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%。     

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。     

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．     

具有壁面自适应能力的磁吸附爬壁机器人设计

为解决爬壁机器人在船舶货舱清洗过程中多壁面过渡的问题,该文设计了一种具有壁面自适应能力的磁吸附爬壁机器人,其包括磁吸附机构、自适应清洗机构和行走机构。该文首先通过建立机器人壁面过渡时的力学模型,得到机器人磁吸附力的分布特点,并据此设计出一种弧形磁吸附机构。然后利用 ANSYS Maxwell 3D 软件对该机构磁吸附力的分布进行优化,以满足壁面过渡的需要;此外,还在机器人前端设计了一种自适应清洗机构,通过对该机构的结构原理进行分析和实验,验证了清洗机构也具有壁面过渡能力。最后通过模拟船舶货舱壁面的实际特点,对机器人样机进行壁面过渡综合实验,完成了机器人舱底过渡行走实验和舱顶过渡行走实验,验证了该机器人的壁面自适应和舱内行走的能力。     

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...     

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.     

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.     

电磁微马达驱动全方位永磁轮式爬壁微机器人

介绍了一种全方位微型轮式爬壁机器人.将轴向磁通电磁微马达与永磁轮集成在一起,实现驱动吸附一体化设计.采用一套转向齿轮和三个永磁轮,设计了全方位的爬壁机构.通过动力学分析,导出微机器人爬壁所需的力矩和磁力,并结合永磁轮自身的设计约束,采用ANSOFT和Pro/Engineer仿真对其尺寸进行了优化,从而在相司负载的情况下...     

高楼壁面清洗机器人及相关技术的研究

综述了近年来国内外高楼壁面清洗机器人的研究发展概况,并进行了技术难点分析。重点介绍了一种结构简单的单吸盘清洗爬壁机器人,据此开发出的双轮式及双履带式爬壁机器人可用于对瓷砖和玻璃壁面进行清洗。     

油罐检测爬壁机器人结构与控制系统设计

研究智能爬壁机器人检测技术及其系统 ,提出了机器人在大型垂直罐壁移动作业的路径规划方法 ,并分析了抗倾覆机构的作用 ,设计给出了机器人总体结构和控制系统 .系统以磁吸附爬壁机器人为运动载体 ,采用非接触式无损检测技术 ,并配备多种传感器 ,具备较高的智能化水平 .现场实验表明 ,该系统自动化程度高、运动稳定可靠、定位精度高 ,大幅度提高了检测效率 .     

基于Netvlad神经网络的变磁力吸附爬壁机器人控制系统设计

变磁力吸附爬壁机器人是一种具有快速、灵活移动方式的爬行机器人,但其吸附力难以控制,越障稳定性较差,难以保证机器人的平稳爬行;为实现爬壁机器人在大型建筑结构外表面的自主避障,提升机器人与运动平面之间的吸附紧密性,设计基于Netvlad神经网络的变磁力吸附爬壁机器人控制系统;按照PCB控制要求,连接外置SRAM设备与传感器模块,借助驱动I/O口电路提供的电力驱动作用,控制气动阀门的闭合情况,完成变磁力吸附爬壁机器人控制系统硬件结构设计;建立Netvlad神经网络体系,通过划分控制指令程序任务的方式,确定移植参数取值范围,实现对控制协议的移植处理,联合相关硬件应用结构,完成基于Netvlad神经网络的变磁力吸附爬壁机器人控制系统设计;实验结果表明,在所设计系统作用下,障碍物所在位置与爬壁机器人所在位置之间的实测距离未大于30cm,能够有效实现自主避障,保证机器人与运动平面之间的紧密吸附。     

四轮驱动滑动吸盘爬壁机器人的动力学研究

研究了四轮驱动滑动吸盘式爬壁机器人在滑动导向运动方式下的动力学问题．首先分析了机器人在壁面上安全移动的运动状态和约束条件, 然后对驱动轮支撑力分布、驱动轮与壁面间的横向摩擦力以及密封圈摩擦力进行分析,进而基于牛顿---欧拉法建立了机器人的动力学方程, 并用驱动力矩安全系数来表征驱动力矩的安全程度．通过动力学仿真,分析了吸附压力、驱动轮分布、密封圈刚度等对驱动力矩的影响, 为四轮驱动滑动吸盘式爬壁机器 人结构优化和安全运动控制提供理论依据．     

