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.     

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。     

大型油罐爬壁机器人吸附结构的优化设计

以用于大型油罐视频检查的爬壁机器人为背景,对爬壁机器人的吸附结构进行优化设计。综合已有的吸附结构方式,结合实际应用环境,选择履带式永磁吸附方式,通过分析爬壁机器人可能的失效形式,计算得到了最小吸附力,并在仿真实验的基础上,分析比较了最小吸附单元可能的四种结构形式,确定了吸附单元最终的结构形式,计算校核该种结构形式的吸附力的可靠性。最小吸附单元包括永磁体、扼铁、隔磁块,磁吸附力大小主要受尺寸、结构布局的影响,利用SolidWorks建立最小吸附单元的三维装配模型,将装配模型导入ANSYS Workbench中,对模型进行磁场分析得到其磁通密度云图和磁吸附力云图,将分析结果进行比较选择,确定理想模型吸附力的大小,最终通过试验制造,验证吸附结构的真实承载情况。     

滑动式爬壁机器人负压吸附机构低能耗设计

为解决目前滑动式爬壁机器人能耗效率低下的问题,将低能耗设计技术应用到负压吸附机构设计中.开展了机器人安全吸附、负压吸附机构流体力学分析,得到了机器人工作负压、流量与吸盘尺寸、密封裙尺寸的关系,建立了机器人总体能耗与机器人尺寸之间的关系,并提出了应用现代计算流体力学方法,在负压发生器即离心风机上进行了流场仿真,对其特性进...     

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.     

双动力臂爬壁机器人吸附系统设计

设计了一种能够适应多种壁面、安全性高的爬壁机器人吸附系统。介绍了机器人的机械结构和运动原理,并详细论述了机器人吸附机理和真空回路。在此基础上,通过计算和比较,设计出一种通用双动力臂爬壁机器人吸附系统。分析表明,该机器人吸附系统安全可靠,有较强的越障能力,能较好的适应各种材质和倾角壁面的作业要求。     

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。     

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。     

一种爬壁机器人的吸附机构分析和设计

真空吸附爬壁机器人在各行业具有良好发展前景,但是应用于飞机蒙皮检测的真空吸附式机器人的研究尚处于研究阶段。该文通将过飞机蒙皮检测机器人平台为切入点,对一种爬壁机器人的真空吸附机构进行设计。着重通过结合机器人整体性能和功能以及工作环境对真空吸附系统的核心部件——吸附机构进行设计和测试,并且对吸附机构的结构、性能、稳定性等方面进行系统的分析和探讨。     

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。     

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。     

风电塔筒爬壁机器人吸附结构优化设计及试验研究

为适应风电塔筒外壁作业需要,设计了一种可自适应曲面的永磁吸附履带式爬壁机器人,并对吸附结构进行了优化。首先建立了爬壁机器人在壁面的吸附力学模型,分析了爬壁机器人永磁吸附单元所需要的最小吸附力;其次设计了永磁吸附单元的基本结构及履带上永磁吸附单元的排列方式,通过有限元软件分析了不同设计参数对永磁吸附单元吸附力和磁质比的影响,并基于响应面模型,通过多目标优化分析得到了设计参数的最优值;最后通过永磁吸附单元和整机试验验证了吸附结构优化结果的可靠性及爬壁机器人负载稳定性。     

基于章鱼吸附机理的爬壁机器人吸附技术

章鱼吸盘具有较强吸附力和较低的能量消耗,其吸附机理对爬壁机器人吸附技术具有重要的借鉴作用。主要论述章鱼的吸盘结构和吸附机理,为研究学者提供了章鱼吸附的基础理论,促进中国爬壁机器人吸附技术的研究与发展。     

负压爬壁机器人吸附系统研究

系统研究了爬壁机器人的负压吸附系统。针对负压爬壁机器人的吸附力利用效率,研究了其运动系统结构对吸附力配置的影响。根据吸附力利用效率的差异,提出了若干移动机构及密封机构的构成方案并分析了其综合性能。对负压吸附系统各个元件进行了热力学分析,阐述了吸附系统的气路状态变化过程,揭示了吸附原理的实质。利用CFD对吸附系统气流在流场中的状态变化进行了仿真。最后,通过研制的负压式爬壁机器人样机验证了吸附系统的可靠性和稳定性。     

爬壁机器人变密度拓扑优化吸附结构研究

针对目前爬壁机器人自身重量过重、机身结构过于复杂的问题,提出一种爬壁机器人吸附结构变密度拓扑优化法.通过对爬壁机器人吸附于壁面时影响较大的主要结构部件进行三维建模,引入变密度拓扑优化法对所选用的部件在Ansys Workbench软件中进行结构优化.根据机器人工作实际情况设置边界条件和载荷,合理去除爬壁机器人主体部件中...     

基于反移动凸轮的爬壁机器人运动吸附方案

提出了一种爬壁机器人的运动吸附方案,利用反移动凸轮机构,以简单的机械方式实现了吸附组件在装置运动过程中相对于壁面的自动吸附与脱离;同时利用履带式运动机构,保证了机器人运动的平稳、连续与效率.方案对每个吸附组件所需的吸附力进行了理论分析并引进了真空系数的概念,在分析了运动吸附装置吸附能力的基础上,进而找出了真空系数,吸附组件和壁面间摩擦因数以及所需吸附组件的数量之间的关系,给出了计算反移动凸轮机构中柱塞行程的方法,为方案的实现奠定了基础.最后,给出了验证实例,验证了方案的可行性.     

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。     

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。     

油罐容积检测用爬壁机器人控制系统研制

本文讨论了爬壁机器人的控制系统设计。该机器人为石油油罐测量专用机器人。文中阐述了该机器人控制系统设计需考虑的几个问题，介绍了该系统的软、硬件。     

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。