超低温冷库巡检机器人热管理装置的实验研究和数值模拟

发布时间：2021-03-22 00:08

　　超低温冷库的应用日益广泛,受温度、湿度、空间以及生物危害等限制,人员无法进入超低温冷库内部进行巡检及维护,因此使用带热成像摄像机的巡检机器人对冷库内部进行巡检,操作人员可以远程控制巡检机器人,并了解冷库内部的实时景象和热图像,便于冷库内部问题的分析。对于应用于武汉P4（生物安全等级4）实验室超低温冷库的巡检机器人来说,需要经历低温巡检和高温消毒两个过程,因此,热管理对于超低温冷库巡检机器人来说具有十分重要的意义。本文对超低温冷库巡检机器人各个系统进行了初步分析和简单的选型,在此基础上对低温工况下驱动系统伺服电机进行了试验,并使用Ansoft Maxwell软件对伺服电机各部分损耗进行了模拟,使用ANSYS Fluent软件对伺服电机和视觉系统在不同工况、热管理方式下的温度变化进行了模拟。主要研究内容与成果如下:1.通过对使用真空隔热杜瓦的伺服电机进行-60℃和-80℃低温环境下的实验研究发现:伺服电机制动器和编码器表面中心温度先上升后下降,其中编码器表面中心温度下降速度最快;159分钟时,-60℃低温工况下伺服电机各部分表面中心温度处于0℃以上,-80℃低温工况下仅有制动器表面温度处于... 

【文章来源】：青岛大学山东省

【文章页数】：94 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

研究内容及方法流程图

青岛大学硕士学位论文12图2.1伺服电机驱动原理图伺服电机制动方式可以分为电气制动和机械制动，其中电气制动又分为动态制动和再生制动[105]：动态制动器（又称能耗制动）以动态制动电阻为主，当伺服电机急停、发生故障或者电源断电时通过能耗制动缩短伺服电机的机械进给距离；再生制动是指通过逆变回路将电机在减速或停转时产生的能量反馈到直流母线然后再经阻容回路进行吸收；电磁制动对伺服电机的制动是通过电流控制机械抱闸，依靠机械摩擦实现制动。电气制动是通过伺服电机内部激磁完成的，即增加与旋转方向相反方向的电流来完成制动。再生制动器必须在电机正常运行时才可以起作用，当电机处于电源断电、急停或者发生故障的情况时再生制动器无法对电机进行制动；系统运行时再生制动器自动工作，而动态制动器以及电磁制动器需要通过外部继电器的控制才能工作。根据三种制动器的工作特性，为保证超低温冷库巡检机器人在突发情况时能够正常制动，选用两个电磁制动伺服电机作为超低温冷库巡检机器人的前驱电机，通过调整两个伺服电机的转速和转向以实现巡检机器人的前进、后退以及转向。2.1.2视觉系统为了能够实时、清楚的了解超低温冷库内部的情况，超低温冷库巡检机器人视觉系统包含监控摄像头以及热成像摄像机，图2.2所示为一种包含红外热成像摄像机的监控摄像头。红外热成像摄像机可以将不可见的红外辐射转化为可见热图像，热图像可以反映被测物体的辐射强度，而物体的辐射强度与物体本身的温度直接相关，因此热成像摄像机可以用来测量物体的温度。热成像检测技术是利用热成像设备测定物体表面的温度场，根据得到的图像分析物体表面温度分布及温度变化的情况，从而判断物体的状态以及变化趋势的一种技术[106]。可以利用热成像摄像机进行远距?

青岛大学硕士学位论文13度分布及变化规律可以判断冷库内部存在的问题。热成像检测技术具有以下特点：（1）热成像检测技术可以对无法接触测量的设备，高温、低温、高电压设备以及处于放射环境中的设备进行温度测量；（2）响应速度快，可以动态检测设备的温度变化；（3）灵敏度高，可以分辨被测物体微小的温度变化；（4）测温范围广，适用于多种检测目标。图2.2红外热成像摄像机实物图超低温冷库巡检机器人视觉系统检测过程如图2.3所示，通过监控摄像头和热成像摄像机拍摄冷库内部后通过无线传输至存储设备中，当巡检机器人进入冷库巡检时，通过视觉系统获得实时场景和热图像，将实时数据通过无线传输的方式传输至存储设备并与正常状态下的数据相对比，判断冷库内部是否存在故障以、鉴定故障类型、判断故障产生的原因。图2.3超低温冷库巡检机器人检测过程2.1.3通信系统为满足用户对超低温冷库内进行实时监测的需求，超低温冷库巡检机器人采用无线通讯技术与外界进行数据交互，目前常用的短距离无线通讯技术包括：RFID（无线射


本文编号：3093706