全方位移动爬壁机器人优化设计与分析
发布时间：2021-03-27 01:43
爬壁机器人属于特种机器人,可作业于斜面、竖直壁面及弯曲壁面,极大拓展了机器人的活动空间,因此在众多领域得到应用。然而现有的磁吸附爬壁机器人却普遍存在着适应能力差、运动灵活性差的缺点。为了保证吸附可靠、运动灵活,设计了一种新型的轮式磁吸附装置,并在其基础上展开了磁吸附爬壁机器人的研究。根据爬壁机器人工作环境及应用特点,选择永磁吸附,针对以往磁吸附机构的不足,在对静态磁场分布特点研究的基础上,设计磁路,设计了一种吸附稳定、壁面适应能力强的新型轮式磁吸附装置。运用Ansoft-Maxwell数值仿真软件对永磁轮进行三维静态磁场仿真,得到磁感应强度及磁力线分布图,验证了设计的合理性,并对永磁轮结构进行优化。在此基础上,完成机器人本体的结构设计,建立机器人在工作空间任意位姿的模型,从防止机器人失稳的角度研究了机器人的吸附条件:分析了机器人壁面适应性与越障性能的影响因素;对其在平面上的运动进行了建模和分析,借助于Matlab进行仿真和验证;运用ADAMS分析软件建立机器人虚拟样机系统,对机器人在钢制壁面上运动及爬越焊缝过程进行动力学仿真分析,为爬壁机器人的可行性提供了基础。最后,将机器人各个零部件...
【文章来源】：山东科技大学山东省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１典型壁面变化示意图??Ｆｉｇ．?１－１?Ｔｌｉｅ?ｃｈａｎｇｅｓ?ｏｆ?ｔｙｐｉｃａｌ?ｗａｌｌ?ｓｕｒｆａｃｅ??爬壁机器人种类繁多，可以根据移动方式与吸附方式进行分类，不同的工??
又于１９７５年制作出二号样机，并在实际工程中得到应用，随后爬壁机器人得到??了越来越多的研究，研究成果也越来越丰富。??１９８８年，由日本株式会社（ＮＫＫ）研制了一款爬壁机器人Ｍ，如图１－３所??示。该机器人的主要应用场合是油罐、船舶、球形容器罐等，可实现在此类壁??面上稳定吸附的设计要求，同时携带有检测设备及机械手，实现在壁面上的检??测工作与相关检修作业。该机器人属于轮式磁吸附结构，通过永磁轮对钢制壁??面产生的磁吸附力保证在壁面上的稳定性，永磁轮通过两直流电机分别完成驱??动动作，可实现机器人在不同形状壁面上的灵活移动，其移动速度可达到??９ｍ／ｍｉｎ。该机器人的不足之处是结构体积较大，在过渡壁面上行走时具有发生??脱落的危险，同时机器人在转向时所受摩擦力较大，转向灵活性有待于进一步??提高。??图１－３车轮式磁吸附爬壁机器人??Ｆｉｇ．?１－３?Ｔｈｅ?ｃｌｉｍｂｉｎｇ?ｒｏｂｏｔ?ｗｉｔｈ?ａｄｓｏｒｐｅｄ?ｍａｇｎｅｔｉｃ?ｗｈｅｅｌ??２００７年
?２ｘ５?ｗｈｅｅｌｓ??ｔｈｅ?ｃｈｉｌｄ?ｒｏｂｏｔ??图１－４磁轮吸附式壁面缺陷检测机器人??Ｆｉｇ．?１－４?Ｍａｇｎｅｔｉｃ?ｗｈｅｅｌ?ａｄｓｏｉｐｔｉｏｎ?ｗａｌｌ?ｄｅｆｅｃｔ?ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ?ｒｏｂｏｔ??２０１０年，瑞士?ＡＳＬ和ＡＬＳＴＯＭ共同研发出ＭａｇｎｅＢｉｋｅ机器人［１６】，如图１－５??所示，该机器人主要由前后永磁轮组成，每个永磁轮两侧均具有集成侧向杠杆??臂，通过杠杆臂可以改变永磁轮与壁面之间的吸附力，同时也起到调节机器人??平衡的作用。机器人前轮安装有转向单元与自由接头，分别实现转向功能与壁??面适应功能，可在大部分钢制壁面上实现灵活移动，目前该机器人己应用在电??厂的相关设备检测中。??零＿??图１－５?（ａ）?磁吸附轮式机器人?图１－５?（ｂ）?ＭａｇｎｅＢｉｋｅ运动机构??Ｆｉｇ．?１－５?（?ａ）?Ｍａｇｎｅｔｉｃ?ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ?ｗｈｅｅｌｅｄ?ｒｏｂｏｔ?Ｆｉｇ．?１－５?（?ｂ）?ＭａｇｎｅＢｉｋｅ?ｍｏｖｅｍｅｎｔ??ｍｅｃｈａｎｉｓｍ??２０１３年，葡萄牙的Ｔａｖａｋｏｌｉ等人研发了一款具有全向移动功能的永磁吸附??机器人［１７］，如图１－６所示，该机器人的车身连接有有三个侧杆臂，每个侧杆臂??上装有全向轮驱动转向单元和永磁轮
本文编号：3102633
【文章来源】：山东科技大学山东省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１典型壁面变化示意图??Ｆｉｇ．?１－１?Ｔｌｉｅ?ｃｈａｎｇｅｓ?ｏｆ?ｔｙｐｉｃａｌ?ｗａｌｌ?ｓｕｒｆａｃｅ??爬壁机器人种类繁多，可以根据移动方式与吸附方式进行分类，不同的工??
又于１９７５年制作出二号样机，并在实际工程中得到应用，随后爬壁机器人得到??了越来越多的研究，研究成果也越来越丰富。??１９８８年，由日本株式会社（ＮＫＫ）研制了一款爬壁机器人Ｍ，如图１－３所??示。该机器人的主要应用场合是油罐、船舶、球形容器罐等，可实现在此类壁??面上稳定吸附的设计要求，同时携带有检测设备及机械手，实现在壁面上的检??测工作与相关检修作业。该机器人属于轮式磁吸附结构，通过永磁轮对钢制壁??面产生的磁吸附力保证在壁面上的稳定性，永磁轮通过两直流电机分别完成驱??动动作，可实现机器人在不同形状壁面上的灵活移动，其移动速度可达到??９ｍ／ｍｉｎ。该机器人的不足之处是结构体积较大，在过渡壁面上行走时具有发生??脱落的危险，同时机器人在转向时所受摩擦力较大，转向灵活性有待于进一步??提高。??图１－３车轮式磁吸附爬壁机器人??Ｆｉｇ．?１－３?Ｔｈｅ?ｃｌｉｍｂｉｎｇ?ｒｏｂｏｔ?ｗｉｔｈ?ａｄｓｏｒｐｅｄ?ｍａｇｎｅｔｉｃ?ｗｈｅｅｌ??２００７年
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