钢制表面除锈爬壁机器人系统设计

针对大型钢制表面除锈爬壁机器人作业的特性,进行了作业系统原理及总体初步方案的建立。结合钢制表面除锈作业的特点,按照该类爬壁机器人的本体小型化、搭载工作设备的负载能力强、驱动爬壁能力强的原则,分别对永磁吸附机构、履带链轮行走机构、电动机驱动机构及其减速机等进行选型分析,并研讨了电动机系统的控制策略。最后,根据分析过程,建立了钢制表面除锈爬壁机器人初步方案设计的流程图及其样机三维模型,验证了方案设计的可行性。     

新型多履带全向爬壁机器人结构设计

针对爬壁机器人的壁面行走可靠性问题,结合爬壁机器人的结构特点,设计一种抛弃传统履带差速转向,避免机器人运动过程中转弯,可全向移动的多履带爬壁机器人.对机器人在不同倾角壁面的行走条件进行分析,得到机器人所需吸附力与壁面倾斜角度的变化规律,分析壁面倾斜角度对所需驱动力的影响.通过搭建样机进行附壁行走试验,验证了机器人在危...     

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。     

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。     

爬壁清洗机器人研究现状及发展趋势

爬壁清洗机器人凭借其自身的爬壁优势和多样用途,取得了飞速的发展,并被广泛应用于高空作业。通过对当前国内外关于爬壁清洗机器人应用的分析,从不同类型机器人的吸附方式、行走方式、技术应用等方面进行归纳分析,总结出不同类型机器人的优缺点,并根据当前爬壁清洗机器人的局限性,对爬壁清洗机器人未来的发展趋势提出了安全性、可靠性、轻量型及全自动化等方面的建议。     

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。     

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。     

三角履带爬壁机器人越障动力学建模与仿真

针对一些工作场合对爬壁机器人有较高的越障性能要求,设计了一种包含4个三角形履带轮组构成的磁吸附爬壁机器人。首先设计了三角履带爬壁机器人的整体结构,研究了越障过程中机器人结构变化,以及爬行越障和翻转越障通过原理。建立了翻转越障过程动力学模型,该模型体现了机器人机构尺寸等因素对电机输出力矩的影响。根据此模型,能确定机器人越障过程所需最小驱动力矩。利用ADAMS软件进行仿真验证,仿真结果证明了动力学模型的正确性,表明了机器人结构简单,具有较强的越障能力。     

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.     

水冷壁爬壁机器人的本体结构设计

简要介绍了应用于火电站锅炉的水冷壁清扫、检测的永磁吸附爬壁机器人的本体结构设计。阐述了机器人在此特殊工作环境中存在的设计难点 ,提出了机器人的本体结构设计方案和纠偏机构 ,并对其进行了静态和动态的受力分析 ,确定单个磁性吸附块的最小吸力、电机的力矩等参数。     

双吊臂式架空线路机器人的攀爬机构研究

吊臂式机构是国内外架空线路巡检机器人采用的主要机构形式之一,但这种机构类型往往存在姿态控制能力差和越障能力弱的局限。针对基于质心调节原理的双吊臂式架空线路机器人的本体机构特点提出了一种新型攀爬机构。从提升机器人姿态控制性能和爬坡性能两方面对攀爬机构进行了原理分析和参数设计,并基于攀爬机构运动学模型的分析提出了机器人姿态失稳监测方法。基于ADAMS软件的仿真结果表明该攀爬机构的设计合理,可显著提升机器人的姿态控制能力和越障能力。     

6自由度模块化机器人工作空间分析与仿真

结合6自由度模块化机器人的结构特点及工况,采用数值法和Matlab平台对机器人的工作空间进行了分析。首先利用D-H(Denavait-Hatrenberg)法对机器人进行正运动学求解,再采用数值法对所求的方程进行分析,并用Matlab软件对分析结果进行仿真,绘制工作空间点云图,并对其外形轮廓图进行拟合,最后通过计算验证了此法的正确性。分析结果为机器人进一步优化及控制系统的设计提供了参考,也为机器人的应用、机器人工作任务的设计及工件的运动和定位提供了理论依据。     

