爬壁机器人发展现状与关键技术研究综述

目的 随着爬壁机器人技术的发展,为解决其产品应用化问题,对爬壁机器人的研究进展进行梳理、分析和归纳,讨论未来的发展方向,为设计应用于高危环境和特殊场景的爬壁机器人提供思路和参考。方法 将爬壁机器人按移动方式分为履带式、轮式、足式及混合式,通过文献研究法对不同移动方式的爬壁机器人进行综述;将真空吸附、磁吸附、推力吸附等不同吸附方式的爬壁机器人进行对比,介绍了爬壁机器人自适应技术的研究现状及存在问题;总结并分析了爬壁机器人在工业、军事等领域的发展趋势。结论 总结了不同移动方式的爬壁机器人的国内外研究现状,分析了爬壁机器人不同吸附方式的优缺点,归纳预测了爬壁机器人的发展方向。     

磁吸附爬壁机器人项目通过鉴定

磁吸附爬壁机器人项目通过鉴定由哈尔滨工业大学承担的黑龙江省重点科技攻关项目“磁吸附爬壁机器人”已通过由省科委主持的技术鉴定。该磁吸附爬壁机器人是根据对石化工业中大量大容积金属储罐定期进行除锈、喷漆防腐作业这一目标而研制的。据了解，仅大庆油田就有几千只...     

轮-履-腿复合仿生机器人步态规划及越障性能分析

为了提高移动机器人的越障性能,实现其自主越障,设计了一种轮-履-腿复合仿生机器人,并对其进行步态规划和越障性能分析。首先,以海龟为仿生对象,通过分析其身体结构和稳定机理,设计了机器人的轮-履-腿复合式移动机构和二自由度支腿结构;同时,基于该机器人的结构特征,利用D-H(Denavit-Hartenberg)法建立了坐标系并求解了其支腿的运动学方程。然后,通过观察海龟的爬行过程,将其单个爬行步态周期内的动作分解成放腿、爬行、抬腿和摆腿,并结合运动学模型对机器人进行步态规划,提出了4种仿海龟爬行步态。接着,以机器人的四腿爬行步态为例,利用静力学方法分析了其支腿关节的受力情况,而后通过分析机器人跨越壕沟和攀越台阶的过程,以最大跨越壕沟宽度和攀越台阶高度为指标对其越障性能进行了评价。最后,制作了机器人实验样机,开展了步态实验和越障实验。实验结果表明,该机器人可以利用4种仿海龟爬行步态实现横向移动、纵向移动和原地旋转,且具有很好的越障性能和稳定性;机器人能跨越最大宽度为434 mm的壕沟,攀越最大高度为175 mm的台阶。实验结果进一步验证了所设计的仿海龟机械结构可行,所规划的仿海龟爬行步态合理...     

船舶密闭舱室探测机器人载体设计研究

根据船舶密闭舱室钢架结构特点,设计了永磁吸附爬壁机器人。运用Solidworks对机器人本体结构进行了设计,采用有限元法对磁吸附力进行分析,通过单片机控制及无线芯片收发信号,实现对机器人遥控。试验结果表明,在复杂的空间曲面上,机器人能可靠的吸附与灵活运动,因此可按需要搭载相关检测设备进入船舶密闭舱室进行检测。     

喷砂、喷漆、测量用磁吸附爬壁机器人

介绍了一种新研制开发的限带式磁吸附爬壁机器人,主要用于石化企业中对各类金属储罐作防腐维护使用,阐述了该机器人的结构,磁块的设计以及控制系统的组成,并简要介绍了该机器人的一些应用,开发了适于高层检测的涂层厚度自动检测系统。     

采用多媒体技术的爬壁机器人视觉导引控制

提出了采用多媒体技术进行爬壁机器人视觉导引控制，通过固定摄像机与移动摄像机相结合的视觉反馈方式、提高爬壁机器人视觉闭环控制系统精度的控制策略。这种控制方式可有效地改善人机接口界面，实现控制系统的小型化，使爬壁机器人具有一定的自主控制功能。     

可全程越障架空输电线巡线机器人设计

针对现有巡线机器人无法完全跨越所有地线障碍物的现状,提出一种新的巡线机器人越障方案.巡线机器人由单臂机构提供行走驱动力,双臂机构完成越障任务.该方案具有跨越所有障碍,且越障时动作简单,所需驱动力少的特点.通过理论分析及软件仿真的方法对巡线机器人越障关键环节进行分析,得到机器人越障过程的运动特性.在此基础上,制作出试验样机,并在模拟线路上进行越障实验,结果表明:该设计方案能完成预定的越障功能.证明了这种新的越障方案的有效性及可行性.     

