石化储罐壁面检测爬壁机器人设计及其特性研究
发布时间：2021-10-11 14:32
爬壁机器人是未来中国智能科技产业发展的重要部分,已经能够代替人类在一些极端恶劣的环境开展许多工作,例如罐体或管线裂痕、腐蚀、失效及焊接缺陷的定期检测,船体的清洗与喷漆。对于石化行业来说,储油罐等大型压力容器的安全性需要靠定期的检测来保证。然而在检测前,需要依靠罐体在其内外搭建脚手架,检测人员站在脚手架上,手持检测设备检测,施工量大,工作危险系数高,检测周期长,因此迫切需要一种自动检测机器人来减少人工成本及操作危险性。本文在查阅大量文献的基础上,分析了众多国内外爬壁机器人的结构,结合实际储油罐检测工况,设计了一种新型石化储罐检测爬壁机器人。本文主要做了以下研究:（1）基于圆弧形曲面移动及焊缝越障要求,设计了爬壁机器人曲面自适应移动机构。根据储罐检测需求,设计了无损检测机构,进而设计了机器人的整体结构。（2）基于机器人在罐壁的运动状态,对机器人进行了静力学及动力学分析,并进行了仿真,得到了机器人所需可靠吸附力。基于机器人可靠吸附力与吸附单元之间的关系,结合吸附结构轻量化要求,完成了吸附单元的磁路分析,设计了磁轮结构,并基于磁高效率原则,利用Ansoft有限元分析软件对磁体尺寸进行了优化。（...
【文章来源】：河北工业大学天津市 211工程院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题研究背景和意义
1.2 爬壁机器人国内外发展概况
1.2.1 爬壁机器人分类
1.2.2 爬壁机器人国外发展概况
1.2.3 爬壁机器人国内发展概况
1.3 课题来源及主要研究内容
第二章 石化储罐检测爬壁机器人机构研究
2.1 引言
2.2 石化储罐检测爬壁机器人功能、性能分析与设计目标
2.3 石化储罐检测爬壁机器人机构方案设计
2.3.1 机器人吸附方式设计
2.3.2 机器人移动方式设计
2.3.3 机器人驱动方式设计
2.3.4 机器人检测方式设计
2.4 石化储罐检测爬壁机器人模块化机构设计
2.4.1 机器人模块化设计思想
2.4.2 机器人功能模块划分
2.4.3 机器人本体机构设计
2.4.4 机器人检测机构设计
2.5 本章小结
第三章 石化储罐检测爬壁机器人力学特性分析
3.1 引言
3.2 石化储罐检测爬壁机器人静力学分析
3.2.1 机器人沿竖直壁面静态下滑静力学分析
3.2.2 机器人竖直倾覆翻转静力学分析
3.2.3 机器人水平倾覆翻转静力学分析
3.3 石化储罐检测爬壁机器人动力学分析
3.3.1 机器人竖直向上移动动力学分析
3.3.2 机器人原地转向动力学分析
3.3.3 机器人竖直向上移动动力学ADAMS仿真及分析
3.3.4 机器人原地转向动力学ADAMS仿真及分析
3.4 本章小结
第四章 石化储罐检测爬壁机器人悬摆吸附机构优化设计
4.1 引言
4.2 传统磁吸附单元分析
4.3 新型悬摆磁吸附机构设计
4.3.1 吸附机构设计
4.3.2 磁路设计
4.3.3 材料的选择及其性能参数
4.4 Ansoft有限元分析计算理论
4.4.1 三维静磁场的求解
4.4.2 电磁力计算
4.5 新型悬摆吸附机构与传统磁吸附单元磁路对比
4.6 基于磁高效率悬摆吸附结构的优化
4.6.1 优化目标
4.6.2 优化涉及参数
4.6.3 优化过程及结果
4.7 试验结果及分析
4.8 本章小结
第五章 石化储罐检测爬壁机器人控制系统设计
5.1 引言
5.2 石化储罐检测爬壁机器人控制方式设计
5.3 石化储罐检测爬壁机器人控制系统基本架构
5.4 石化储罐检测爬壁机器人控制系统硬件设备选择
5.4.1 PLC机型选择
5.4.2 伺服电机选择
5.4.3 伺服电机驱动器选择
5.5 石化储罐检测爬壁机器人控制系统程序设计
5.5.1 Copley驱动器设置
5.5.2 伺服电机加减速控制
5.6 本章小结
第六章 石化储罐检测爬壁机器人样机试验
6.1 引言
6.2 石化储罐检测爬壁机器人移动特性试验
6.2.1 机器人竖直移动试验
6.2.2 机器人水平移动试验
