带仿生吸盘的微型爬壁机器人设计及其吸附特性

针对现有爬壁机器人负压吸附装置不易微小型化的缺点,通过归纳生物负压吸附器官的结构特点,应用新型功能材料形状记忆合金作为驱动器设计了一种仿生负压吸盘,并以该吸盘为吸附机构,设计了一种微型爬壁机器人.在对仿生吸盘中的弹性体板作受力分析的基础上建立了该吸盘负压产生模型,并分析了机器人在垂直壁面上运动的安全性条件.实验表明,该仿生吸盘能作为的微型爬壁机器人的吸附机构,带仿生吸盘的微型爬壁机器人能在倾斜玻璃壁面上爬行.     

爬壁机器人磁吸附组件优化设计与试验研究

针对工业生产需求,以安全吸附和灵活行走为设计目标,提出可吸附在钢制结构物壁面作业的爬壁机器人.阐述爬壁机器人机械结构及相关的工作原理,分别论述磁吸附爬壁轮、清洗回收组件等子系统的结构原理;为了防止机器人发生滑移、倾覆,分析爬壁机器人不同的失稳形式,建立爬壁机器人的静力学模型,得到爬壁机器人抗失稳的磁吸附力;为了确保磁吸附组件的质量最小、磁吸附力最大,通过引入磁质比,分析结构参数对磁吸附组件性能的影响,得到最优的结构尺寸.通过实验获取磁吸附组件的吸力特性和爬壁机器人的负载、运动特性,验证磁吸附组件优化设计的可行性.     

新型爬壁机器人越障机理及能力研究

爬壁清洗机器人是在危险的高层建筑环境下替代人进行清洗工作的机械,其可靠性和稳定性尤为重要. 在分析传统爬壁清洗机器人弊端的基础上,针对玻璃存在的窗框障碍物,设计一种四旋翼摆臂式爬壁清洗机器人.机器人基于履带式底盘结构,通过旋翼旋转产生推力提供壁面行走所需的吸附力,并设计相应的机器人摆臂变形机构,增加机器人的壁面越障能力. 从运动学角度分析机器人越障时的运动机理,建立机器人壁面攀爬的运动学模型. 在RecurDyn的Track LM模块环境下,对机器人越障过程进行运动学仿真,得到驱动轮的驱动转矩、旋翼推力随时间变化曲线;对Y轴重心位置和加速度变化曲线分析,机器人在越障过程中能够保持良好的平稳性,论证了四旋翼摆臂式爬壁清洗机器人的越障能力和越障过程中的平稳性.     

无源真空吸盘爬壁机器人动力学分析

基于无源真空吸盘的爬壁机器人是一种新型壁面爬行装置。阐述了无源真空吸盘的概念,建立了无源真空吸盘履带爬壁机器人力学模型,在此基础上研制成功一台爬壁机器人。实验表明该机器人能够在玻璃壁面上稳定爬行,验证了理论分析的正确性。     

推力吸附爬壁机器人的优化设计与试验

介绍共轴式双旋翼推力吸附爬壁机器人,通过优化推力吸附机构和机架,增强负载能力、降低能耗、增加续航时间. 采用控制变量法控制推力吸附机构的气动参数如叶片数、桨叶安装角、间距比等,建立不同气动参数下机器人气动模型并进行流场仿真。基于仿真结果,完成推力吸附机构的优化设计;基于拓扑优化用构建响应面叠加多目标遗传优化算法（MOGA）、直接单目标自适应优化算法（AS-O）优化,完成机器人机架结构参数优化设计。与初始结构相比,机架上、下层板质量分别降低了55.62%、25.39%. 试验推力吸附机构和机器人攀爬能力,结果表明,推力吸附机构气动仿真结果可靠,上、下层旋翼旋转中心轴偏差与推力吸附机构性能关系密切,机器人具备良好壁面攀爬能力.     