履带式磁吸附爬壁除锈小车应用浅析

随着大量石油天然气储罐数量的增多,对大型容器的防护和表面处理工作也与日俱增,迫切需要一种能够节省人力、物力、财力的自动化除锈设备,针对钢制储罐除锈的工作环境和作业性质,提出用履带式磁吸附爬壁除锈小车取代人工除锈作业,并对履带式磁吸附爬壁除锈小车在竖直壁面和天棚壁面上的两种工作状态进行分析。     

一种爬塔机器人的设计、仿真与控制

目前风力发电领域中对风轮机塔筒以及叶片的定期清洗、检测与维护任务主要依靠人工的高空作业,存在高风险.为解决这一问题,提出了一种包含3层平台(采用同步带和链条组合方式对缩放机构抱紧的两层升降平台和采用小车与弹簧钢带组合方式对缩放机构抱紧的一层旋转平台)的爬塔机器人.用多体系统动力学仿真软件RecurDyn对该爬塔机器人的主要机构进行了仿真分析,结果符合爬升、旋转以及收缩的运动要求.最后,进行了该爬塔机器人系统软、硬件的电路设计,利用TM320CF2812实现了对该爬塔机器人爬升运动机构、旋转运动机构以及缩放运动机构的控制,结果符合安全性的要求.通过设计、仿真以及控制该爬塔机器人,解决了英国南岸大学Ring机器人现有的缺陷,具有一定的创新性和优越性.     

多功能六足轮腿式机器人设计

本文通过模拟足形昆虫腿结构,并且结合轮式机器人的特点,设计了一种多功能轮腿式六足机器人。该机器人具有足式行走和轮式行走两种方式,提高了机器人的运动效率;机器人两个足可以转换为操作臂,并设计了操作臂末端夹持器,实现对物体的夹取。对机器人电子控制系统进行了设计,并通过增添多种外围设备丰富机器人的功能。     

Magnetic Field Analysis and Structure Design of a New Magnetic Wheel for Wall-Climbing Robot

Journal of Superconductivity and Novel Magnetism - According to the working requirements of the wall-climbing robot, a wall-climbing method using a permanent magnet wheel to realize wall surface...     

爬壁机器人在大型立式储罐径向偏差测量中的研究与应用

设计了一种基于爬壁机器人原理的立式金属罐径向偏差自动测量系统。爬壁机器人采用永磁性履带吸附罐壁进行垂直运动,设计了机器人的机械系统、电气系统以及软件控制系统,并以一座1000m³的拱顶立式金属罐作为研究对象,根据JJG 168-2005和JJG 988-2004的技术要求对其进行现场试验。试验结果与参照值之差最大为1mm,验证了该方法的有效性;同时在保证原有检定精度的基础上,该测量系统提高了计量检定效率及安全性。     

轮式爬壁机器人转向稳定性研究

针对四轮爬壁机器人在铅垂壁面上转向失稳的问题展开研究。首先,基于机器人驱动轮与铅垂壁面相互作用的赫兹接触理论,提出了一种机器人摩擦力模型,利用线性积分算法求解出机器人驱动轮转向过程中的纵向摩擦力、横向摩擦力和转向阻力矩;然后,通过机器人动力学建模,推导出转向过程中的驱动力矩关系式,并利用MATLAB仿真得出不同转弯半径、不同磁吸附力和不同负载质量所对应的驱动力矩值随转向角近似呈正弦变化趋势。最后,进行了机器人转向稳定实验,结果显示驱动力矩的实测值与仿真值基本吻合。仿真和实验结果表明,控制转弯半径为0 m、调节磁吸附力为1 000 N和限定最大负载质量为27 kg,能够保证机器人转向稳定,有效解决轮式爬壁机器人转向失稳的问题。研究结果可为四轮爬壁机器人的路径规划和转向稳定性控制提供理论依据。     