三自由度气动比例/伺服机械手的研制

本文介绍了三自由度气动比例 /伺服机械手的机械系统、电气控制回路及控制软件的设计 ,通过标准模块化设计 ,使单元轴具有标准的机械接口和电气接口 ,提高了系统性能 ,并可快速组成机器人系统 ,试验分析表明 ,气动比例 /伺服机械手可实现较高的控制精度 ,在许多工业自动化领域 ,完全可以与价格昂贵的电机伺服系统比美。     

缆索涂装机器人(CPR)爬升机构的研制

提出了特种机器人技术在缆索清洗、涂装、检查方面应用的新思想。在缆索人工涂装的基础上,研制了不同阶段的爬升机构模型,并提出了适于螺旋六棱柱缆索爬升的新机构。解决了机器人在大倾斜度缆索上爬升的难题,为特种机器人在极限环境中的应用提供了一个新的范例。     

输电铁塔攀爬机器人的结构分析与实验验证

首登输电铁塔检修人员缺乏完善的临时防坠保护装置,研发输电铁塔攀爬机器人替代首登人员登塔,可以保障登塔人员的人身安全。根据实际作业环境及其功能要求,结合仿生学原理,提出了一种基于仿生蚕特征的攀爬机器人模型。对机器人进行结构设计并分析攀爬过程中吸附的稳定性,建立机器人运动学模型;对其作业空间进行了仿真分析,验证了机器人结构的合理性。试制物理样机并进行相关攀爬实验,实验结果表明,该机器人具有替代首登人员登塔的可行性。     

可变形机器人协同变形方法

可变形机器人AMOEBA-I的主要特点是具有多种构形方式,但由于受地面条件等影响使得某些构形变换难以实现.为了减小变形阻力,增强机器人对环境的适应性,提出可变形机器人的协同变形方法.建立相应数学模型,分析机器人系统各部分在协同变形过程中的运动和力学特性,实现将变形阻力的一部分转化为变形的动力,完成5种特殊构形之间的相互变换.研究基于摄动分析方法的模型线性化方法,以减小计算复杂度.最后,给出可变形机器人协同变形性能评价指标,并通过仿真和试验验证协同变形方法的有效性,满足机器人变形需要.     

基于虚拟样机的可重构模块化机器人动力学分析

根据给定的工作任务分析确定可重构模块化机器人的构型后,进行机器人的轨迹规划和变量求解;然后采用牛顿-欧拉方法,并借助MATLAB软件设计用户界面计算和导出各个关节模块的实时控制变量值的文件,并将其导入ADAMS软件中进行动力学分析和仿真。     

模块化可重构机器人的构形在线自主辨识

针对模块化可重构机器人(Modular reconfigurable robot,MRR)构形复杂多变的特点,提出一种基于上层数据库和底层接口电路相结合的构形在线自主辨识方法。以所研制的MRR系统样机为研究对象,介绍关节、连杆、基座和夹爪等四类基本功能模块的结构及特殊接口电路设计;考虑多模块组合运动形式的等效性,以及同类型关节模块在输出力/力矩方面的差异,改进MRR构形空间的计算方法。利用图论中树的相关理论,在定义同类构形生成树和同序构形树枝的基础上,建立MRR构形辨识的总体研究模型,包括同类构形生成树辨识、同序构形树枝辨识和边约束条件辨识三个部分。根据模型中各部分的具体辨识对象,通过构建基本功能模块的上层数据库,并结合底层接口电路的特殊设计,实现机器人在无人参与情况下的构形在线自主辨识。以MRR系统样机为试验平台,通过多次构形辨识试验证明该方法的可行性和有效性。     

球形机器人爬坡状态下动力学建模及最优控制器设计

球形机器人作为一种移动式的机器人,不可避免地会遇到爬坡的问题。结合所设计的球形机器人,详细分析其在爬坡状态下各状态变量的描述方法,给出机器人能够爬上坡角的计算公式,并且提出临界摆角的概念。利用基于耗散形式的拉格朗日方程推导出准确描述球形机器人爬坡状态的动力学方程,通过所提出的临界摆角,将动力学方程进行有效地线性化,采用坐标变换的方法来解决方程中的常数项问题,最终系统被转化为状态空间的形式。在机器人系统的全状态可测的情况下,考虑到机器人在爬坡时运动平稳、能耗小是实际需要,设计相应的线性二次型目标函数,最后通过设计状态反馈矩阵控制机器人在坡面上以期望速度进行运动,仿真结果证明了所设计控制方法的有效性。