履带式船舶除锈爬壁机器人设计及分析

发布时间：2019-06-06 05:56

【摘要】：船舶工业对国民经济的发展起到了举足轻重的作用,而大型船舶的除锈更是船舶行业的重中之重。但是现有的船舶除锈方式,90%以上是通过人工手持喷枪进行除锈工作,利用铜矿渣冲击船舶壁面进行锈迹的清扫,但是这种方式存在着诸多的问题,除锈费用高昂、环境污染严重、效率低下,上述原因严重制约着我国船舶工业的发展,因此,亟需改进现有的船舶除锈技术。针对上述问题,本文提出了以爬壁机器人代替人工携带高压水清洗模块进行船舶壁面除锈工作,同时利用真空回收系统对锈渣和废水进行回收,达到除锈即干的效果,从而可以安全绿色高效的除锈,针对所提出的方案,展开了如下研究:首先,依据船舶除锈实际工况,分析了爬壁机器人的技术难点,确立了机器人的设计目标,完成了爬壁机器人的总体技术方案设计,以永磁体和真空负压作为吸附方式的履带式船舶除锈爬壁机器人,并对爬壁机器人的机械结构进行初步设计,同时依据爬壁机器人的机械结构,对机器人的驱动传动元件进行选型。其次,为提高履带式船舶除锈爬壁机器人的4个关键性能,即附壁能力、抗倾覆能力、爬行能力和转向能力,对爬壁机器人的工作路径进行规划,建立机器人的空间位姿,依据该位姿模型对爬壁机器人进行静力学性分析和动力学分析,并对爬壁机器人履带上的永磁吸附单元的磁力和伺服电机的驱动力进行解算,以达到机器人的性能要求。再次,对爬壁机器人进行有限元仿真分析,利用Ansys软件对机器人的冲洗装置进行模态分析,获得其共振频率;利用MaxWell软件分析永磁吸附单元磁力变化范围,为保护罩的结构设计提供依据;利用Fluent软件对高压水喷嘴的安装靶距以及喷嘴的收缩角度进行结构优化。最后,针对前几部分的爬壁机器人设计、优化、改进,对机器人进行样机组装,并分别在实验室条件下以及船厂实际船舶除锈工况条件下,对所设计的爬壁机器人进行实验验证,判断是否能够达到船舶除锈苛刻要求。
[Abstract]:The shipping industry plays an important role in the development of the national economy, and the rust removal of large ships is the most important thing in the shipping industry. However, more than 90% of the existing ship rust removal methods are carried out by manual hand-held spray gun, and copper slag is used to impact the ship wall for rust cleaning, but there are many problems in this way, and the cost of rust removal is high. The environmental pollution is serious and the efficiency is low, which seriously restricts the development of China's shipping industry. Therefore, it is urgent to improve the existing ship rust removal technology. In order to solve the above problems, this paper proposes to use wall climbing robot instead of artificial carrying high pressure water cleaning module to remove rust from ship wall. At the same time, the vacuum recovery system is used to recover rust slag and waste water, so as to achieve the effect of rust removal and drying. Therefore, the rust removal can be safe, green and efficient. According to the proposed scheme, the following research is carried out: first, according to the actual working conditions of ship rust removal, the technical difficulties of wall climbing robot are analyzed, and the design goal of the robot is established. The overall technical scheme design of the wall-climbing robot is completed. The crawler ship rust-climbing robot with permanent magnet and vacuum negative pressure as adsorption mode is designed, and the mechanical structure of the wall-climbing robot is designed. At the same time, according to the mechanical structure of the wall-climbing robot, the driving and transmission components of the robot are selected. Secondly, in order to improve the four key performance of crawler ship rust climbing robot, that is, wall attachment ability, anti-overturning ability, crawling ability and steering ability, the working path of wall climbing robot is planned, and the spatial posture of the robot is established. According to the pose model, the static analysis and dynamic analysis of the wall-climbing robot are carried out, and the magnetic force of the permanent magnet adsorption unit on the crawler of the wall-climbing robot and the driving force of the servo motor are solved in order to meet the performance requirements of the robot. Thirdly, the finite element simulation analysis of the wall climbing robot is carried out, and the modal analysis of the washing device of the robot is carried out by using Ansys software, and its resonance frequency is obtained. The magnetic force variation range of permanent magnet adsorption unit is analyzed by MaxWell software, which provides the basis for the structure design of protective cover, and the structure of high pressure water nozzle installation target distance and nozzle shrinkage angle is optimized by Fluent software. Finally, according to the design, optimization and improvement of the wall climbing robot in the previous parts, the prototype of the robot is assembled, and under the laboratory conditions and the actual ship rust removal conditions of the shipyard, The designed wall climbing robot is verified by experiments to determine whether it can meet the demanding requirements of ship rust removal.
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP242

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本文编号：2494117