Three-Dimensional Analytical Modeling of Axial-Flux Permanent Magnet Drivers

In this paper, the axial-flux permanent magnet driver is modeled and analyzed in a simple and novel way under three-dimensional cylindrical coordinates. The inherent three-dimensional characteristics of the device are comprehensively considered, and the governing equations are solved by simplifying the boundary conditions. The axial magnetization of the sector-shaped permanent magnets is accurately described in an algebraic form by the parameters, which makes the physical meaning more explicit than the purely mathematical expression in general series forms. The parameters of the Bessel function are determined simply and the magnetic field distribution of permanent magnets and the air-gap is solved. Furthermore, the field solutions are completely analytical, which provides convenience and satisfactory accuracy for modeling a series of electromagnetic performance parameters, such as the axial electromagnetic force density, axial electromagnetic force, and electromagnetic torque. The correctness and accuracy of the analytical models are fully verified by three-dimensional finite element simulations and a 15 kW prototype and the results of calculations, simulations, and experiments under three methods are highly consistent. The influence of several design parameters on magnetic field distribution and performance is studied and discussed. The results indicate that the modeling method proposed in this paper can calculate the magnetic field distribution and performance accurately and rapidly, which affords an important reference for the design and optimization of axial-flux permanent magnet drivers.     

永磁涡流风力制热装置的参数设计

永磁涡流制热是利用风能的一种制热形式,因其对风质要求低、装置结构相对简单且拥有较高的制热效率,是分布式能源的有效应用。以永磁涡流制热装置为研究对象,根据电磁场原理推导制热装置运行输入转矩,将其与垂直轴风力机输入转矩进行对比,建立关于装置内部不同部件之间几何参数关系的数学模型,确定永磁涡流制热装置各部件结构参数,为永磁涡流制热装置布置的参数设计提供参考。     

冲击载荷下永磁式电涡流减振器设计及动态特性分析

为研究轮式车辆的电涡流减振器在行进间冲击载荷下的动态特性,结合电涡流理论设计了一种永磁式电涡流减振器,并基于等效磁路模型和麦克斯韦方程分析了其导体筒表面空气间隙处磁感应强度与阻尼力之间的关系;同时,利用有限元法对永磁式电涡流减振器的静、动态磁场分布进行了研究,并分析了不同结构参数对其阻尼特性的影响及不同运动速度下的示功特性曲线。通过建立1/4车辆悬架动力学模型和基于高斯滤波白噪声的随机路面激励模型,对车辆行进间冲击载荷下永磁式电涡流减振器的动态特性进行了分析。结果表明：永磁式电涡流减振器的磁场在动态条件下会发生退磁以及磁感线趋速聚集现象,各结构参数对其阻尼特性的影响较大;永磁式电涡流减振器的响应速度快,压缩、复原阻尼力恒定且平稳,可以高效、快速地消除轮式车辆越野时受到的路面激励和车载武器射击时的冲击载荷,能够有效抑制车体振动。研究结果对提高轮式车辆的越野机动性以及车载武器的射击精度具有重要意义。     

Numerical and Experimental Investigation to Reduction of Sedimentation of Particles in MRFs with Permanent Magnets

A method to reduce the sedimentation of the ferromagnetic particles in magnetorheological fluids (MRFs) is studied with numerical simulation and experiment. It shows that, making use of the magnetic field generated by a permanent magnet put simply above an MRF, the sedimentation of the particles in the MRF can be reduced remarkably. The magnetic force on a ferromagnetic particle and that on a particle chain are computed with the finite element (FE) code ANSYS. It reveals that the magnetic force on a particle-chain is much larger than the sum of the magnetic force on each individual particle in the chain without considering the interaction between the magnetized particles. The improvement of the sedimentation stability of MRF samples with permanent magnets is also investigated experimentally with a specially designed testing device, and it is found that a proper choice of the permanent magnet and the distance between the MRF sample and the permanent magnet can efficiently improve the sedimentation stability of MRFs.     

高冲击载荷作用下平面式电涡流阻尼器特性数值模拟研究

为探究平面式电涡流阻尼器在冲击环境中的应用特点,开展了高冲击载荷作用下平面式电涡流阻尼器响应特性数值模拟研究.基于ANSYS Maxwell电磁学有限元软件建立平面式电涡流阻尼器二维数值仿真模型,分析了永磁体和磁靴结构尺寸、导电层和导磁层厚度以及气隙间距对电磁阻尼力的影响.研究结果表明:平面式电涡流阻尼器能够满足安全制...