油罐内壁除锈爬壁机器人吸附机构设计

为提高在役油罐内壁除锈作业的安全性与可靠性,可采用爬壁机器人替代人工作业,在进行除锈爬壁机器人设计时,吸附机构尤为重要。考虑到爬壁机器人的作业表面为凹凸不平的锈蚀表面,以及要克服喷枪除锈的反作用力,文中设计了一种基于新型稳态永磁吸附操动机构原理的永磁吸附机构,基于传统的永磁操动机构,用永磁体代替传统永磁操动机构通过动铁芯作为驱动部件,磁力直接作用永磁体使合、分闸速度达到一致;针对传统永磁操动机构在合、分闸过程中不能准确复位问题,该永磁操动机构采用三稳态操动机构的理念,增设刚性弹簧来达到该永磁操动机构的自锁功能,该机构通过驱动轴连接永磁吸盘进行非接触吸附,着重解决了爬壁机器人在运行过程中吸附的稳定性及工作完成后摘取的方便性。文中还研究分析在该永磁吸附机构下,爬壁机器人在壁面静态失稳状态下的吸附力分布情况及运动学分析,结果表明该永磁吸附机构能够满足油罐内壁除锈机器人的吸附与移动要求。     

海上平台外壁面爬壁除锈机器人结构设计

针对海上平台人工除锈作业所存在的作业效率低、风险高、劳动强度大等方面问题,设计了一种可代替人工作业的爬壁除锈机器人结构.根据海上平台实际工况,对机器人吸附方式及爬行方式分析后,确定了机器人爬行运动方案.以机器人爬行运动原理为依据,完成了机器人前后腿组机构、作业臂机构、旋转驱动机构3个部分的结构设计;为防止机器人出现失稳情况,针对机器人实际作业工况进行了3种常见失稳状态下的稳定性分析,计算出机器人稳定吸附于平台壁面所需电磁吸附力参数,进而得出了选用的电磁铁吸力所能满足的实际工况范围.所研究设计的爬壁机器人具有结构紧凑、驱动灵活、吸附可靠等特点,为海上平台外壁面除锈作业提供了技术方案.     

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.     

行星轮爬壁机器人的设计、运动分析及动态仿真

以新型的行星轮爬壁机器人为研究对象,介绍了行星轮爬壁机器人的工作原理、机构运动方案设计、结构尺寸设计及运动分析等内容,完成了机器人机构运动方案设计及其机构整体尺寸设计,并对它进行了运动分析。分别详细阐述了基于Solid Edge和UG对行星轮爬壁机器人进行的三维建模、虚拟装配和动态仿真以及它的完善,得到了行星轮爬壁机器人的爆炸图、干涉分析报告及动态仿真动画。     

水射流爬壁除锈实验平台的设计与试验

爬壁除锈是水射流除锈的重要应用之一。本文研制了以超高压泵机组、真空回收系统为主的水射流爬壁除锈实验平台,并研制了以磁隙吸附为主、气动驱动的磁隙式爬壁除锈机器人,除锈试验表明实验平台除锈参数合理,爬壁机器人除锈效果良好,该实验平台对水射流爬壁除锈成套设备的推广具有参考意义。     

磁隙式爬壁机器人的研制

大面积钢质表面预处理(如船舶表面除锈、大型储罐表面除漆等)专用的重载爬壁机器人设计,其技术关键是机器人的吸附效应,即吸附可靠、行走灵活。传统的爬壁机器人有两种吸附方式:真空吸盘式(其不适应重载)和磁吸式(其爬壁运行不灵活)。磁隙式爬壁机器人将真空吸盘式与磁吸式相结合,互补增强机器人的吸附效应,其磁隙结构即将磁履接触壁面吸附改为磁块单独安装不与壁面直接接触,通过调节其间隙改变磁隙效应。该机器人质量75 kg,且要重载几十米长的超高压软管和真空管,作业时管内充满水,专用于船舶表面自动化除锈等作业,实现了钢质表面用水作业,即除即干不返锈的目标。介绍爬壁机器人的设计原理、受力分析、磁隙效应和工业试验。应用表明磁隙式爬壁机器人满足了重载作业、灵活行进、吸附可靠的诸项要求。     

