静力学分析．最后对所设计的机器人进行爬壁 试验．结果表明,液体薄膜可以有效提高足垫吸附力,所研制的湿吸附机器人可吸附于约85度的壁面,可成功爬行 于坡度约65度的玻璃壁面,一定程度上验证了湿吸附机理爬壁机器人的可行性．     

仿尺蠖爬壁机器人自适应吸附及摇杆控制

为了解决真空吸附爬壁机器人爬行时,需要吸盘和壁面紧密贴合,不易操控的问题。建立了吸盘足至壁面的空间几何模型;基于D-H参数,建立了运动学模型,根据速度运动学逆解,设计了一种用于对称机构爬壁机器人的摇杆操作方法,将摇杆轴映射为关节速度闭环;根据位置运动学逆解,设计了自适应吸附动作,吸盘足与壁面距离小于设定阈值时,自动触发自适应吸附动作;搭建了机器人控制系统和自适应吸附装置,在水平壁面上进行爬行实验,验证了该方法可减小操控难度。     

储罐壁面爬壁机器人吸附结构设计与优化

为了解决爬壁机器人在运动过程中由于吸附力不足而产生的倾覆问题,设计了一种具有曲面自适应性的永磁爬壁机器人。该机构区别于以往的爬壁机器人,具备两个方位上的旋转自由度,能够实现永磁吸附结构实时贴合壁面,确保提供稳定可靠的吸附力。在储罐壁面工作情况下,对机器人进行静力学分析,得到其在壁面不发生下滑和倾覆的安全吸附条件,并在此基础上,利用Ansoft Maxwell软件对吸附结构进行了仿真分析和结构优化,并获得了最佳结构尺寸。     

基于DSP技术的爬壁机器人吸附控制系统设计

壁面吸附是爬壁机器人的基本功能之一,其吸附程度直接影响爬壁机器人的稳定性和移动速度;为此,设计了基于DSP技术的爬壁机器人吸附控制系统;选择爬壁机器人传感器装置,加设DSP数字信号处理器,设计爬壁机器人吸附控制器;在硬件结构的支持下,根据爬壁机器人的组成结构和工作原理,构建相应的数学模型;在该模型下,利用DSP技术计算爬壁机器人吸附力;通过爬壁机器人在壁面环境下的受力分析结果,确定爬壁机器人安全吸附条件;以吸附控制器作为执行机构,实现爬壁机器人的吸附控制;选择负压爬壁机器人作为测试样机,通过系统测试表明,在瓷砖、木板、玻璃三种壁面环境下,与两个对比系统相比,应用此次设计系统得出爬壁机器人吸附力的控制误差降低了2.04 N,倾覆风险系数降低了0.29,具有较好的吸附控制效果。     

一种轮足复合式爬壁机器人动力学建模与分析

针对爬壁机器人不同状态下吸附力合理值的求解问题开展研究.首先分析了一种包含闭链约束的轮足复合型移动机构,基于运动等效原则将其拆成开链机构.利用牛顿-欧拉算法对分拆后的开链机构进行动力学建模.基于动力学模型,以运动失效的临界条件为约束函数,构建爬壁机器人在不同倾角壁面上的吸附力学模型,从而获得不同状态下吸附力的合理值.仿真和实验表明基于该模型获得的吸附力参数能够保证机器人的安全吸附.因此所构建的模型是合理的,可以为爬壁机器人在不同状态下合理控制吸附力大小提供理论依据.     

一种基于行星履带轮越障与混合双吸附补偿的爬壁机器人的设计与研究

针对爬壁机器人在复杂壁面工作时越障能力弱、移动迟缓和吸附力不足等问题,设计了一种基于行星履带轮越障与混合双吸附补偿的爬壁机器人,并对壁面移动和越障的性能进行研究。首先根据机器人在壁面上的运动原理,建立其力学模型,计算出沿壁面移动和越障所需的吸附力;进一步结合其受力情况,对越障过程中爬升阶段和跨越阶段的吸附力补偿模型和行...     