基于圆筒攀爬车磁吸附设计的研究

圆筒攀爬车属于工业爬壁机器人的一种,能够在化工容器圆筒体的垂直壁面平稳灵活地移动,综合应用了普通地面移动机器设计与吸附设计.针对圆筒攀爬车的工作环境和自身性质选定吸附设计;在ANSYS MAXWELL14.0软件环境下,建立对应静磁场仿真模型,按对应环境参数设置变量并具体定量分析了现有设计在与壁面保持不同距离时整体所受磁吸附力大小的变化;讨论了吸附装置两种不同磁场布置的性能优劣.在实际工程实验中,检验了理论分析的结果,证实了吸附装置的运行可靠性,并为该型磁吸附装置的调节提供了依据.     

管道内壁四足爬壁机器人的运动学与步态规划

研究用于检测气体绝缘金属封闭开关（GIS）内部的负压吸附管道内壁四足爬壁机器人. 分别对机器人的腿部和机身进行运动学分析,采用改进的牛顿迭代法解决机身正运动学求解困难的问题. 对机器人沿管道轴向和圆周方向的爬壁运动进行步态规划,提出运动过程零冲击的轨迹规划方法. 使用Adams进行运动仿真,并在四足爬壁机器人样机上进行水平和垂直管道的全方位爬壁实验. 结果表明：机器人的运动轨迹与所规划的步态一致,运动过程中速度与加速度无突变,运动平稳,无明显冲击,运动学模型的正确性和所规划步态的合理性得到验证. 在GIS管道的实际检测应用中,实现机器人在不同工况下的平稳爬壁运动与检测.     

模块化小型爬壁机器蠕虫

针对现有爬壁机器人吸附装置的体积和功耗大,难以适应爬壁机器人小型化等问题,提出一种蠕虫型爬壁机器人。对该机器人结构进行了模块化、小型化的设计,并进行了爬壁实验。     

双足爬壁机器人三维壁面环境全局路径规划

为求解双足爬壁机器人在三维壁面环境中的全局路径,提出了一种结合壁面可过渡性分析、全局壁面序列搜索和壁面过渡落足点优化的规划方法. 首先,为得到双足爬壁机器人在壁面间过渡的可行性,通过机器人可达工作空间与壁面简化处理将其转化成几何图形相交测试问题. 然后,用图搜索方法找出全局壁面序列, 再以路径最短为目标建立数学模型优化求解壁面序列中相邻壁面间最优过渡落足点,最终得到最优全局路径. 以双足爬壁机器人W-Climbot为对象做仿真验证,仿真结果表明该方法在5至20个壁面构成的三维环境中,机器人在不同壁面间的可过渡性分析与全局壁面序列搜索过程平均耗时只需2 ms,求解得到优化全局路径的比例为95%,平均耗时均在4 s以内. 该方法可以为双足爬壁机器人提供优化的全局路径并为其下一步的运动规划奠定基础.     

多功能履带式磁吸附爬壁机器人的姿态控制研究

石化企业中金属大罐的防腐作业主要由人工来完成,既费工,费时、效率低,又很危险,为此,研制磁吸附爬壁机器人来代替人进行喷砂、喷漆等防腐作业和喷漆厚度的检测。该机器人采用永磁吸附双履带结构,可跨越罐壁上５－１０ｍｍ的突起物,控制系统采用ＳＴＤ总线工业控制计算机,遥控操作。     

起重机用打磨机器人结构设计

根据起重机无损探伤检测要求,对起重机用打磨机器人进行总体布局和结构设计,并结合其使用环境和工作要求选择了双履带、永磁吸附式的总体结构。打磨机器人传动机构选用链传动,其驱动方式按实际控制的需要选择步进电机驱动;打磨机构采用电机驱动,工作时打磨压力由压缩弹簧提供,并由电磁铁来控制工作状态。打磨机器人在起重机构件上的固定采用磁吸附式吊挂结构。     

爬墙机器人研究与制作

随着高层建筑的日益增多,高空作业需求越来越大,催生了对攀壁机器人的市场需求。设计制作了一种爬墙机器人,它能够到达垂直平面的任何地方,其机械结构合理、紧凑,重量轻,行动灵活,可靠性高,有良好的人机交互接口,可进行远程遥控及自动运行。分析了爬墙机器人在墙壁上灵活运动需解决的关键问题,设计了机器人的结构及吸附和运动的方式,并基于PRO/E三维软件的模拟仿真,制作了采用真空吸附系统的多自由度壁面灵活运行机器人。实现了爬墙机器人在墙壁上可靠吸附与灵活运动的功能。     

