面向换流站阀厅内壁除尘的双节式机器人设计与分析

发布时间：2020-04-27 14:35

【摘要】：换流阀是换流站的核心设备,而换流站阀厅作为安置换流阀的建筑,其内壁的洁净对换流阀的稳定运行具有重要意义。阀厅内壁为特殊结构且障碍较多,因此目前市面上普通的壁面除尘设备无法对其开展除尘工作,故针对此问题,本文设计了一款专用于换流站阀厅内壁除尘的双节式机器人,并对其进行了展开分析与研究。分析了机器人的工作环境和主要的技术指标,并对机器人的各个组成方案进行了讨论,且针对作业环境对吸附结构、传动机构、纠偏方案、除尘机构等进行了设计,提出了一种双节式爬壁机器人,并进行了链传动的选型和关键轴的校核。建立了双节式机器人竖直上爬、越障瞬态和转向的力学模型。并通过机器人位姿模型分析了其三种失稳形式,得到了机器人稳定吸附时最小吸附力与壁面倾角β之间的定量关系;根据动力学模型得到了机器人驱动力矩与吸附力、倾角β之间的定量关系,并进行了算例分析和履带内力分析。力学分析为结构设计、仿真优化和实验提供了理论支撑。利用Maxwell软件对磁吸附装置进行磁场特性分析,从充磁方向、排列方式、结构尺寸入手,使它在满足攀爬所需吸附力的前提下,尽可能地提高磁利用率;利用Workbench平台对机身连接模块进行有限元应力分析,并对其进行了优化;运用ADAMS软件对机器人进行动力学仿真,得出其竖直上爬时不同吸附力下的动力学特性,验证了理论分析的正确性和结构的合理性,并为实验提供参考。完成了样机制作,并进行了连接模块屈服测试和竖直上爬、纠偏、除尘及越障等实验,结果表明机器人能够稳定工作,越障高度达12 mm,该实验验证了机器人的可靠性和设计的合理性。本文设计了一种针对换流站阀厅内壁工况的双节式机器人,建立了其力学模型,并进行了分析、仿真和实验。该机器人越障能力强、可自动纠偏,适用于壁面有螺钉和加强筋等障碍的壁面除尘工作。
【图文】：

磁吸附爬壁机器人

磁吸附爬壁机器人吸附按吸附方式分为两种：电磁吸附与永磁吸附[13-16]，磁吸附单元与壁面分为接触式和非接触式，其主要应用于飞机、大型船舶、石油储罐等壁面场合。本是最早开始机器人技术研究的国家，机器人技术也较成熟。在 1988 年术研究所开发了一款磁吸附轮式爬壁机器人[17]，如图 1-1 所示。该机器人元，每组车轮单元包含两个永磁车轮，并通过两个驱动电机控制机器人的向等，机器人前端配备了摄像机和机械手臂，摄像机可识别壁面障碍并实而机械手壁可以携带常用工具进行不同类型的作业，该机器人的行进速度差。1998 年，西班牙工业自动化研究所设计开发了磁吸附式六足爬壁1[18]，，如图 1-2 所示。机器人每个足底均安装了电磁体且根据电流的大小控小，并配合腿部的运动使机器人攀爬行进。该机器人灵活性大，壁面过渡力强，但控制复杂、稳定性较差、行进速度慢。

机器人,磁吸附

磁吸附爬壁机器人吸附按吸附方式分为两种：电磁吸附与永磁吸附[13-16]，磁吸附单元与壁面分为接触式和非接触式，其主要应用于飞机、大型船舶、石油储罐等壁面场合。本是最早开始机器人技术研究的国家，机器人技术也较成熟。在 1988 年术研究所开发了一款磁吸附轮式爬壁机器人[17]，如图 1-1 所示。该机器人元，每组车轮单元包含两个永磁车轮，并通过两个驱动电机控制机器人的向等，机器人前端配备了摄像机和机械手臂，摄像机可识别壁面障碍并实而机械手壁可以携带常用工具进行不同类型的作业，该机器人的行进速度差。1998 年，西班牙工业自动化研究所设计开发了磁吸附式六足爬壁1[18]，如图 1-2 所示。机器人每个足底均安装了电磁体且根据电流的大小控小，并配合腿部的运动使机器人攀爬行进。该机器人灵活性大，壁面过渡力强，但控制复杂、稳定性较差、行进速度慢。
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP242;TM721.1

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