变磁力吸附爬壁机器人的结构设计与爬越焊缝特性

为提高储油罐壁检测作业的可靠性和安全性,研究设计了一种变磁力吸附机器人本体结构并研究其爬越焊缝特性.首先基于ANSYS平台对机器人变磁力吸附单元进行仿真分析,得到了机器人本体的磁感应强度分布及磁吸附力.然后建立了爬越焊缝过程的动力学模型,应用ADAMS对其进行动力学仿真分析,得到了该过程中的磁吸附力变化曲线.通过分析验证了机构的合理性和实用性.     

两端吸附式焊缝修形爬壁机器人研制

针对大型钢结构件曲面补焊焊缝自动化修形需求,研制了一种特殊结构的爬壁机器人.该机器人的末端修形单元和移动平台均以永磁间隙吸附方式吸附于工件表面,通过含主被动关节的多自由度机械臂相连接.采用数学模型分析了新机构相对于传统单端吸附、串联悬臂式爬壁机器人的优点,计算了末端修形单元的吸附力条件.对试制的机器人样机进行的性能参数测试证明:两端吸附方式不仅大幅度降低对机械臂的刚度要求,同时,机械臂的被动关节使得爬壁机器人具有曲面自适应能力.     

一种轮足复合式爬壁机器人机构建模与分析

基于行星轮系运动及双足真空吸附原理,提出了一种新型爬壁机器人机构,介绍了机构的构型及结构特点,推导了运动学方程,分析了沿直线行走、平面旋转和跨越交叉壁面三种运动模式．仿真结果表明该机构具有移动速度快、运动灵活、跨越交叉壁面能力强等特点．     

舰艇磁场磁偶极子阵列数学模型研究

为提高舰艇磁性防护能力,准确反映其磁场特性,舰艇测磁需要使用先进的测磁技术,这就可以用磁偶极子阵列模拟舰艇磁场源;文中根据舰艇测量面上的磁场数据建立了舰艇磁场换算的数学模型,给出一种运用实例评述测磁技术在舰艇磁性防护中的应用;实例结合点阵式大平面测磁法和磁荷模拟算法建立了测磁后舰艇磁场换算的数学模型,简单论述了该模型的数学原理、磁场函数计算方法及具体应用中有关参数的确定方法等,并对计算精度作了分析,仿真结果表明模型精度较高;测磁技术的应用在磁性防护中具有重要的实用价值。     

基于磁梯度张量与Levenberg-Marquardt优化的磁矩计算方法

针对目前磁矩计算方法中出现的对磁性目标出厂参数精度要求较高且计算繁琐、受地磁场影响较大、反演精度较差等问题,提出了一种基于磁梯度张量概念与Levenberg-Marquardt优化算法结合的磁矩计算方法。该方法采用磁梯度张量概念消除了地磁背景场的干扰,使用Levenberg-Marquardt算法优化解算过程,消除了反演过程中出现的奇异点。对新方法进行地磁背景场、测量系统位置、环境噪声等影响因素的验证仿真,并实验验证该方法的可操作性。仿真与实验证明,相比于以往方法,新方法的磁矩反演精度有大幅度的提高,抗噪声能力更强,具有更高的鲁棒性。     

电梯导轨垂直度检测机器人运行机构设计

为实现电梯导轨垂直度检测自动化,设计了电梯导轨垂直度检测机器人．采用多磁轮吸附机构和下滑制动机构,实现了机器人在竖直导轨上的安全自主运行．其中的顶磁路和导向磁轮采用了优化的磁路结构设计．不同条件下的吸附力测试表明,设计的磁轮能够适应恶劣工况．     

磁性旋转编码传感器的研制

本文介绍的两相输出磁性旋转编码器输出电压V_(p-p)=41mV(V_(cc)=5V),灵敏度为6.3μV/(A·m~(-1)),分辨率为400p/r.实验证明,磁鼓与磁阻传感器之间存在最佳间隙,当间距为1mm时,输出最大.     

