隧道检测机器人结构设计及越障稳定性分析

发布时间：2023-08-04 19:29

　　随着“一带一路”的不断推进,我国至2016年隧道总长度超过28000km,数量约29000座。隧道数量的剧增,给隧道安全检测带来了巨大的压力和挑战。为丰富隧道检测方式,降低人工检测劳动强度和危险性,提出一种适用于隧道检测的新型双轮足复合式串联机构的爬壁机器人。所设计的双轮足复合式串联机构可实现多种运动模式,不仅具备壁面快速移动能力,还具备交叉面过渡,跨越壁面障碍的能力,能应对隧道复杂的壁面环境,同时设计一种多级密封装置,使机器人可以稳定吸附于粗糙壁面。针对特殊壁面环境,从设计需求上对爬壁机器人进行结构设计;对所设计的机器人进行运动分析,对其越障过程进行运动学正向/反向求解以及动力学分析;建立其越障过程的稳定性判据,并对爬壁机器人越障过程进行仿真分析;制作样机,并进行样机验证试验,验证所设计爬壁机器人结构的合理性,运动的可靠性。具体研究内容如下:1.针对隧道特殊壁面环境设计出一款新型双轮足复合机构的爬壁机器人。分析隧道壁面对爬壁机器人的特殊设计需求,根据需求对每个装置进行结构设计,利用SOLIDWORKS建立虚拟样机三维模型并对其进行机构自由度分析。2.对所设计的爬壁机器人进行运动分析,...

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

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摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景和意义
    1.2 爬壁机器人的研究现状
        1.2.1 国外爬壁机器人研究现状
        1.2.2 国内爬壁机器人研究现状
    1.3 爬壁机器人的关键技术
        1.3.1 吸附装置
        1.3.2 移动平台
        1.3.3 轨迹规划和运动规划
        1.3.4 控制系统
    1.4 本课题研究内容
        1.4.1 爬壁机器人的整体结构设计
        1.4.2 爬壁机器人的运动分析与运动学分析
        1.4.3 爬壁机器人的动力学分析及稳定性分析
        1.4.4 爬壁机器人的样机制作及实验验证
    1.5 本章小结
第二章 基于隧道检测的爬壁机器人结构设计
    2.1 引言
    2.2 功能要求
    2.3 机器人结构方案设计
        2.3.1 吸附装置设计
        2.3.2 移动装置设计
        2.3.3 越障装置设计
        2.3.4 整体结构设计
    2.4 机器人自由度分析
    2.5 本章小结
第三章 爬壁机器人的运动分析及运动学分析
    3.1 引言
    3.2 运动分析
        3.2.1 爬壁机器人越障运动分析:
        3.2.2 爬壁机器人交叉面过渡运动分析:
        3.2.3 轨迹分析
    3.3 爬壁机器人运动学分析
        3.3.1 吸盘的位姿描述及关节坐标变换
        3.3.2 爬壁机器人正向运动学分析
        3.3.3 爬壁机器人反向运动学分析
    3.4 本章小结
第四章 机器人越障过程动力学建模及越障稳定性分析
    4.1 引言
    4.2 爬壁机器人越障过程的动力学分析
        4.2.1 机构位置分析
        4.2.2 机构主动力和惯性力
        4.2.3 系统动力学方程
    4.3 爬壁机器人越障过程的稳定性分析
        4.3.1 抗倾覆分析
        4.3.2 抗滑动分析
    4.4 仿真分析
        4.4.1 爬壁机器人ADAMS越障过程分析
        4.4.2 爬壁机器人MATLAB越障稳定性分析
    4.5 本章小结
第五章 样机制作及验证
    5.1 引言
    5.2 样机的制备
        5.2.1 负压机的选型
        5.2.2 驱动电机的选型
        5.2.3 摇臂电机与主电机选型
        5.2.4 爬壁机器人足部壳体及负压吸盘的结构设计
        5.2.5 机械腿的结构设计
        5.2.6 样机组装
    5.3样机实验
        5.3.1 爬壁机器人单足玻璃吸附验证
        5.3.2 爬壁机器人单足粗糙壁面吸附验证
        5.3.3 爬壁机器人粗糙壁面越障验证
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 工作展望
致谢
参考文献
攻读学位期间取得的研究成果



本文编号：3838865