6.2.3 机器人零半径转向移动试验
6.2.4 机器人带负载移动试验
6.2.5 机器人越障试验
6.2.6 机器人越加强圈试验
6.3 石化储罐检测爬壁机器人检测试验
6.3.1 机器人漆膜测厚试验
6.3.2 机器人钢板测厚试验
6.4 石化储罐检测爬壁机器人试验结果分析
6.5 本章小结
第七章 总结与展望
参考文献
攻读硕士学位期间所取得的相关科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于PLC的摊铺机的控制设计[J]. 金亚玲,刘磊. 工业设计. 2017(06)
[2]基于Halbach阵列爬壁机器人永磁轮吸附单元的设计与优化[J]. 潘柏松,张晋,魏凯,叶宇峰. 浙江工业大学学报. 2015(04)
[3]基于Halbach阵列爬壁机器人磁吸附单元的优化设计[J]. 沈青青,张晋,李根. 轻工机械. 2014(05)
[4]超声衍射时差法技术在立式圆筒形储罐焊缝检测中的应用[J]. 王庆松,张顺友,朱江,朱文东. 中国石油和化工标准与质量. 2014(04)
[5]压力容器制造中常用无损检测方法与应用[J]. 王晓娟. 化工装备技术. 2014(01)
[6]新型罐壁检测爬行机器人的行走吸附机构设计[J]. 王吉岱,孔辉,陈广庆,闫磊. 机械设计与制造. 2013(01)
[7]新型爬壁机器人磁吸附单元优化设计[J]. 陈勇,王昌明,包建东. 兵工学报. 2012(12)
[8]磁隙式爬壁机器人的研制[J]. 薛胜雄,任启乐,陈正文,王永强. 机械工程学报. 2011(21)
[9]变磁力吸附爬壁机器人的结构设计与爬越焊缝特性[J]. 闻靖,顿向明,缪松华,顿向勇,山磊. 机器人. 2011(04)
[10]爬壁机器人的研究进展[J]. 付宜利,李志海. 机械设计. 2008(04)
博士论文
[1]面向焊接任务的轮足式非接触磁吸附爬壁机器人研究[D]. 吴明晖.上海交通大学 2014
[2]特种地面移动机器人机械系统设计与分析[D]. 欧屹.南京理工大学 2013
硕士论文
[1]磁粉探伤爬壁检测机器人的设计与研究[D]. 沈青青.浙江工业大学 2014
[2]轮式悬磁吸附爬壁机器人研究[D]. 张小松.哈尔滨工业大学 2012
[3]轮足组合越障全位置自主焊接机器人的虚拟样机设计与分析[D]. 陈国明.上海交通大学 2010
[4]爬壁机器人设计及动力性能研究[D]. 王荣华.沈阳工业大学 2007
[5]油罐检测爬壁机器人技术及系统研究[D]. 田兰图.清华大学 2004
本文编号：3430701
【文章来源】：河北工业大学天津市 211工程院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题研究背景和意义
1.2 爬壁机器人国内外发展概况
1.2.1 爬壁机器人分类
1.2.2 爬壁机器人国外发展概况
1.2.3 爬壁机器人国内发展概况
1.3 课题来源及主要研究内容
第二章 石化储罐检测爬壁机器人机构研究
2.1 引言
2.2 石化储罐检测爬壁机器人功能、性能分析与设计目标
2.3 石化储罐检测爬壁机器人机构方案设计
2.3.1 机器人吸附方式设计
2.3.2 机器人移动方式设计
2.3.3 机器人驱动方式设计
2.3.4 机器人检测方式设计
2.4 石化储罐检测爬壁机器人模块化机构设计
2.4.1 机器人模块化设计思想
2.4.2 机器人功能模块划分
2.4.3 机器人本体机构设计
2.4.4 机器人检测机构设计
2.5 本章小结
第三章 石化储罐检测爬壁机器人力学特性分析
3.1 引言
3.2 石化储罐检测爬壁机器人静力学分析
3.2.1 机器人沿竖直壁面静态下滑静力学分析
3.2.2 机器人竖直倾覆翻转静力学分析
3.2.3 机器人水平倾覆翻转静力学分析
3.3 石化储罐检测爬壁机器人动力学分析
3.3.1 机器人竖直向上移动动力学分析
3.3.2 机器人原地转向动力学分析
3.3.3 机器人竖直向上移动动力学ADAMS仿真及分析
