电动连续式爬缆机器人设计理论分析与试验

在分析缆索曲线约束和爬升阻力等工作环境的基础上，提出一种采用铰链结构的电动连续式爬缆机器人结构模型，建立了其弹簧压紧力、车轮抱紧力等力学模型，并对样机研制实例进行了验算．研制的爬缆机器人具有液压控制的弹簧压紧装置，能在缆索上快速安装和安全收回．在实验室多次试验后，该机器人已在南浦大桥进行了现场试验．结果表明其能高效、可靠地爬升和涂装实际斜拉桥缆索全长．     

缆索类维护机器人对高空管道的线性动态响应

针对缆索落后的人工维护方式,研制了缆索类维护机器人以实现对缆索的自动清洗、检测、涂装等日常维护,分析了在高空管道维护中包括机器人质量在内的多参数对管道线性动态响应的影响,并根据机器人以不同速度在管道上运动作业所产生的动态响应进行了数值仿真。结果表明,移动机器人对管道的动态响应达到了静态响应的1．5倍。     

电磁型微小管道机器人的研究

针对微小空间、微小管道实时探测的要求,研制成电磁驱动微小型管道机器人样机,对样机的移动机理及动作过程作了具体分析,并对影响机器人运行速度及步距大小的几个因素（如激励电压的幅值和频率、机器人驱动机构与地面的摩擦情况等）进行了分析讨论．最后给出了微小型管道机器人在不同材质表面上驱动运动的实验结果．试验结果表明,电磁驱动微小型机器人不仅能在上述材质表面上完成各项设定操作,并有足够的驱动力输出．     

中国天眼馈源支撑缆索检测机器人设计

中国天眼,即五百米口径球面射电望远镜,简称FAST,是中国的重大科技基础设施。而馈源支撑系统是FAST中对馈源舱进行高精度位姿调节的重要部件。为保障FAST的正常运行,必须定期开展馈源支撑系统的安全检测。为此,需要设计能够自主进行馈源支撑缆索缺陷检测的机器人系统。本文针对机器人在FAST馈源支撑缆索上的工作环境,设计机器人总体方案。根据缆索上障碍多的特点,将检测机器人设计为底部开口、多轮抱索、多节串联形式;根据缆索长、陡的特点,确定两端卷扬机牵引驱动为主、轮驱为辅的驱动形式。依据总体设计方案,分别开展机器人各部分的详细结构设计,保障机器人能够可靠地沿缆索运动与避障;设计主动调整、弹性适应的连接机构实现各节机器人之间连接与相对位置调整。最后,进行机器人整机样机运行实验。实验结果表明,机器人能够稳定地在缆索上运动及避障,验证了所设计的机器人系统沿FAST缆索检测所需的运动能力。     

水下船体表面清刷机器人磁吸附系统的研究

介绍了船体表面清刷机器人磁路的设计，磁吸附力的计算和磁吸附系统的封装工艺及在水下磁吸附力的变化情况．研制了水下船体表面清刷机器人所用的磁吸附系统．经样机试验证明该吸附系统具有体积小、吸附性好、防护性能强的优点．     

气动爬缆机器人设计理论分析

缆索自动爬升是在役缆索维护机器人化的最关键问题。在分析缆索曲线约束和爬升阻力等工作环境基础上,提出一种采用汽缸夹紧装置的爬缆机器人结构模型,建立了其工作条件、气缸抱紧力等力学模型。设计的爬缆机器人具有气动控制的压紧装置,能在缆索上快速安装和安全收回。     

缆索维护机器人系统的研制

缆索维护机器人是特种机器人技术在斜拉桥缆索维护方面的首次应用。提出了机械模块化的设计思想,研制了适于任意倾斜度缆索的新型爬升机构和各种工作机构。该系统可完成对缆壳的在线检测、清洗及涂装等一系列维护工作,并且克服了国内外斜拉桥普遍采用的人工方式进行缆索维护所带来的低效率、高成本、安全性差等缺点。     

