罐体壁爬行机器人关键技术研究

论文摘要

爬壁机器人是极限作业机器人的一个分支,其目的是代替人类,在石化企业、核工业、建筑行业、消防部门、造船行业等领域中的危险状态下作业,具有极其广泛的用途和很高的使用价值。本文针对油田储罐的爬壁作业研究了轮式磁吸附爬壁机器人系统,由于爬壁机器人在罐体的不同部位爬行时需要的吸附条件不同,为了提高系统的稳定性、可靠性和灵活性,需要对磁吸附力进行合理控制。研制罐体壁爬行机器人对石化企业的发展具有重大的意义,为了解决其若干关键技术问题,本文建立了爬壁机器人系统的结构形式,采用永磁轮吸附与可控磁吸盘吸附相结合的方式进行吸附控制,并对机器人的运动学、动力学问题进行分析和仿真,主要研究内容如下:1.研究磁吸附轮式爬壁机器人的整体结构,提出了磁性轮与磁性吸盘联合控制磁力的吸附方式,设计出罐体壁爬行机器人的总体结构。2.针对机器人在罐体底面及侧面典型危险位置进行了静力学和动力学分析,提出了磁力控制方案和差速转向控制方式,并建立了爬壁机器人的运动学模型和动力学模型。3.通过COSMOSWorks和ADAMS仿真软件对爬壁机器人进行稳定性受力分析和动力学仿真分析。本文在研究理论受力分析的基础上,通过COSMOSWorks模块对爬壁机器人的主要部件进行静力学仿真分析,用ADAMS仿真软件对爬壁机器人本体模型进行动力学性能仿真分析,验证了磁性轮与磁性吸盘相结合的吸附方式的稳定性。机器人在壁面上爬行过程中,不同位置需要的吸附力大小不等,通过动力学仿真分析改进了机器人的磁盘吸附力分布,使机器人稳定、可靠地在罐体壁上爬行。本文所研究的罐体壁爬行机器人是实现对石油化工行业大型储油罐的内外壁爬行作业的机器人,具有很高的推广应用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 创新点摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 机器人技术
• 1.2 本论文研究目的和意义
• 1.2.1 本论文研究目的
• 1.2.2 本论文研究意义
• 1.3 爬壁机器人发展的历史与现状
• 1.3.1 真空吸附方式爬壁机器人
• 1.3.2 负压吸附方式爬壁机器人
• 1.3.3 磁吸附方式爬壁机器人
• 1.3.4 推力吸附方式爬壁机器人
• 1.3.5 机械力抓持吸附方式爬壁机器人
• 1.4 爬壁机器人存在的问题
• 1.5 论文各部分主要内容
• 1.6 本章小结
• 第二章 罐体壁爬行机器人总体方案设计
• 2.1 罐体壁爬行机器人设计目标
• 2.1.1 功能设计目标
• 2.1.2 性能指标
• 2.2 罐体壁爬行机器人基本功能方案分析与结构设计
• 2.2.1 爬壁机器人吸附方式分析
• 2.2.2 爬壁机器人爬行方式分析
• 2.2.3 爬壁机器人驱动方式分析
• 2.2.4 爬壁机器人转向方式分析
• 2.3 罐体壁爬行机器人本体结构
• 2.3.1 机器人本体结构设计思想
• 2.3.2 永磁吸附机构设计
• 2.3.3 永磁车轮设计
• 2.4 本章小结
• 第三章 罐体壁爬行机器人稳定性能与力学性能分析
• 3.1 罐体壁爬行机器人稳定性分析
• 3.1.1 稳定平面分析
• 3.1.2 影响稳定性因素及提高稳定性措施
• 3.2 罐体壁爬行机器人力学分析
• 3.2.1 罐体壁爬行机器人受力分析
• 3.2.2 罐体壁爬行机器人受力仿真分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 罐体壁爬行机器人动力学仿真研究
• 4.1 罐体壁爬行机器人动力学研究
• 4.1.1 机器人动力学分析概述
• 4.1.2 机器人动力学参数变换
• 4.1.3 机器人动力学模型
• 4.2 罐体壁爬行机器人动力学仿真分析
• 4.2.1 虚拟样机技术
• 4.2.2 罐体壁爬行机器人动力学仿真
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 详细摘要