3.3.4 机器人原地转向动力学ADAMS仿真及分析
3.4 本章小结
第四章 石化储罐检测爬壁机器人悬摆吸附机构优化设计
4.1 引言
4.2 传统磁吸附单元分析
4.3 新型悬摆磁吸附机构设计
4.3.1 吸附机构设计
4.3.2 磁路设计
4.3.3 材料的选择及其性能参数
4.4 Ansoft有限元分析计算理论
4.4.1 三维静磁场的求解
4.4.2 电磁力计算
4.5 新型悬摆吸附机构与传统磁吸附单元磁路对比
4.6 基于磁高效率悬摆吸附结构的优化
4.6.1 优化目标
4.6.2 优化涉及参数
4.6.3 优化过程及结果
4.7 试验结果及分析
4.8 本章小结
第五章 石化储罐检测爬壁机器人控制系统设计
5.1 引言
5.2 石化储罐检测爬壁机器人控制方式设计
5.3 石化储罐检测爬壁机器人控制系统基本架构
5.4 石化储罐检测爬壁机器人控制系统硬件设备选择
5.4.1 PLC机型选择
5.4.2 伺服电机选择
5.4.3 伺服电机驱动器选择
5.5 石化储罐检测爬壁机器人控制系统程序设计
5.5.1 Copley驱动器设置
5.5.2 伺服电机加减速控制
5.6 本章小结
第六章 石化储罐检测爬壁机器人样机试验
6.1 引言
6.2 石化储罐检测爬壁机器人移动特性试验
6.2.1 机器人竖直移动试验
6.2.2 机器人水平移动试验
6.2.3 机器人零半径转向移动试验
6.2.4 机器人带负载移动试验
6.2.5 机器人越障试验
6.2.6 机器人越加强圈试验
6.3 石化储罐检测爬壁机器人检测试验
6.3.1 机器人漆膜测厚试验
6.3.2 机器人钢板测厚试验
6.4 石化储罐检测爬壁机器人试验结果分析
6.5 本章小结
第七章 总结与展望
参考文献
攻读硕士学位期间所取得的相关科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于PLC的摊铺机的控制设计[J]. 金亚玲,刘磊. 工业设计. 2017(06)
[2]基于Halbach阵列爬壁机器人永磁轮吸附单元的设计与优化[J]. 潘柏松,张晋,魏凯,叶宇峰. 浙江工业大学学报. 2015(04)
[3]基于Halbach阵列爬壁机器人磁吸附单元的优化设计[J]. 沈青青,张晋,李根. 轻工机械. 2014(05)
[4]超声衍射时差法技术在立式圆筒形储罐焊缝检测中的应用[J]. 王庆松,张顺友,朱江,朱文东. 中国石油和化工标准与质量. 2014(04)
[5]压力容器制造中常用无损检测方法与应用[J]. 王晓娟. 化工装备技术. 2014(01)
[6]新型罐壁检测爬行机器人的行走吸附机构设计[J]. 王吉岱,孔辉,陈广庆,闫磊. 机械设计与制造. 2013(01)
[7]新型爬壁机器人磁吸附单元优化设计[J]. 陈勇,王昌明,包建东. 兵工学报. 2012(12)
[8]磁隙式爬壁机器人的研制[J]. 薛胜雄,任启乐,陈正文,王永强. 机械工程学报. 2011(21)
[9]变磁力吸附爬壁机器人的结构设计与爬越焊缝特性[J]. 闻靖,顿向明,缪松华,顿向勇,山磊. 机器人. 2011(04)
[10]爬壁机器人的研究进展[J]. 付宜利,李志海. 机械设计. 2008(04)
博士论文
[1]面向焊接任务的轮足式非接触磁吸附爬壁机器人研究[D]. 吴明晖.上海交通大学 2014
[2]特种地面移动机器人机械系统设计与分析[D]. 欧屹.南京理工大学 2013
硕士论文
[1]磁粉探伤爬壁检测机器人的设计与研究[D]. 沈青青.浙江工业大学 2014
[2]轮式悬磁吸附爬壁机器人研究[D]. 张小松.哈尔滨工业大学 2012
[3]轮足组合越障全位置自主焊接机器人的虚拟样机设计与分析[D]. 陈国明.上海交通大学 2010
[4]爬壁机器人设计及动力性能研究[D]. 王荣华.沈阳工业大学 2007
[5]油罐检测爬壁机器人技术及系统研究[D]. 田兰图.清华大学 2004
本文编号：3430701
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