履带式磁动力爬壁机器人本体设计

机器人在工业中的应用越来越广泛,随着科技进步,爬壁机器人成为了机器人领域的一个重要分支。设计了一种磁动力爬壁机器人,利用磁力作为驱动力,可实现机器人在工业设备内外壁上的竖直攀爬,用于工业设备内外壁检修、清理,可以节约人力、物力,提高工作效率,从而实现工厂的节能减排。     

六轮滑动转向爬壁机器人壁面运动动力特性分析

针对一种六轮滑动转向爬壁机器人的壁面运动动力学问题开展了相关研究。通过引入驱动轮纵向滑动率,建立了考虑机器人纵向和侧向滑动的运动学模型。基于车辆动力学理论中的轮胎离散模型,分析了驱动轮与壁面之间的摩擦力学特性,进而建立了机器人壁面滑动转向动力学模型。基于上述模型,仿真分析了不同壁面倾角下机器人运动过程质心运动轨迹、质心侧向滑动速度、右侧驱动轮的总驱动力和纵向滑动率的变化规律,为机器人的运动控制和路径规划提供了参考依据。     

多体柔性永磁吸附爬壁机器人

为实现永磁间隙吸附式爬壁机器人在复杂空间曲面上的可靠吸附与灵活运动,在分析爬壁机器人复杂空间曲面运行须解决的关键问题的基础上,基于爬壁机器人的多体动力学仿真和样机试验,设计了采用多体柔性吸附系统的间隙吸附式爬壁机器人,即爬壁机器人由轮式移动机构和吸附系统组成,吸附系统安装在轮式移动机构的底盘上,且和壁面是非接触的.吸附系统由多个相互独立的吸附装置构成,每个吸附装置通过具有2转动自由度的连接机构和轮式移动机构连接,并由被动的万向滚动轮部分或完全支撑在壁面上,各吸附装置在吸附力的作用下可自调节相对于壁面的位姿.对多体柔性吸附系统的曲面适应性进行优化.仿真及试验结果表明,多体柔性吸附爬壁机器人可自适应壁面形貌和曲率的变化,它在表面是复杂空间曲面的壁面上运行时的吸附和运动性能接近在平整壁面上运行时的相应性能,吸附可靠且运动灵活.     

永磁吸附轮式爬壁机器人受力及功耗分析

为从减少大型原油储罐检测分区和节约功耗的角度合理规划爬壁机器人运动方式和路径,对大型原油储罐缺陷检测爬壁机器人在垂直壁面运动的受力和功耗问题进行研究。首先对机器人匀速直线运动和转向运动进行受力分析,得出机器人在竖直直线运动、水平直线运动、大半径转向运动以及小半径转向运动时的受力和功率消耗情况;通过仿真分别对比分析两种匀速直线运动和两种转向运动的功率消耗情况;搭建爬壁机器人样机实验平台,进行功耗验证实验;仿真和实验一致得出竖直直线运动的功耗小于水平直线运动,大半径转向功耗小于小半径转向的结论。     

爬壁机器人永磁吸附轮的磁路及结构设计分析

针对永磁轮吸附式爬壁机器人,提出了一种改进的永磁轮设计方案。与传统的两种磁路方案对比,吸附力分别提高了37%和32%,突出了改进的混合型环状对称磁路的优势。并建立壁面吸附模型,通过研究永磁体宽度、永磁体内径和导磁宽度对磁轮几何参数对磁轮吸附力的影响,确定了永磁体外径R=30mm,内径r=10mm,宽度A=10mm,导磁宽度B=20mm,轭铁宽度D=5mm,气隙高度L=5mm的结构尺寸方案,为后续深入研究提供理论指导。     

基于Halbach阵列爬壁机器人永磁吸附装置有限元分析

船舶除漆爬壁机器人通过永磁吸附装置吸附于船舶钢板壁面,为了确保爬壁机器人可靠的吸附于船舶钢板壁面,设计了基于传统型和Halbach阵列的两种永磁吸附装置,对两种永磁吸附装置的磁场进行了有限元分析,得到磁感应强度、磁场强度的分布规律,以及不同影响因素下吸附力的变化规律等,验证了基于Halbach阵列永磁吸附装置设计的合理性。     

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。     

基于ANSYS的爬壁机器人永磁吸附单元研究

针对如何提高永磁式爬壁机器人磁吸附单元吸附能力,提出了一种新型的磁吸附单元模型。运用ANSYS中的ANSOFT Maxwell模块对吸附单元模型的二维静态磁场进行了仿真分析,通过分析磁吸附单元各结构尺寸对吸附力的影响,得出水平充磁的方型永磁体改变其高度尺寸对磁吸附力的影响大于改变水平磁化尺寸的影响。对比了传统型和新型单元在尺寸结构相同的条件下,吸附力随工作气隙变化的关系,结果表明新型的磁路具有永磁利用率高、吸附力大、吸附稳定性好等优点。     

