气驱爬壁机器人设计与计算

本文通过对爬壁机器人技术国内、外现状的分析，探讨了水冷壁管爬壁机器人在行走方式、吸附方式和推动方式的设计思路，介绍了步进电磁吸附气动机器人的工作原理，并对吸附电磁铁进行了设计和计算。     

永磁吸附履带式船舶爬壁机器人结构设计

分析了一种永磁吸附履带式船舶爬壁机器人结构及工作原理。通过交流伺服电机驱动的永磁吸附履带机构使机器人能完成垂向爬壁的运动功能。为提高机器人的负载能力和越障能力,结构上采用了新型的永磁万向轮辅助吸附机构和从动轮浮动机构。研究中分析了永磁吸附履带爬壁机构的力学状态。通过对吸附系统的磁力仿真及磁力实验分析,合理设计了永磁吸附履带爬壁机器人吸附单元结构形式和电力驱动系统参数。     

永磁吸附履带式船舶爬壁机器人结构设计（英文）

分析了一种永磁吸附履带式船舶爬壁机器人结构及工作原理。通过交流伺服电机驱动的永磁吸附履带机构使机器人能完成垂向爬壁的运动功能。为提高机器人的负载能力和越障能力,结构上采用了新型的永磁万向轮辅助吸附机构和从动轮浮动机构。研究中分析了永磁吸附履带爬壁机构的力学状态。通过对吸附系统的磁力仿真及磁力实验分析,合理设计了永磁吸附履带爬壁机器人吸附单元结构形式和电力驱动系统参数。     

爬壁机器人发展与关键技术综述

针对目前国内外对爬壁机器人的研究现状和不足,分别从吸附方式、行走方式、驱动方式和壁面过渡等方面进行归纳总结,论述爬壁机器人面临的主要问题和发展趋势.结果表明:爬壁机器人在吸附方式方面存在吸附性和机动性之间的矛盾,在壁面过渡能力方面仍存在一定的局限性,距离实际应用还有一定距离.对爬壁机器人关键技术的研究方向提出展望.     

具有良好壁面过渡能力的新型爬壁机器人动力学建模与分析

不同类型的环境和凹凸不平的壁面对爬壁机器人的平稳性和可靠性提出要求,设计一种轮足式永磁吸附检测风力发电机故障的爬壁机器人,该机器人具有一定的负载能力、越障能力、灵活可靠等特点,可以实现水平壁面到竖直墙壁的交互式过渡。根据永磁吸附爬壁机器人运动原理,设计其机械结构并建立机器人沿风力发电机塔筒向上、向下以及悬壁面3种姿态的力学和运动学模型,运用Matlab/Simulink软件,对爬壁机器人在不同位置下瞬时启动的加速度进行仿真,最后利用ADAMS软件对爬壁机器人壁面越障进行了实验仿真。样机实验及仿真实验结果表明:该新型爬壁机器人在运行中平稳可靠,能够很好地实现壁面平稳过渡,为爬壁机器人在实际作业中平稳运动提供了理论依据。     

高架与爬壁重构的船舶外板喷涂机器人设计

针对船舶外板喷涂机器人的设计,应用重构设计理论,提出了基于高架机器人与爬壁机器人的模块化重构设计思想,对重构机器人的关键技术进行了分析,包括高架关键技术、爬壁关键技术、共通关键技术,并进行了技术对比。最后,以某船厂的实际应用为例,对重构机器人设计指标、重构系统原理、重构机械模块和控制系统重构模块进行了设计与研究。     

超高压水射流船舶爬壁除锈机器人力学特性分析

设计了一种超高压水射流船舶爬壁除锈机器人,具有承载250MPa超高压水射流除锈的功能.爬壁机器人采用履带式永磁吸附,由于存在壁面法向的超高压水射流力,机器人的吸附和上爬受到一定的影响.笔者综合分析了爬壁机器人受壁面法向超高压水射流力作用的四种工况特性,推导了静力学和动力学方程,对爬壁机器人进行了力学分析.分析结果表明:超高压水射流力产生的倾覆转矩、机器人本体重心位置以及本体自重对机器人吸附和爬壁影响很大.     

