具有壁面过渡能力的磁吸附爬壁机器人系统研究

发布时间：2017-05-26 21:22

  本文关键词：具有壁面过渡能力的磁吸附爬壁机器人系统研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：爬壁机器人广泛的应用在壁面清洗、探伤、维护和反恐侦察等领域,能把人类工作从高空等危险壁面作业环境中解放出来,同时还可以大幅度的提高社会生产效率,具有很高的研究价值。然而,机器人的壁面过渡能力制约了机器人进一步的开发和利用,因为实际应用中,爬壁机器人作业环境往往存在着曲面、直角壁面甚至阶梯壁面等常见的非单一工作壁面,这就需要机器人必须具有从一个壁面到另外一个壁面过渡的能力。因此本文所解决的主要问题就是爬壁机器人的壁面过渡问题,特别是外直角壁面的过渡,从而提高爬壁机器人的空间壁面适应能力,增加其实用性。本文设计的履带式磁吸附爬壁机器人,综合了履带行走和永磁吸附的优点,采用多履带柔性连接的方式,在保证机器人能够安全的吸附在工作壁面上的同时,仍具有良好的外直角壁面过渡能力的。主要研究内容为:首先,归纳了爬壁机器人壁面过渡的研究现状,分析爬壁机器人各种移动方式和吸附方式的优缺点,在此基础上,提出了一种柔性连接的双履带体磁吸附爬壁机器人的研究方案,利用SolidWorks对机器人进行三维建模。其次,详细分析了爬壁机器人在竖直壁面以及壁面过渡时的安全吸附条件,分析了机器人的驱动特性,通过对机器人的动力学模型的分析,进一步了解了机器人的运动特性,为虚拟样机的建模仿真提供了理论基础。然后,在ADAMS中建立了爬壁机器人的虚拟样机模型,给出了虚拟样机的详细建立过程,包括对同步带模型的处理,同步带与带轮、同步带与壁面之间的约束碰撞关系的处理。仿真结果表明机器人能够安全的吸附在竖直壁面上并行走,同时可以实现外直角壁面的过渡,验证了这种柔性结构连接的双体履带式爬壁机器人以实现壁面过渡的设计是正确的。最后,应用爬壁机器人控制系统对机器人的安全吸附特性、壁面过渡能力、带负载能力以及转弯能力进行了实验测试,实验的结果表明:机器人能够正常行走和实现外直角壁面的过渡,达到了本课题的研究目标。
【关键词】：爬壁机器人 磁吸附 履带模块 壁面过渡 ADAMS仿真
【学位授予单位】：中国计量大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-15
• 1 绪论15-27
• 1.1 课题研究背景及意义15-16
• 1.2 履带式爬壁机器人国内外研究现状16-19
• 1.2.1 爬壁机器人概述16-17
• 1.2.2 履带式爬壁机器人国内外研究现状17-19
• 1.3 具有壁面过渡能力的爬壁机器人国内外研究现状19-25
• 1.3.1 足式爬壁机器人19-21
• 1.3.2 复合式爬壁机器人21-23
• 1.3.3 多体爬壁机器人23-25
• 1.4 本文主要研究内容25-27
• 2 机器人总体方案与结构设计27-34
• 2.1 引言27
• 2.2 爬壁机器人机械系统的组成27-28
• 2.3 单履带模块的结构设计28-32
• 2.3.1 移动方式的选取28
• 2.3.2 吸附方式的选取28-29
• 2.3.3 移动结构的设计29-30
• 2.3.4 吸附结构的设计30-32
• 2.4 过渡结构设计32-33
• 2.5 本章小结33-34
• 3 机器人动力特性分析34-49
• 3.1 引言34
• 3.2 履带模块安全吸附条件34-38
• 3.2.1 避免发生滑落的条件34-35
• 3.2.2 避免发生倾覆的条件35-37
• 3.2.3 多履带模块过渡安全吸附条件37-38
• 3.3 凸面过渡分析38-40
• 3.4 履带模块驱动特性分析40-43
• 3.4.1 竖直壁面运动驱动电机转矩分析40-42
• 3.4.2 倒悬壁面运动驱动电机转矩分析42
• 3.4.3 驱动电机的选择42-43
• 3.5 机器人的动力学与运动学分析43-48
• 3.5.1 履带的张紧力分析43-44
• 3.5.2 机器人运动驱动平衡分析44-46
• 3.5.3 机器人运动的动力学模型46-47
• 3.5.4 机器人的运动学分析47-48
• 3.6 本章小结48-49
• 4 机器人虚拟样机仿真49-62
• 4.1 ADAMS软件简介49-51
• 4.1.1 动力学方程的求解50
• 4.1.2 ADAMS的建模与仿真流程50-51
• 4.2 虚拟样机模型建立51-56
• 4.2.1 同步带的处理模型51
• 4.2.2 带轮与履带结相互作用模型51-53
• 4.2.3 履带与壁面相互作用模型53
• 4.2.4 履带模块的驱动53-54
• 4.2.5 机器人虚拟样机模型54-56
• 4.3 机器人竖直壁面运动仿真结果及分析56-61
• 4.3.1 机器人竖直壁面的运动结果与分析56-58
• 4.3.2 机器人壁面过渡仿真结果及分析58-61
• 4.4 本章小结61-62
• 5 控制系统设计与样机实验62-72
• 5.1 引言62
• 5.2 爬壁机器人的控制系统设计62-66
• 5.2.1 爬壁机器人控制系统的总体方案62-63
• 5.2.2 控制系统的硬件设计63-65
• 5.2.3 控制系统的软件设计65-66
• 5.3 爬壁机器人样机实验与测试66-70
• 5.3.1 履带模块测试66-67
• 5.3.2 运动转弯测试67-69
• 5.3.3 壁面过渡能力测试69-70
• 5.4 本章小结70-72
• 6 总结与展望72-74
• 6.1 总结72-73
• 6.2 展望73-74
• 参考文献74-79
• 作者简介79

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1 子荫 ,周洁;爬壁机器人[J];武汉科技大学学报(自然科学版);2001年01期

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3 赵兴飞,周忆,石崇辉;气驱爬壁机器人设计与计算[J];机床与液压;2003年03期

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8 吴善强;陈晓东;李满天;孙立宁;;爬壁机器人的力学分析与实验[J];光学精密工程;2008年03期

9 衣正尧;弓永军;王兴如;王祖温;;船舶除锈爬壁机器人设计方案研究[J];机床与液压;2010年07期

10 黎明和;何斌;岳继光;陆汉雄;周艳敏;;湿吸附机理及其在仿生爬壁机器人中的应用[J];机器人;2010年05期

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1 刘登成;刘传才;董宏林;洪方文;;爬壁机器人系统空气动力性能数值分析[A];2007年船舶力学学术会议暨《船舶力学》创刊十周年纪念学术会议论文集[C];2007年

2 刘雪飞;于今;刘伟;;一种新型爬壁机器人结构建模分析与实验研究[A];2010年重庆市机械工程学会学术年会论文集[C];2010年

3 刘万里;曲兴华;闫勇刚;;轮腿复合式爬壁机器人设计及运动特性分析[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年

4 孙锦山;杨庆华;阮健;;气动多吸盘爬壁机器人[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集（上）[C];2005年

5 肖军;贾宁宇;于淼;席宁;;小型爬壁机器人步态规划的研究[A];2007中国控制与决策学术年会论文集[C];2007年

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1 唐浩;船舶壁面除锈爬壁机器人的研究[D];大连海事大学;2008年

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  本文关键词：具有壁面过渡能力的磁吸附爬壁机器人系统研究，由笔耕文化传播整理发布。

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