高层建筑外墙壁喷涂机器人的机械结构设计

为改变人工搭乘吊篮进行高层建筑外墙壁粉刷的现状,从而提高粉刷效率,减轻劳动强度,设计了一种可用于高层建筑外墙壁喷涂的机器人。该喷涂机器人采用真空吸附原理,吸附在垂直墙面上,并通过履带行走。使用远程影像传输和远程遥控实现高层建筑外墙壁喷涂的目的。     

"穿地龙"机器人总体方案分析与研究

通过对国内外地下管线非开挖技术发展的分析,设计了应用于中、小管线铺设的“穿地龙”机器人,根据总体方案的要求,确定由气动二冲击机构、转向机构测试部件组成的本体方案,分析锥形钻头的旋转空间,针对机器人在土中的实际运行,确定机器人位置姿态、温度及压力等物理量的测量方案,最后,采用微机操作实现自动控制。     

机器人孔口倒角加工振动及抑制

在分析机器人倒角切削振动成因的基础上,提出机器人反向倒角切削振动抑制方法.首先通过构建机器人倒角切削力以及压脚压力作用下的系统动力学模型,对振动成因进行分析,发现在轴向力作用下机器人产生明显动态变形,在径向力与切向力作用下机器人则发生明显强迫振动;进而提出一种机器人反向倒角切削方法,以消除轴向力对机器人的作用,并通过压脚压力的合理选取抑制强迫振动的发生;最后通过机器人正反向倒角对比试验,验证了机器人反向倒角切削的可靠性.试验结果表明：机器人反向倒角切削表面粗糙度小于Ra1.6 μm,孔口宽度差最大为0.05 mm.     

High-performance wall-climbing robot for inspection and maintenance

A wall-climbing robot that can continuously work on many types of wall surfaces has been developed. This robot based on low-vacuum adsorption principle consists of a locomotion mechanism, a sealing device, a fluid machine and a detecting system. The adsorption force is analyzed in details and its influencing factors are given. The robot prototype, which has the features of high adhesion efficiency, light body in weight, small size in structure and good capability in payload, is tested in outdoor and indoor environments. Through the experiments, the influences of the impeller slit and the seal clearance are discussed. In addition, the robot functions such as adsorption performance, locomotion performance and wall adaptability are tested by experiments. The experiments have verified that the robot not only can climb on many types of wall surfaces, but also has outstanding locomotion ability and payload capacity.     

永磁无刷直流电动机反电动势及定位力矩的计算与仿真

以一台八极方波永磁无刷直流电动机为例,建立了给定电机的求解域和假设条件下的有限元方程,采用有限元法计算了电机的瞬态电磁场和稳态电磁场,给出了反电动势和定位力矩的计算方法.在此基础上,仿真了空载和负载下的电机反电动势,并且对不同磁钢尺寸下的定位力矩进行了分析计算.计算表明,受电枢反应和换向电感的影响,反电动势有较大波动,定位力矩的大小同磁化方向长度和极弧系数成正比关系.     

永磁吸盘设计与优化

以风力发电塔筒攀爬车永磁吸盘为研究对象,针对传统磁路优化过程中实验周期长,计算难度大的问题,提出了一种能够在给定设计空间内快速选择出较优结构参数的方法。首先通过应用正交实验的方法确定进行仿真的不同参数的组合方式,减少选择出最优参数所需的实验次数,然后运用ANSYS对永磁吸盘进行有限元仿真,确定选定参数下所能产生的吸附力大小,分析得出不同磁路和尺寸参数对永磁吸盘的影响。最终依据不同参数对永磁吸盘的影响,得到了在给定设计空间内符合使用条件吸附力最大的永磁吸盘结构。验证结果表明综合运用有限元方法和正交实验方法进行磁路优化,能够有效减少实验次数,避免复杂的公式求解过程,快速得出较优永磁吸盘结构。