轮履组合式磁吸附爬壁机器人设计与稳定性分析

为解决永磁吸附装置与导磁壁面之间由于吸附性能不可靠而产生的失稳问题，文中设计了轮履组合式磁吸附爬壁机器人，设计出越障磁轮结构及磁吸附履带结构。首先，针对爬壁机器人在不同工况下的受力状态，建立机器人的力学模型；其次，分别分析了下滑、倾覆及侧翻的失稳状态，计算出满足稳定性的最小吸附力。当单侧越障磁轮吸附力大于10.85 N,单侧磁吸附履带吸附力大于14.63 N时，机器人就不会出现失稳现象。通过Maxwell仿真软件对越障磁轮及磁吸附履带分别开展磁场仿真与参数化扫描分析研究。结果表明：当越障磁轮气隙高度保持在1 mm内，磁吸附履带气隙高度保持在0.8 mm内，同时导磁壁面厚度在2 mm及以上时，机器人的吸附力才能满足不失稳条件，保证了机器人的爬壁可靠性。     

储油罐在油检测机器人结构设计与运动分析

针对大型石油罐罐底与罐壁缺陷的在油检测问题,设计出一种可爬直角壁的四轮四轴液压驱动式磁力吸附爬壁机器人,机器人可在石油罐内实现罐底与罐壁间的双向直角过渡攀爬、90°转向及工作间隙调节等动作.安装于机器人腹部用于其正常行走的磁吸附装置采用45块(6×6×3) cm Halbach阵列布局的永磁铁块;机器人前后两端用于爬直角壁的磁吸附装置使用10块(5×4×4) cm Halbach阵列布局与6块(4×4×2.5)cm普通布局的永磁铁块.将腹部及前后端部磁吸附装置的永磁铁块在Ansoft软件中进行磁吸附力计算,得出合理的磁吸附力与工作间隙.并基于计算结果,用ADAMS软件完成机器人各动作的仿真试验.仿真结果表明,针对大型石油罐缺陷在油检测,该四轮四轴式液压驱动磁力吸附爬壁机器人结构方案是可行的.     

基于旋翼负压混合吸附的爬壁清洗机器人系统动力学性能研究

针对爬壁清洗机器人越障时,负压装置的吸附力下降导致吸附不稳定的问题,设计了一种旋翼负压混合吸附工作的多边形履带清洗机器人,并对爬行稳定性及越障性能进行了动力学分析。首先根据机器人爬壁的运动原理,建立机器人沿玻璃幕墙上的动力学模型,计算出电机理论驱动力矩;其次分析机器人在跨越障碍过程中的运动模型,结合与壁面接触的实际受力状态,对越障过程中关键阶段的本体倾翻、滑移两种失效形式进行运动学和动力学分析;然后根据玻璃幕墙实际的障碍高度,确定多边形履带的参数和理论驱动力矩的大小,并研制了实验样机进行爬行和越障试验,结果表明所设计的机器人具有良好的越障性能。     

履带式爬壁机器人受力分析与稳定性仿真研究

针对机器人壁面上运动的稳定性问题,对永磁履带式爬壁机器人的结构特点和壁面受力进行了分析。为了便于受力分析,提出了载荷分布系数的新定义,建立了爬壁机器人的静力学模型、直线运动模型及转弯运动模型。利用Matlab软件对永磁铁吸附力、电机所需转矩、壁面倾角、载荷分布系数之间的关系,以及爬壁机器人的壁面受力进行了理论推导和数值仿真。研究结果表明,磁铁的吸附力指标主要决定于履带载荷分布系数和壁面倾角,磁铁的吸附力大小对转弯运动的灵活性有很大的影响,电机转矩要求主要决定于磁铁吸附力和壁面倾角。机器人运动模型的仿真结果与相关文献的实验结果一致,验证了运动模型的有效性,确定了影响稳定性的主要参数,给爬壁机器人的优化设计提供了依据。     

永磁轮式爬壁微机器人尺寸优化设计研究

给出了一种全向的永磁轮式爬壁微机器人。为获得爬壁机器人运动所需力矩和磁力与其尺寸设计之间的关系,研究了其动力学分析方法。结合爬壁机器人自身永磁轮尺寸、永磁轮间距、转向齿轮传输比、底盘半径、所需磁吸附力等设计约束,构造所需驱动力矩最小为目标函数,对其主要尺寸参数进行了优化设计。通过ANSOFT磁力仿真、Pro/Engineer机械仿真和MATLAB计算对爬壁机器人整体尺寸优化设计进行求解。对仿真计算结果进行了分析比较,证明上述设计方法的可行性。     