四驱式爬缆机器人结构及动力学分析

在对现有爬缆机器人分析研究的基础上,提出了一种新型四驱式爬缆机器人结构;该爬缆机器人设计有两组对边驱动装置,交替作业可使机器人避开缆索上一些小型元件。通过控制夹紧机构,机器人可利用重力实现匀速安全回收,节省了能源。通过对该爬缆机器人的动力学分析,得到了夹紧力条件和驱动力条件。研制出了样机并对其进行了多次实验,实验结果表明,该机构运行平稳可靠,越障性能较好,能够达到实验的预定目标。     

一种摇臂轮组与行星轮组相结合的爬楼越障机器人结构设计

为了提高轮式机器人移动的地形适应能力和越障能力,提出了一种摇臂结构与行星结构相组合的10轮多地形自适应移动机器人。该机器人采用摇臂结构轮组作为前驱轮组被动摆动适应地形变化,行星结构轮组作为后驱轮组主动翻转翻越障碍适应地形。利用Adams软件构建机器人爬楼越障动力学模型,仿真分析机器人爬楼越障过程。研制了物理样机,根据多级台阶、楼梯、斜坡、崎岖地形进行适应性测试。试验结果表明:该机器人能够连续通过5种不同尺寸的楼梯,且在50 s通过13级台阶,验证了该机器人的地形适应能力和越障能力。     

蠕动式微机器人结肠镜系统及模型

研制了一种新型的基于蚯蚓蠕动原理的内窥镜机器人,可用于微创无创肠道诊疗.机器人直径和长度分别为9.5和120 mm,由自行研制的直线电磁驱动器驱动.详细介绍了样机的结构、运动原理和控制系统,建立了与爬坡能力相关的力学模型,给出了有效牵引的数学条件表达式,并对表达式的有效性进行了试验验证.建立了在粘弹性肠道中的受力模型,研究了牵引效率、临界步距,并进行了离体肠道试验.该研究为机器人结肠镜的临床应用奠定了基础.     

PLC在缆索机器人监控系统中的应用

针对气动蠕动式缆索喷涂机器人的工作特点,提出了把可编程控制器(PLC:Programmable Logic Controller)用于机器人控制系统中的实现方法.利用PLC的通讯功能,搭建了监控式控制系统,在控制策略上可保证机器人本身具有很强的故障源自主判断和自主处理能力.实验证明,所搭建的监控系统性能可靠,经受了系统断气、通讯电缆断线等人为故障的考验,可以在带载条件下安全返回地面.监控式控制系统能够满足缆索机器人的工作要求.     

PGZX-1型炉管爬行机器人机械结构设计

PGZX—1型炉管特指管径在50 mm—90 mm,管间距在30 mm左右的直管。目前很多化工厂锅炉管道和热电厂加热管均属于PGZX—1型炉管。因长期受热,炉管极易产生严重的渗碳现象,需对管柱渗碳层厚度进行检测,以随时了解炉管内部渗碳情况,确保工作的稳定性及安全性。提出了一种能够攀爬管柱的机器人,这种机器人不受攀爬管柱材料和管径限制,在尺寸及重量上实现最小化。对炉管爬行工作时面临的管间距狭小,管径变动及管体变形进行了针对性设计,介绍了新型爬管机器人的原理方案,阐述了新型爬管机器人主要机械结构的设计原理。     

PGZX-1型炉管爬行机器人参数设计

PGZX-1型炉管特指管径在50 mm-90 mm,管间距在30 mm左右的直管.本设计主要针对工厂锅炉管道渗碳层厚度检测工作,提出了一种能够攀爬管柱的机器人,其不受攀爬管柱材料、变管径及变管距限制,在尺寸及重量上实现最小化.设计中以链式机械环抱机构完成机体与管柱的贴附,采用履带行进,实现运动速度均匀,探头装置以丝杠及半月板联接,可实现小角度回转,扩大探测面积.设计可行性很高,可在现阶段下完成制造工艺,投入生产应用.     