新型船舶壁面除锈爬壁机器人动力学建模与分析

设计一种履带式永磁真空混合吸附的船舶壁面除锈爬壁机器人,该机器人具有负载大、本体重特点,且机器人负载质量以及重心位置随爬壁高度变化.根据机器人爬壁运动原理,建立机器人沿船舶壁面上爬和转弯的动力学模型,运用模糊优化理论对模型进行优化和仿真分析,规划机器人的安全工作范围,分析机器人在典型爬壁高度下的驱动上爬能力,讨论在理论转矩、最大转矩和额定转矩下的机器人上爬的高度与角度关系,研制试验样机进行爬壁转弯试验、定负载上爬试验和变负载上爬试验.仿真和试验结果表明,机器人动力学优化模型可靠,运动性能受永磁吸附力、真空力、射流反击力等影响很小,而受本体重力、爬壁高度和壁面倾角影响较大,所规划的机器人安全工作范围合理.     

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。     

火电厂爬壁机器人研究进展

爬壁机器人能够替代人工完成高难度、高风险的高空工程作业,在舰船清洗、液化气罐检测等诸多领域已经得到广泛的应用。基于现代爬壁技术在机器人领域的实际应用,对爬壁机器人的工作原理进行了介绍,分析了真空吸附、磁力吸附、静电吸附、仿生吸附以及攀附式吸附等不同吸附技术的特点,比较了轮式爬壁机器人、履带式爬壁机器人、足式爬壁机器人等多种爬壁机器人移动机构的优缺点。最后,结合火电厂应用环境特点,重点分析了爬壁机器人在火力发电厂的应用案例,探讨了火电厂爬壁机器人的发展趋势,指出复合吸附结构与移动方式是未来火电厂爬壁机器人的发展热点。     

爬壁机器人研究现状及发展趋势

爬壁机器人是指能够依附在物体的表面进行多自由度移动并完成作业的机电系统，特别适用于执行特殊任务，因而具有良好的应用前景和广泛的市场需求。根据黏附机理的不同，爬壁机器人可分为负压吸附、静电黏附、仿壁虎干黏附、仿生湿黏附等类型。从黏附机理、应用范围以及黏附特点三个方面概述了爬壁机器人领域的国内外研究现状，为统一分析比较不同种类爬壁机器人的负载性能，提出基于比黏附能密度的机器人整体黏附性能分析方法，并为解决其大负载和小体积之间的矛盾提出新的材料和结构设计思路，分析微型爬壁机器人在航空发动机故障检测领域的应用前景，总结出其在材料智能化、驱动新型化、体积小型化和黏附机理协同化等方向的发展趋势。     

船舶爬壁机器人吸附技术及其应用研究探讨

针对船舶爬壁机器人所存在的吸附机构与移动机构强耦合、吸附力难以调节、越障能力弱等瓶颈问题,对爬壁机器人所应用的关键吸附技术即负压吸附技术、螺旋桨吸附技术和永磁吸附技术以及采用这些技术的机器人进行了分析,探讨了吸附力可调技术和吸附技术评估,并结合现状和学科发展对吸附技术的未来应用做出展望。     

新型罐壁检测爬行机器人的行走吸附机构设计

在研究磁路的基础上,提出了一种新型的轮式罐壁检测爬行机器人行走吸附机构,设计了新型的永磁轮,对磁路设计的合理性进行了研究和仿真分析,选择了永磁材料,并在永磁轮的基础上设计了万向永磁轮机构;设计了爬壁机器人的驱动系统,选择了传动方式和关键驱动部件。制作了物理样机,对样机进行了负重能力测试,并进行了吸附能力和机动能力试验。样机的试验表明,永磁轮磁路结构设计合理,吸附力强而且稳定,行走阻力较小,机器人工作状况良好。     