风电塔筒爬壁机器人吸附结构设计分析

针对风电塔筒外壁面检修困难的问题,对当前风电塔筒检修的方式、缺陷、需求进行了分析,对现有爬壁机器人的机械结构、吸附方式、主要功能进行了归纳,提出了一种可适应曲面吸附爬行的新型机器人机构。该机构可辅助或替代人工进行风电塔筒的检修,具备两个旋转自由度,采用了一种新型永磁爬壁吸附结构,可稳定吸附于风电塔筒外壁面并在壁面移动;利用Solidworks、Maxwell等软件进行了爬壁机器人的结构建模及吸附机构的吸附力仿真;对爬壁机器人在不同的失稳条件下进行了受力分析,得到了所需吸附力数值;将吸附单元仿真结果与计算所需吸附力进行了比较。研究结果表明:该爬壁机器人吸附能力符合稳定吸附要求,可以稳定吸附于风电塔筒外壁面。     

轮足式磁吸附越障爬壁机器人设计与分析

针对现有爬壁机器人负载能力弱、复杂障碍地形下适应能力差以及运动柔顺性不足等特点,提出了一种基于轮足复合式运动与非接触变间隙永磁吸附的柔顺越障爬壁机器人。在分析石化储罐、船舶等非结构化设备作业环境特点和功能需求的基础上,融合构型主被动理念,设计了机器人移动本体并对主被动越障步态进行了规划;对机器人在不同工况下的稳定性进行分析,建立了机器人安全吸附的数学模型;建立了机器人直行与转向下的动力学模型,分析了机器人的转向灵活性;结合机器人金属立面智能控制需求,对机器人的智能控制系统进行了设计。通过样机平台实验表明,机器人能够实现灵活的主被动越障,具有自适应柔顺运动以及大负载的能力。     

一种基于磁力吸附的储罐爬壁机器人本体设计

对于大型储罐焊缝缺陷自动化检测,爬壁机器人需完成自动化全方位扫查。针对储罐爬壁机器人在不同运行工况下的受力状态,建立爬壁机器人力学模型,分析获得不下滑、不纵向倾覆、不横向侧翻以及复合状态下失稳状态危险点,应用Maxwell软件对永磁吸附轮受力状态进行仿真与优化设计,使之满足吸附要求。同时,设计具有辅助吸附功能的编码轮结构,在反馈位置信息的同时,补充安全吸附力的裕度,以增加其越障和抗失稳能力。最后,依据设计模型制造出爬壁机器人本体并进行测试实验,实验结果证明该机器人能在各种危险点处实现带负载稳定全向驱动运行。     

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。     

一种新型爬壁机器人越障过程的运动及动力学分析

提出一种能满足不同避障要求的轮足复合式爬壁机器人,利用凯恩法建立其动力学模型。基于该模型,推导爬壁机器人在极限运动状态下的吸附力方程,并建立稳定性裕度约束条件,获得满足稳定性要求最小吸附力与机器人极限运动状态的函数关系。在不同避障要求的工作环境下,为合理控制吸附力大小提供理论依据。     

基于机体翻转的四足机器人翻越台阶过程的运动学分析

为了提高四足机器人的越障能力,提出一种基于机体翻转的台阶翻越方法。在台阶翻越过程中,可以将四足机器人等效为平面连杆机构。对一个完整的翻越过程进行了运动规划,将其划分为5个阶段;然后分别对每个阶段进行了运动学建模与仿真分析,得到机器人各关节角位移的变化曲线以及机体重心的位移曲线。最后讨论了机器人台阶翻越能力与几何参数之间的关系,分析结果表明,采用该方法研制的四足机器人具有较强的台阶翻越能力。从运动学角度验证了四足机器人翻转式翻越台阶的可行性,对足式机器人的越障方式进行了有益的探索,为进一步的研究提供了理论基础。     

轮足式机器人机构设计及越障性能分析

越障能力和地形适应能力是移动机器人性能评价的重要指标。以提高越障能力为目标,设计了一种轮足式越障机器人,采用头部连杆机构辅助越障,同时对其头部连杆机构进行了参数设计。利用瞬时功率守恒原理建立了越障机器人的运动学方程,得到了越障过程中的速度变化规律,在此基础上,采用Adams进行了机器人运动仿真,模拟机器人爬越台阶面的运动情况,并分析了机器人爬越台阶面的越障性能。结果表明,所设计的轮足式机器人具有良好的越障能力。     