导弹舵机平台磁电编码器的磁场设计与装配误差仿真分析

针对空空导弹舵机对位置反馈元件的高精度、高可靠性、小体积等要求,通过磁场设计和仿真分析,设计了一款基于导弹舵机平台的小型单磁极高精度磁电编码器;并通过仿真分析,研究了存在同心偏移、对角偏转、对称偏转等形式装配误差情况下,磁电编码器的输出特性,为后续的精度补偿打下基础。     

一种自动磁天平系统研制

为了满足我国高新技术领域,尤其是航空航天及航海事业的大力发展对各种磁性材料性能及检测要求,针对当前手动方式测量的磁天平带来的人为测量误差及工作效率低等问题,设计了一种自动磁天平系统。介绍了系统电磁铁设计、电控平移台设计、位移测量装置设计、测控系统设计以及达到的主要技术指标。应用结果表明,系统运行稳定可靠,测量精度、测量效率高,操作方便快捷,可以满足高新技术领域科研、生产等过程中磁天平测量的要求。     

Mathematical modelling of cylindrical electromagnetic vibration energy harvesters

In this paper the first steps for the derivation of a mathematical model to describe the mechanical behaviour of a cylindrical electromagnetic vibration energy harvester, designed to extract energy from human gait to power biomedical implantable devices, are provided. As it is usual, in the modelling of such devices, the proposed mechanical model is also based on the solution of Newton's second law, but here a nonlinear closed-form expression is used for the resulting magnetic force of the system, unlike what has been done in previous works where, traditionally, that expression is a linear or is a nonlinear approximation of the real one. The main feature of this mechanical model is that it depends on several parameters which are related to the main characteristics of this kind of devices, which constitutes a major advantage with respect to the usual models available in the literature since these characteristics can always be changed in order to optimize the device.     

磁性微型机器人的自动化操控研究综述

微型机器人是指尺度在毫米及其以下(几百纳米到几毫米)的一类机器人,是机器人研究领域的一个重要分支.低强度电磁场无线操控的微型机器人,可以在狭小的空间运动,完成复杂的作业任务,在微操作、靶向药物输送和体内传感标记等生物医学研究中有着广泛的应用前景.经历几十年的发展,研究人员在机器人的结构设计、微纳制作和伺服控制方面贡献了许多重要理论和实践成果.本文旨在介绍自动化方法在磁性微型机器人中的应用,主要包含运动建模、闭环控制和路径规划方面的研究内容,并讨论磁性软体微型机器人在建模与运动控制方面存在的挑战.最后,提出磁性微型机器人在控制与规划方面的研究方向.     

Design of a low‐cost 1‐20 GHz magnetic near‐field probe with FR‐4 printed circuit board

An ultra‐wideband magnetic near‐field probe based on a conventional low‐cost four layers of FR‐4 printed circuit board is proposed in this article. It can be used to measure the magnetic near‐field strength from RF magnetic sources or electronic devices for EMI conformance test. The operating frequency of the probe is from 1 GHz up to 20 GHz. The probe is constructed based on a coplanar waveguide and stripline with a short‐end loop. The probe dimension is 10 mm × 25 mm × 0.6 mm. The prototype probe is electric field‐shield structure and has a very high unwanted electric field suppression ratio about 17.7 dB. The probe calibration factor from the simulation agrees well with the calibration factor computed from the measurement. The average probe factor is 38.8 dBS/m and probe sensitivity is 47.4 dB μ A/m.     

一种磁吸附壁面移动机构

本文提出了一种轮，履带复合式磁吸附壁面移动机构，介绍了结构方案和磁性支重轮的设计方法，并分析了该机构的稳定性和被动柔顺功能，该机构既可作为铁磁性壁面上爬行的运载工具，又能运用到封闭管内行走机器人的行走装置上。