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。     

重载爬壁吸附行走机构的设计与研究

吸附行走机构是各种用途爬壁机器人的核心部件,机构的吸附可靠性和行走灵活性是影响爬壁机器人的重要因素。首先总结分析了吸附行走机构工作原理及设计的关键点,针对吸附行走机构基本设计要求,介绍了一种液压控制的重载爬壁吸附行走机构,阐述了重载爬壁吸附行走机构的永磁吸附履带机构、动力驱动单元等组成部分设计和技术参数,通过对其受力分析得出了重载吸附行走机构动力驱动单元的关键动力参数,并介绍了配套的液压系统与控制系统的功能元件选型和控制模块设计,在不同的转向半径和吸附对象上进行了运行试验,分析了重载吸附行走机构转向能力与液压动力的关系,研究吸附对象厚度参数对重载吸附行走机构吸附能力的影响,经过试验分析表明,设计的重载爬壁吸附行走机构具有较好的稳定性、液压控制吸附行走机构的重载负载能力强。     

壁面清洗爬壁机器人的研究与产业化工作

在国家８６３高技术计划资助下,哈工大机器人研究所在壁面移动机器人领域辛勤耕耘,已逾十年．先后研制成“壁面爬行遥控检查机器人”、“喷砂、喷漆履带式永磁吸附爬壁机器人”。去年又研制成为高层建筑清洗壁面的爬壁机器人。近年来城市建设迅速发展,特别在南方城市,高层建筑如雨后春笋,迅速拔地而起。随之带来一个如何保持壁面清洁的问题。特别是国际性大都市对此十分迫切。在国内目前都采用吊篮、吊凳,人工清洗方式．这种方式作业很不安全,劳动量大,工作效率低。目前尚无合适的自动化设备。因此设计一种壁面清洗作业的自动化工具…     

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.     

基于ADAMS的仿壁虎爬壁机器人的运动仿真

为实现在不同环境的壁面上自由爬行,设计了应用仿壁虎微纳米粘附阵列的爬壁机器人,建立了机器人的动力学模型及足部与壁面之间的接触模型,并利用机械系统动力学软件ADAMS的仿真功能,对机器人沿垂直壁面爬行的运动特性进行了仿真.利用ADAMS的后处理模块的分析功能,重点研究了在一个运动周期内,模型整体质心的位移、电机转矩以及足部与壁面之间的接触力随时间的变化情况.仿真结果表明该仿壁虎爬壁机器人能够以约26mm/s的速度沿着垂直的壁面平稳地运动,不存在波动和偏离.这为下一步研制仿壁虎爬壁机器人的物理样机提供了理论指导,也为其他仿生机器人的研究提供了参考.     

双足爬壁机器人壁面凹过渡步态规划研究

针对腿足式爬壁机器人在壁面过渡时的步态规划问题，以一种真空吸附式双足爬壁机器人为研究对象，在步态分析的基础上，基于有限状态机建立了机器人的步态模型，进而提出了基于加权插值和BP神经网络的双足爬壁机器人壁面凹过渡在线步态规划算法，为提高机器人壁面过渡的自主控制能力奠定了基础．仿真分析和实验结果表明，该步态规划算法对于实际的机器人系统是有效的和可行的。     

基于System Vue的爬壁机器人控制器研究

针对传统机器人控制器控制性能差,控制时间慢的问题,基于System Vue研究了一种新的爬壁机器人控制器。在机器人控制器仿生分析过程中,对爬壁机器人的腿部进行仿生关节的模拟性增加操作,并进一步提升关节的灵活性,促使关节在运行过程中能够自主完成对身体的前后控制以及倾斜处理,根据所获得的仿生与步态规划数据,对爬壁机器人控制器进行控制模型的建立与参数的设置操作,优化爬壁机器人控制器吸附控制算法,并利用LM339芯片改进JH-D400X-Ｒ4型六向摇杆的内部电路,使控制爬壁机器人的吸附和移动功能得到更好的控制。利用引导路径加强系统自身防护,对路径进行清理。实验结果表明,基于System Vue的爬壁机器人控制器具有较好的控制性能,控制时间提高了1.52s。     

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．