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。     

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。     

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。     

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。     

爬壁机器人研究现状与技术应用分析

自1966年日本的A.NISHI设计出了基于负压吸附爬壁机器人样机以来,爬壁机器人技术在世界范围内得到了迅速的发展,无论从吸附方式、运动形式还是应用途径方面都有了长足的进步;在这近50年的发展历程中,形式各样的研究成果层出不穷,但是爬壁机器人研究成果的应用前景一直不容乐观,鲜有应用成果,大多处于基础研究阶段,陷入技术瓶颈中,结合国内外爬壁机器人研究现状,分析爬壁机器人研究中的技术难点,探讨未来爬壁机器人发展与应用前景。     

轮式超声波检测爬壁机器人稳定性分析

针对圆柱型储罐检测要求,设计了一种轮式超声波检测爬壁机器人,分析了机器人爬行器能够适应的曲率半径范围。通过稳定性分析,建立了处于任意壁面倾角任意姿态爬行器的力与力矩平衡方程,分析了爬行器失稳形式及其产生原因。通过MATLAB仿真分析得到爬行器两种主导失稳形式,求得防止爬行器失稳最小吸附力,并分析了稳定吸附力与重力和壁面倾角以及姿态角等参数的定量关系。结果表明:爬行器的主导失稳形式是壁面滑移失稳和横向倾覆失稳,爬行器在壁面倾角处于π/2时稳定性最低,减轻爬行器重量稳定性会提高所需吸附力会减小。     

两足步行爬壁机器人控制系统的研究

本文提出了一种新的具有七个自由度的两足爬壁机器人，该爬壁机器人具有重量轻，控制精度高，速度快等特点。     

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...     

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.     

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。     

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。     

一种多吸盘爬壁机器人原型的研制

介绍了一种仿坦克的爬壁机器人原型设计，该机器人新颖之处在于采用多个吸盘组成的吸附机构和单链条爬行及转向机构，它可以在玻璃幕墙和船壳等墙面上连续爬行，并有一定的越障能力。主要阐述了爬壁机器人关键结构的设计、安全性分析、转弯技术和越障实现的设计思想，并简要对其控制系统进行了介绍。     

微型爬壁机器人研究的关键技术

首先论述了微型爬壁机器人的发展背景及与传统爬壁机器人的区别。然后对微型爬壁机器人研究的国内外现状及关键技术做了详细分析。     

爬壁机器人尖爪型仿生脚掌设计

为了设计出适合爬壁机器人使用的脚掌,对大黄蜂等昆虫的足掌结构进行了研究,同时对几种爬壁机器人脚掌结构进行了对比分析,采用了带有尖爪的仿生脚掌结构。该脚掌利用尖爪实现抓附,并由一根柔索传递驱动力;根据大黄蜂跗节链的运动机理设计了脚掌关节、脚掌跗节和脚掌尖爪,并辅以有限元法对其强度进行计算校核。实验结果表明,该尖爪型仿生脚掌可以实现多足爬壁机器人在粗糙壁面上稳定、可靠地爬行。     

立式金属罐容积检定爬壁机器人本体设计

介绍一种用于对立式金属罐容积检定的爬壁机器人设计方案。该爬壁机器人具有永磁吸附方式组成的吸附系统和四轮驱动式的轮式移动机构,其吸附系统镶嵌在轮式移动机构的车体中,且和壁面非接触。这种设计改进了传统爬壁机器人机械结构中存在的转向困难和容易对油罐壁造成损坏的缺陷,同时对其稳定性及可靠性进行了力学分析,并对总体控制系统设计进行了说明。着重阐述了直流电机与减速器的选型以及以AT89C51微控制器为核心构成的下位机硬件控制电路和相应的软件设计方法。     

基于静电吸附原理的双履带爬壁机器人设计

研究了基于静电吸附原理的爬壁机器人设计过程。针对静电吸附原理进行分析,对电极与壁面间产生的吸附力解析建模,通过实验验证静电吸附作用。根据静电吸附力的性质,设计履带式爬壁结构,借助Solidworks软件进行三维建模,分析双履带车质量、重心等关键参数。对机器人样机在壁面上发生吸附时的受力情况展开分析,确定提高爬壁机器人安全稳定性的改进措施。最后对机构运动控制系统作简要介绍。     

Development of a wall-climbing robot using a tracked wheel mechanism

In this paper, a new concept of a wall-climbing robot able to climb a vertical plane is presented. A continuous locomotive motion with a high climbing speed of 15m/min is realized by adopting a series chain on two tracked wheels on which 24 suction pads are installed. While each tracked wheel rotates, the suction pads which attach to the vertical plane are activated in sequence by specially designed mechanical valves. The engineering analysis and detailed mechanism design of the tracked wheel, including mechanical valves and the overall features, are described in this paper. It is a self-contained robot in which a vacuum pump and a power supply are integrated and is controlled remotely. The climbing performance, using the proposed mechanism, is evaluated on a vertical steel plate. Finally, the procedures are presented for an optimization experiment using Taguchi methodology to maximize vacuum pressure which is a critical factor for suction force.     

一种基于双相机焊缝跟踪的球形储罐爬壁机器人定位方法

针对具有很少甚至没有地标和缺乏良好照明条件的大型液化石油气球形储罐环境下,仅依靠里程计以及惯性测量单元的爬壁机器人定位精度较低,且存在较为明显的累积误差的问题,提出了一种新的解决方案,通过跟踪球形储罐表面焊缝相对于机器人的运动来改善机器人定位精度。首先,通过配备辅助光源,利用安装在机器人两侧的CCD相机进行图像采集,并实时对图像进行二值化处理,识别出焊缝特征区域并输出相应的检测信号,通过相邻时刻检测信号增量计算来估计机器人的相对位置;接着,提出了一种改进加权融合算法,用以实现各传感器之间的数据融合,该算法结合了自适应加权融合算法以及基于最小二乘原理的加权融合算法的优点,以对各加权因子重新分配权值的思想来对各个传感器数据进行最终融合,提高了测量精度以及动态适应性。最后,在实际环境以及虚拟环境下对该方法进行了实验评估,验证了该方法的有效性。实验结果表明,在没有良好照明条件及地标的球形储罐环境下,该方法可以保证爬壁机器人定位的准确性。     

四足步行机器人承载能力的分析与设计

首次提出并研究了空间缩放式腿机构四足步行机力分析及承载能力，建立并求解了四足步行机在不平地面行走时静不定支承约束系统的力分析模型。