大型球罐容器焊缝识别与检测爬壁机器人设计

提出了一种用于检测大型球罐容器焊缝的爬壁机器人设计方案。针对球罐容器的检测环境,对爬壁机器人工作情况进行力学分析,确定爬壁机器人应具有非接触式永磁吸附的吸附结构和履带式移动的结构。设计了爬壁机器人硬件控制系统,实现远程控制爬壁机器人对焊缝图像的采集。提出一种焊缝图像提取算法,对尺寸长400 mm×宽400 mm×高30 mm,表面焊缝宽2 cm的焊缝试块进行采集分析。结果表明,爬壁机器人能够识别2 cm宽的焊缝区域,对单幅焊缝图像的平均处理时间为47 ms,满足实时性的要求。     

引水压力钢管现场组焊主从式爬壁机器人设计

为改善作业环境、提升焊接效率,设计研制了一种主从式爬壁焊接机器人系统。主机器人搭载焊枪并跟踪焊缝运动;从机器人负载送丝机等焊接相关设备并承载线缆拖曳力,跟随主机器人运动;主机器人与从机器人合作完成现场组焊作业。主机器人负载相对较低,运动灵活,可快速到达预焊位置并调节焊枪位置;从机器人负载能力较强,吸附稳定。主机器人与从机器人均采用永磁间隙吸附及轮式运动机构。为保证机器人全位置全姿态的焊接作业,通过静力学与动力学分析优化了吸附机构设计。焊接机构采用深度相机视觉跟踪模块,对焊缝坡口的识别精度可达1 mm。在此基础上,设计开发了基于ROS的控制系统,并试制了一套机器人样机,综合试验结果表明,机器人样机的运动性能和坡口识别跟踪精度满足工程应用需求。     

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。     

瓦形磁吸单元磁路设计及其力学特性研究

船舶喷漆与除锈等作业需求量大，爬壁机器人成为该领域研究热点。瓦形磁吸单元是机器人在垂直钢质立面附壁行走核心装置。为提高磁力和降低磁力对距离敏感性，对瓦形磁性单元采用Halbach阵列充磁的新型磁路设计，利用数值仿真与试验方法开展瓦形磁吸单元力学特性研究。结果表明：Halbach阵列磁路的磁质比是常规配对磁路的2.87倍，衰减率是其0.5倍；Halbach阵列瓦形磁吸单元优化了磁路，减弱了异性磁极间的磁场损耗，使得磁吸单元表面磁感应强度增强。     

水下焊接机器人磁块单元的优化设计

磁路设计是爬壁机器人的关键技术之一,针对一种新型水下移动焊接机器人的柔性履带吸附与张紧问题,提出一种既可增加机器人负载能力,又能实现履带非接触式张紧的新型双磁路磁块单元结构。运用有限元方法,建立了该磁块单元的数值计算模型,研究了永磁体、轭铁及铝块等因素对磁块单元吸附力的影响,分析了磁块单元周围的磁场分布,对其关键结构参数进行了分析和优化设计,使磁块单元能够为机器人提供较强的吸附力与合适的张紧力。通过试验表明,仿真计算结果与实际测试结果基本相符。     