履带式爬壁除锈机器人设计及试验

针对修船作业中船舶壁面的除锈问题,设计了一种单纯采用永磁吸附实现附壁的履带式爬壁机器人,利用其上搭载的高压水射流装置实现除锈。首先,设计的永磁吸附单元由多块永磁体组成,采用Halbach充磁方向布置,单块磁吸附力理论接近1.4 kN;然后,机器人行走方式采用同步链传动、双链条履带结构,使永磁吸附单元可靠稳定的吸附在壁面上,链条的涨紧采用垂直涨紧和水平涨紧相结合的方式,驱动系统采用双电机驱动及锥齿换向结构,同时清污盘与框架的连接采用十字铰接式柔性设计。最后,对制造的永磁吸附单元开展力学实验,对搭建的功能性样机开展水平运动、垂直爬壁和1∶1实船模型爬壁等实验。研究结果表明：制造的单块永磁吸附单元的吸附力可达1 kN,满足机器人抗倾覆要求;功能性样机在爬壁实验中是可以可靠附壁的,同时可实现机器人的行走和转向运动,为后期工程样机积累了实验数据,为机器人进一步优化奠定了基础。     

基于Halbach阵列的爬壁机器人永磁吸附模块优化设计

针对轮式永磁吸附爬壁机器人吸附效率较低的问题，设计了一种基于Halbach阵列的新型弧形永磁吸附模块，研究其吸附特性并进行优化。运用ANSYS Maxwell软件对新型吸附模块进行有限元仿真分析，研究Halbach弧形永磁体阵列在聚磁一侧的磁感线分布规律；为了减少弱磁侧的磁感线泄漏，在传统的Halbach永磁阵列基础上，在弱磁侧增加了轭铁装置；通过对弧形磁体阵列的角度、宽度、厚度及轭铁的厚度对吸附力的影响的研究，采用控制变量法并利用ANSYS Maxwell对新型弧形永磁吸附模块的关键结构尺寸进行优化，设计了永磁吸附模块的最优尺寸。结果表明，经过优化后的吸附单元的总体质量降低，但单位质量吸附力增大，磁能利用率大幅度提高，为轮式爬壁机器人的优化设计提供依据。     

基于永磁吸附的爬壁机器人本体设计与研究

压力容器爬壁机器人是检测压力容器壁面缺陷的移动设备,是无损检测系统的重要组成部分。在研究磁路的基础上,结合磁路设计原理与现代设计方法,开展压力容器爬壁机器人本体结构的研究。根据功能性要求,设计合理的行走和吸附机构,满足机器人沿壁面灵活行走的要求;重点研究永磁轮机构,利用磁路设计原理,采用轴向充磁的环形永磁体,通过合理的磁路设计,设计出新型永磁轮机构。     

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。     

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.     

负压爬壁机器人吸附系统研究

系统研究了爬壁机器人的负压吸附系统。针对负压爬壁机器人的吸附力利用效率,研究了其运动系统结构对吸附力配置的影响。根据吸附力利用效率的差异,提出了若干移动机构及密封机构的构成方案并分析了其综合性能。对负压吸附系统各个元件进行了热力学分析,阐述了吸附系统的气路状态变化过程,揭示了吸附原理的实质。利用CFD对吸附系统气流在流场中的状态变化进行了仿真。最后,通过研制的负压式爬壁机器人样机验证了吸附系统的可靠性和稳定性。     

双动力臂爬壁机器人吸附系统设计

设计了一种能够适应多种壁面、安全性高的爬壁机器人吸附系统。介绍了机器人的机械结构和运动原理,并详细论述了机器人吸附机理和真空回路。在此基础上,通过计算和比较,设计出一种通用双动力臂爬壁机器人吸附系统。分析表明,该机器人吸附系统安全可靠,有较强的越障能力,能较好的适应各种材质和倾角壁面的作业要求。     

风电塔筒爬壁机器人吸附结构设计分析

针对风电塔筒外壁面检修困难的问题,对当前风电塔筒检修的方式、缺陷、需求进行了分析,对现有爬壁机器人的机械结构、吸附方式、主要功能进行了归纳,提出了一种可适应曲面吸附爬行的新型机器人机构。该机构可辅助或替代人工进行风电塔筒的检修,具备两个旋转自由度,采用了一种新型永磁爬壁吸附结构,可稳定吸附于风电塔筒外壁面并在壁面移动;利用Solidworks、Maxwell等软件进行了爬壁机器人的结构建模及吸附机构的吸附力仿真;对爬壁机器人在不同的失稳条件下进行了受力分析,得到了所需吸附力数值;将吸附单元仿真结果与计算所需吸附力进行了比较。研究结果表明:该爬壁机器人吸附能力符合稳定吸附要求,可以稳定吸附于风电塔筒外壁面。     

爬壁机器人滑动式负压吸盘吸附特性的实验研究

针对一种带有滑动式负压吸盘爬壁机器人的吸附特性进行了试验研究,通过测试吸盘在风机突然开启、突然关闭以及遭遇壁面缝隙发生泄漏3种情况下的负压响应曲线,分析并绘制了风机吸盘系统的工作特性曲线,建立了吸盘内负压模糊控制系统,为吸盘的结构设计和负压控制提供了依据。     

基于章鱼吸附机理的爬壁机器人吸附技术

章鱼吸盘具有较强吸附力和较低的能量消耗,其吸附机理对爬壁机器人吸附技术具有重要的借鉴作用。主要论述章鱼的吸盘结构和吸附机理,为研究学者提供了章鱼吸附的基础理论,促进中国爬壁机器人吸附技术的研究与发展。