Modeling and Experiments of Spray System for Cable Painting Robot

Many cable-stayed bridges have been built in the world in the past decades, and cable-stayed structures have been adopted in many large constructions. The cable painting robot is safe and economically efficient for stay cable maintenance. In order to satisfy the need for spraying Cables in high attitude, an automatic cable spray system for cable painting robots is presented in this paper. Using the β distribution, paint thickness distribution on a cylinder surface is modeled. The spray gun＇s number, angle and movement are analyzed to get coat evenness. Then a robotic spray system engineering prototype has been developed, which includes a cable electric running climbing base, a spray cover, four airless spray guns and a pressurized paint container. Experiments indicate that four airless spray guns can guarantee good coat quality for general stay cables. The field tests have been successfully conducted on Nanpu Bridge, Shanghai.     

XLPE电缆接头典型缺陷老化寿命评估研究

为评估具有典型接头缺陷的交联聚乙烯(XLPE)电缆的老化寿命,对10kV电缆制作了三种常见典型电缆接头缺陷模型,分别为划痕缺陷、气隙缺陷和爬电缺陷。首先采用常规法,基于老化过程中XLPE断裂伸长率的变化,结合Arrhenius方程推算出电缆特定条件下的老化寿命,然后将逐级耐压实验数据与该寿命结果比对,得到选用电缆的寿命指数,最后采用工程经验公式计算得到具有接头缺陷电缆的老化寿命,在电压10kV,温度85℃下三种缺陷类型的老化寿命依次为18.1年、23.2年和25.1年,同时对不同缺陷类型电缆产生的差异性实验结果进行了分析。     

基于电磁-热-流耦合场的多回路排管敷设电缆载流量数值计算

多回路电缆以集群方式敷设时,各回路之间的电磁耦合和热耦合都将加强,对电缆导体线芯和金属外护套的交流电阻及涡流损耗的影响均不可忽略。为准确计算四回路电缆在4×4孔排管敷设方式下的载流量,借助于Comsol和MATLAB软件建立电磁-热-流耦合物理场有限元模型,将电磁场、温度场及排管内空气流速场耦合求解。首先通过求解电磁场计算电磁热损耗,然后作为载荷施加于传热模型进行温度场分布计算。该模型对电缆复杂的邻近效应、趋肤效应进行直接仿真计算,考虑了金属材料电阻率随温度的变化关系,且传热模型中耦合了空气自然对流、热辐射和固体热传导3种导热方式。利用所提模型对6种排列方式下的电磁热损耗和温度场分布进行计算;并利用二分法计算相应的载流量。结果表明,排列方式对电缆间的邻近效应有较为显著的影响,优化排列方式可降低电缆损耗、提升载流量。     

车辐式索桁架拉索松弛敏感试验及可靠性评估

大跨空间钢结在实际工程操作或环境影响下势必会造成一定程度的松弛,拉索出现松弛后力系必定重新调整达到新的平衡,会引起杆件内力的增加或减小,影响结构安全性,以设计的跨度为6 m的车辐式索桁架结构为对象,进行了车辐式索桁架结构拉索松弛敏感性试验,研究了不同种拉索发生松弛时对结构的影响,得出环索松弛对结构力学性能影响最大,定义环索为车辐式索桁架结构敏感性构件;全部下径向索发生松弛时对结构影响最为不利.基于可靠性理论,运用响应面法和蒙特卡洛法得到可靠度指标,得到不同拉索发生松弛下对车辐式索桁架结构可靠度的影响和结构不同参数的灵敏度,可为车辐式索桁架结构发生预应力损失进行安全评估提供依据.     

微管道机器人的脉冲驱动电源

有缆驱动微管道机器人行走时摩擦力大,影响行走效果。利用互补脉冲使螺线管产生交变磁场原理,设计了无电缆驱动电源装置。实验表明,该电源输出的互补脉冲具有较强的驱动能力,螺线管磁场引导机器人可在弯形管道和长距离管道模型中稳定行走,消除了电缆摩擦力对机器人的影响。该电源装置扩展了机器人行走范围。