基于多相界面的小尺度磁控仿生机器人研究进展

小尺度机器人能够在狭窄的空间内运动并完成微操作,在生物医学工程(如药物靶向递送、微创手术)、环境保护、灾难救援等领域具有重要意义.以仿生工程为起点,综述了在液-气界面、固-液界面、固-气界面运动的昆虫及其他小型动物的界面行为,分析发现了这些行为的机理,发现润湿、动态粘附、可调节的各向异性摩擦等性质对小型动物的运动特性具有决定性作用,归纳总结了小型动物的界面行为在机器人小型化过程中潜在的利用价值.围绕小尺度磁控机器人,重点阐述了其运动机理、制备技术以及控制方法.其中,磁控机器人的运动机理主要包括磁梯度推进、螺旋推进以及摆动推进等.光刻技术、3D打印以及模具成型方法被广泛研究和使用,其中3D打印技术在小尺度磁控机器人制备中越来越重要.机器人的控制方法根据是否建模,可分为有模型和无模型的控制方法.最后,结合提出的生物启发灵感,分析了机器人在表面优化、形态设计、加工制备等方面潜在的创新空间,并对通过界面技术提升磁控机器人运动性能的愿景进行了展望.     

针对风电机维护任务的爬壁机器人设计与研究

针对风力发电机检测和维护工作的日益增多,为避免工人高危作业,设计出了一种新型风力发电机检测和维护任务的爬壁机器人。分析了该机器人对风力发电机进行检测和维护工作的实际意义;提出了该机器人的设计技术指标和技术路线,并对机器人的基本功能方案做了重点分析,确定出了机器人的机械本体结构,为防止吸附失效,建立了机器人克服沿壁面脱落、倾覆及吸盘泄漏等几种危险状态下的力学模型,并进行MATLAB仿真分析,确定出了临界吸附力,为机器人吸附装置的吸附力的确定提供参考依据。     

磁粉探伤爬壁机器人设计与研究北大核心

针对目前钢制管道壁面检测工作主要依靠人工手持探伤设备进行检测的情况,设计四轮驱动磁粉探伤爬壁机器人。对机器人的两种危险状况进行静力学分析,得出永磁轮最小吸附力为250 N。建立永磁轮尺寸优化模型并将它导入有限元分析软件Ansoft Maxwell,优化得到永磁轮轭铁厚度为6 mm、半径为20 mm。对永磁轮进行磁场分析并研究轭铁厚度与半径变化对吸附力的影响;组装机器人样机进行实验。结果表明:所设计的机器人能够沿壁面稳定行走与转向,验证了机器人设计的合理性。     

基于STM32的负压爬壁机器人控制系统设计

针对负压爬壁机器人(NPWCR)在高楼危险环境下进行侦察监控的灵活性、易控性和壁面适应性要求,设计一种基于STM32负压爬壁机器人的控制系统。该控制系统以STM32F103RCT6微控制器作为核心处理器,采用模块化进行功能设计,包括主控模块、电源模块、电机驱动模块、无线通信模块、风机驱动模块、摄像头模块等。各模块共同作用,实现机器人的连续运动、无线通信、视频实时监控等功能。该控制系统可以控制负压爬壁机器人在壁面灵活移动,操作负压爬壁机器人携带侦察监控设备进行实时监控,为开发多功能负压爬壁机器人的控制系统提供参考。     

船舶外板拖涂爬壁机器人设计

针对船舶外板爬壁喷涂的轨迹涂层保护策略,提出了搭载往复喷枪的船舶外板拖涂爬壁机器人设计。从系统角度,全面对该机器人的拖涂爬壁本体系统、供料及漆雾回收防护罩系统、安全防护系统、轨迹规划等进行了总体设计,并分别对每个部分的设计问题进行提炼分析,提出相应的解决方案。这种爬壁机器人设备,能够模拟人工作业,并可以根据双机作业控制流程进行多机联动附壁作业,为机器化在船舶智能制造生产中的实际应用提供了参考。     

工业机器人整机性能影响机制试验研究

针对目前缺乏对工业机器人整机性能影响机制的分析,通过对工业机器人整机性能测试主要方法的总结,分析了不同方法的利弊,并选取激光跟踪仪测试法,对国产机器人进行试验,探索不同运动范围、速度以及负载工况条件对整机位姿和轨迹性能的影响机制与规律,为优化工业机器人的设计提供理论依据。