电磁技术的“章鱼”爬壁机器人的研究

针对高空抢险救灾作业,墙体清洗,石化管道外壁检测等实现起来难度较大,设计了一种"章鱼"爬壁机器人。该机器人主要由机器身体、机器足、机械手爪、摄像机等组成。论文对机器人的左右足进行了有限元分析,分析出吸附机构在液压杆的过渡处应力最大,对机器人的选材提供了理论支持。与此同时,论文对机器人的控制部分的组成进行了分析,其结果能够有效的满足机器人的运动。该爬壁机器人的设计为爬壁机器人的研究提供了参考作用。     

储罐爬壁喷涂机构的运动学分析

为了更好地完成大型储罐表面的喷涂作业,研究了一种可实现Z字形轨迹的自动化高效喷涂设备,该设备以爬壁机器人为载体,具有六个自由度,可以满足不同的喷涂工艺要求。针对大型储罐的爬壁喷涂机构,利用D-H坐标系法建立了机器人正向运动学方程,并通过CAD作图仿真验证了运动学方程的正确性。利用Whitney提出的矢量积法直接构造出爬壁喷涂机构的雅克比矩阵,确定了末端执行器(喷枪)在任意时刻的位置、姿态及速度,为喷涂机构的智能控制提供了重要依据。     

爬壁机器人全方位移动新机构的研究及运动学分析

结合清洗壁面作业对爬壁机器人提出的特殊要求，本文提出了一种可越障式全方位移动机构－车轮组机构，并把它用作壁面清洗机器人的驱动机构。该机构不仅能够使机器人在保持机体方位不变的前提下沿壁面任意方向直线移动或在原地放置任意角度，而且能够跨越存在于机器人运行路径中的不可避免的障碍，如壁面上的窗框等。本文详细地论述了车轮组机构的组成和爬壁机器人全方位移动功能的实现。     

爬壁机器人结构优化设计与吸附力分析

为适应油罐外壁危险作业需要,设计了一款具有有效吸附力和灵活移动能力的新型轮式永磁吸附爬壁机器人.为满足爬壁机器人吸附力平稳并具有负载能力的要求,对爬壁机器人进行静力学分析和动力学建模,得到爬壁机器人在壁面运行的安全吸附力,以保证不发生滑移和倾覆.利用有限元软件分析了磁吸附系统磁铁与壁面间距离、轭铁厚度和磁铁之间距离等结...     

一种全方位移动爬壁机器人系统设计

设计了一种具有适应多种壁面、越障能力强、能沿任意方向直线移动或在原地旋转任意角度的全方位移动爬壁机器人。详细论述了机器人本体机构的组成和爬壁机器人全方位移动的功能实现,并对控制系统进行了介绍。分析表明,该机器人是对高层壁面或容器清洗、喷漆及维护和检测的良好载体。     

船舶除锈机器人转向运动学分析

根据船舶壁面除锈的工作要求,设计了一种能够在船舶壁面上运动的自动控制履带式超高压水射流爬壁除锈机器人。主要研究履带式除锈机器人附壁的转向运动学问题。介绍了船舶壁面除锈机器人的组成及特点,推导出船舶壁面爬行机器人的直线运动及瞬心转向运动学模型。运用matlab软件对机器人的转向运动学模型进行分析,表明除锈机器人转向要通过左右两行走机构的速度差实现,且其合运动速度受到一定的外力影响。通过实验发现,磁吸附力对转向灵活性有影响。     

仿壁虎爬壁机器人的结构及其控制系统研究

该文主要对仿壁虎爬壁机器人的结构以及其控制系统进行了介绍和讨论.仿壁虎爬壁机器人采用对称式的结构,采用形状记忆合金丝作为仿壁虎机器人的驱动元件.利用单片机对形状记忆合金的通电加热进行控制,从而实现对仿壁虎爬壁机器人的运动控制.该机器人结构简单,外形尺寸小,重量轻.     

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。