大型钢架结构用爬行机器人平台关键技术研究

发布时间：2017-07-31 17:08

  本文关键词：大型钢架结构用爬行机器人平台关键技术研究

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【摘要】：爬壁机器人的研究始于上世纪六十年代,之后逐渐在工业生产中取得了应用。现阶段对于港口大型钢架结构,如：桥吊、塔吊、卸船机等的防腐涂装、检测维护都是通过人工搭脚手架的方式进行作业,该方式拥有很多弊端：第一、工人施工环境危险；第二、维护成本很高；第三、施工质量因人员技能的差异而参次不齐。为了解决上述难题,实现港口大型钢架结构维护的低风险、低成本、高质量的目标,本文首先查阅了有关爬壁机器人的国内外相关文献,并在此基础上拟开发出一种爬行机器人平台原理样机,该原理样机可携带必要的维护设备代替工人进行施工。根据工作的环境,此爬行机器人平台采用坐标系式的行走方式、电磁铁吸附的吸附方式。整个原理样机的主运动与足部运动的动力源均采用推杆电机。这样可以做到结构紧凑、控制简单。其次,本文进行了爬行机器人平台的基体、行走机构、吸附机构、视屏监视机构的设计、防掉落机构以及维护设备的选择；通过调研实验,计算出爬行机器人平台应该具备的负载能力,研究防腐漆层对电磁铁吸力的影响；而且根据实际情况对爬行机器人平台的空间任意姿态进行静力平衡建模,并运用MATLAB软件进行理论仿真,得到了爬行机器人平台不失稳的最小电磁铁吸力。选择合适的电磁铁并对其进行负载实验：利用ANSYS软件进行爬行机器人平台关键零部件的静力学分析,验证关键部件连接的可靠性；最后设计制作了基于OMRON CP1H PLC主控制器的控制系统。经过以上的研究、分析、设计之后,笔者试制了爬行机器人平台原理样机。通过实验测试,证明了该爬行机器人平台方案是可行的,完全可以达到技术要求,为港口大型钢架维护的施工作业方式的改变打下了坚实的基础。
【关键词】：爬行机器人平台 静力平衡 PLC
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 课题研究背景及意义10-11
• 1.2 爬壁机器人技术研究现状11-17
• 1.2.1 国外爬壁机器人研究现状11-15
• 1.2.2 国内爬壁机器人研究现状15-17
• 1.3 课题的研究内容17-18
• 1.4 本章小结18-19
• 第二章 爬行机器人平台总体方案设计19-23
• 2.1 爬行机器人平台总体设计目标19
• 2.1.1 装置预期要求19
• 2.1.2 性能指标19
• 2.2 爬行机器人平台总体结构方案19-21
• 2.2.1 吸附方式选择19-20
• 2.2.2 移动方式选择20-21
• 2.2.3 驱动方式选择21
• 2.3 爬行机器人平台总体方案设计21-22
• 2.4 本章小结22-23
• 第三章 爬行机器人平台机械结构设计23-35
• 3.1 爬行机器人平台框架基体机械结构设计23
• 3.2 X向与Y向主运动机械结构设计23-24
• 3.3 足部升降与吸附机构机械结构设计24-27
• 3.4 视屏监视装置机械结构设计27-28
• 3.5 喷涂设备气动回路设计28
• 3.6 爬行机器人平台防掉落方式选择28
• 3.7 爬行机器人平台运动实现分析28-31
• 3.7.1 平整壁面直线前进功能的实现29-30
• 3.7.2 平整壁面直线后退功能的实现30
• 3.7.3 平整壁面越障行走功能的实现30-31
• 3.8 爬行机器人平台主要元件选择31-34
• 3.8.1 推杆电机选型31-33
• 3.8.2 视屏监视装置选择33
• 3.8.3 喷涂装置配件选择33
• 3.8.4 钢架结构缺陷检测装置选择33-34
• 3.9 本章小结34-35
• 第四章 爬行机器人平台力学分析35-54
• 4.1 钢架结构表面防腐漆对电磁铁力学性能的相关研究35-38
• 4.1.1 防腐漆层对电磁铁吸力大小影响测定实验35-37
• 4.1.2 防腐漆层对电磁铁摩擦系数的影响测定实验37-38
• 4.2 爬行机器人平台静力学研究38-46
• 4.2.1 爬行机器人平台负载大小确定38-40
• 4.2.2 爬行机器人平台静力学建模分析40-46
• 4.3 爬行机器人平台部分关键零件受力分析46-53
• 4.3.1 Ⅰ号连接件47-49
• 4.3.2 Ⅱ号连接件49-51
• 4.3.3 Ⅲ号连接件51-53
• 4.4 本章小结53-54
• 第五章 控制系统设计与研究54-68
• 5.1 控制系统总体方案设计54-55
• 5.2 控制系统硬件设计55-61
• 5.2.1 控制系统的主控制单元选择55-56
• 5.2.2 控制系统工作方式设定56
• 5.2.3 传感器的选择56-58
• 5.2.4 控制系统基本电路图58-61
• 5.3 控制系统软件设计61-67
• 5.3.1 PLC的工作原理61-62
• 5.3.2 编程软件62-63
• 5.3.3 程序设计63-67
• 5.4 本章小结67-68
• 第六章 爬行机器人平台样机搭建与实验研究68-76
• 6.1 机械结构的安装与调试68
• 6.2 控制系统的安装与调试68-69
• 6.3 实验样机的搭建69
• 6.4 爬行机器人平台行走实验69-72
• 6.5 爬行机器人平台静载实验(带漆壁面)72-74
• 6.6 爬行机器人平台动载实验(无漆壁面)74-75
• 6.7 本章小结75-76
• 第七章 总结与展望76-78
• 7.1 总结76
• 7.2 展望76-78
• 致谢78-79
• 参考文献79-80

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本文编号：600192