飞机蒙皮检测爬壁机器人结构设计与运动分析

针对传统的飞机蒙皮检测技术效率低、工作周期长、识别率差等问题,提出了一种能够自主完成飞机蒙皮检测工作的螺旋桨推力吸附式爬壁机器人.首先,以爬壁机器人应用背景为基础,进行了机器人的机械结构设计,以履带传动作为其移动机构,设计了相应的履带变形机构,提升其自适应越障性能,并利用螺旋桨提供其反向运行吸附力;其次,分析了其爬坡运动稳定性;最后,建立了机器人的运动学模型,分析了其越障能力,论证了其应用于飞机蒙皮检测的可行性.     

大型承压设备爬壁机器人磁桥设计和试验研究

针对大型承压设备轮式爬壁机器人磁轮吸附力不足的问题,对爬壁机器人磁吸附结构进行了优化设计与实验研究。通过爬壁机器人受力状态及吸附力要求的物理分析,提出了磁轮与磁桥结构相结合的磁吸附方式;利用建立的有限元仿真模型,确定了最佳永磁体长度、高度、宽度等规格参数,并研究了磁桥与容器壁面空气间隙对爬壁机器人吸附力的影响;设计磁吸附力测试装置进行了实验,然后与有限元仿真结果进行了对比。研究结果表明:该磁桥结构能够为轮式爬壁机器人提供充足的吸附力,能避免机器人爬行过程中出现的向上爬行打滑和横向爬行侧滑问题。     

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。     

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。     

基于Ansoft的爬壁机器人吸附装置分析及设计

为了满足风力发电机检测的爬壁机器人在竖直塔筒外壁面安全吸附、移动平稳自如、具备一定的负载能力,设计了一种新型永磁吸附装置。根据Ansoft软件进行永磁铁磁场分析,确定吸附单元的最佳形状、尺寸参数,以及不同间隙下的吸附力变化规律,根据结果设计了一种磁能利用率极高的磁吸附装置,保证机器人在壁面运动时具有足够大吸附力的同时,吸附装置自身体积质量最小,符合爬壁机器人自身重量尽量轻的要求。     

小型吸附式爬壁机器人机械结构及平衡性

设计并制作了一种爬壁机器人,代替人类完成攀爬和检测任务,其主要功能包括在垂直平面上的直线行走、任意曲线行走、两垂直墙壁内角的翻越、垂直墙壁与水平面之间内角的翻越等.机器人采用两层结构,上下层由铰链连接,上下两层之间通过一铰接的移动副产生相对移动,完成爬壁机器人躯干的移动动作.吸附式爬壁机器人的吸附功能由连接在腿上的吸盘完成.机器人由真空发生器产生真空,使真空吸盘与墙面紧密吸附.根据机器人的各种运动姿态,分析了该机器人墙壁吸附的平衡条件,导出了选择吸盘及气压元件的标准;经仿真与实验,该机器人可以达到设计的功能.     

爬壁机器人新型滑动式负压吸盘空气流场的数值模拟

爬壁机器人滑动式负压吸盘的吸附特性对整个机器人系统的可靠工作至关重要,空气泄漏是影响吸附特性的关键因素。目前研究的爬壁机器人吸盘结构都有摩擦力大,运动不灵活的缺点。为了提高机器人运动的灵活性,改进吸盘结构,通过模拟计算,得到不同缝隙高度下爬壁机器人滑动吸盘内空气泄漏量、压力场和速度场的分布,并对不同结构尺寸下的结果进行了比较,为吸盘结构的改进提供了依据。     

基于UG和ADAMS的水下爬壁机器人的设计和动力学分析

设计了一种新型的用于水下环境观察、设备检测以及维护的水下吸附式爬壁机器人,利用UG建立其吸附装置、移动机构、传动系统,机械本体、照明装置等的三维模型,并装配成水下爬壁机器人的虚拟样机模型,然后通过UG和ADAMS的接口将其导入到ADAMS软件中,利用ADAMS对其进行动力学分析,通过取不同的吸附力,然后分析机器人的移动速度,最后得出使机器人既不滑落又节能的合适的吸附力。