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。     

面向缆索机器人的模糊灰关联综合评价方法

针对目前缆索的人工维护方式,研制了缆索1^#和缆索2^#维护机器人。根据缆索维护工程的特点,从技术、经济、实用、市场及环境五方面出发,提出了基于熵的模糊灰关联综合评价方法,建立了指标权重和模糊灰关联的评价模型,并对人工维护方式、缆索1^#、2^#维护机器人进行了综合评价,得到了方案优劣、排序和最优维护方案。基于熵的模糊灰关联综合评价方法有效地避免了各评价指标权重确定的主观性,正确处理了指标属性值的随机性、模糊性和灰色性。     

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。     

缆索结构系统动态响应的轴向主动刚度控制

研究一种索缆类结构系统动态响应的有源的轴向主动刚度控制技术,通过沿缆索轴向设计产生一个主动动态位移导致缆索系统的横向刚度变化并产生附加阻尼,使缆索的横向振动幅值减少。     

缆索机器人导向支撑机构动力学仿真研究

利用机械动力学分析软件ADAMS建立了气动式缆索机器人导向支撑机构的仿真模型,并得到了缆索机器人作业姿态角、支撑刚度、预紧力、支撑轮尺寸等因素对机器人本体作业偏移量的影响关系,为机器人设计参数的合理确定及优化设计奠定了基础.     

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.     

空间缆索体系对自锚式悬索桥的动特性影响研究

为了探索理想的自锚式悬索桥缆索体系以提高桥梁在地震作用下的稳定性,以吉林某自锚式悬索桥为工程实例,设计另外两种不同缆索体系的自锚式悬索桥。运用自振特性的研究方法对其自振特性进行分析;运用时程分析方法,对其自地震作用下的稳定性进行分析。结果表明：自锚式悬索桥采用内倾式空间缆索体系时,结构的侧弯及扭转频率增大,对动力特性有利;采用外倾式空间缆索体系时,结构的侧弯及扭转频率减小,对动力特性不利;在纵向地震波作用下,外倾式与平行缆索体系的结构响应更小;在横向地震波作用下,内倾式与平行缆索体系的结构响应更小。     

千姿百态机器人

“2000年上海机器人技术项目自主创新奖”已于去年11月揭晓,本次评奖活动共评出“自主创新优秀奖”4项,“自主创新奖”8项。现将部分获奖机器人简介如下:(前2项获“自主创新优秀奖”,后7项获“自主创新奖”) 1.缆索涂装机器人 斜拉桥为现代桥梁的新型式、我国目前建成和在建的斜拉桥达200余座。然而,作为斜拉桥三大受力构件(桥塔、桥面和桥索)之一的缆索长期暴露在空气中,经风吹雨淋日晒,缆索表面的聚乙烯护套将     

缆索涂装机器人模糊故障树分析

根据研制的缆索涂装机器人高可靠性要求,建立了以机器人不能完成高空爬升和涂装作业任务为顶事件的故障树,基于各底事件故障发生概率为三角形模糊数情况对故障树进行了模糊分析,并采用模糊数中值法计算各基本事件模糊重要度.故障树分析对该机器人成功进行现场试验提供了指导作用.     

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。     

双臂巡检机器人位姿变化下沿悬链线行走能力分析

为解决双臂巡检机器人沿输电线行走过程中存在的行走轮受力不均,易打滑脱线等问题,提出一种移动关节主动调节方法.分别建立了传统的双臂巡检机器人、带柔索双臂巡检机器人和带移动关节双臂巡检机器人行走轮受力模型,对比分析发现:机器人在最佳位姿状态下,受力情况最好,不易发生打滑问题.建立了巡检机器人关节变化的动力学模型并设计主动控制器,对机器人行走越障和沿线行走两种工况进行了仿真模拟.所设计的控制器能够协助机器人完成大坡度巡航与行走越障工作,并能够有效抑制关节振荡问题,缩短响应时间.最后开展了机器人行走越障与不同坡度行走实验,表明所设计的控制器能够辅助机器人完成巡检任务,有效抑制了行走打滑问题.     

一种可越过凸凹障碍的仿医蛭管内微型机器人

基于医蛭的内部结构和运动机理,提出了一种新型的,可越过管内凸凹障碍的仿医蛭管内蠕动微型机器人,解决了管内微型机器的通过性问题,该微型机器人由两个爬行部件、一个收缩部件和控制系统组成,具有可沿任意方向转变和可通过锥形,直线型及孤形管接头的能力。     

斜张索在移动载荷作用下的动力分析

首先讨论斜张索的自身平衡状态，以此为参考状态推演斜索在移动荷载作用下三维运动微分方程，根据作用荷载的特点，将三维问题简化为二维问题，以黄山索道为实例，用伽辽金法对运动进行近计计算，通过本文的研究，建立了斜索动力分析的基本理论和方法，获得小变形情况下动力应和动务的变化规律。为张索大变形等情况的研究奠定了基础。     

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．     

管内检测机器人在水平直管内运动的数值研究

采用计算流体力学和动网格技术，数值模拟了单节管内检测机器人在水平直管内从静止到匀速运动这一过程，得到了这一运动过程中机器人的运动规律。计算中将机器人作为运动边界，其受力由当前流场信息来获得，再根据受力来计算机器人的运动速度和前进距离，因边界运动而变化的计算区域根据新的边界条件用弹性变形和网格局部重构技术来更新。不同质量机器人在不同摩擦力下运动规律的计算结果表明，质量只影响机器人达到稳定运动的时间，而摩擦力会影响机器人的稳定运动速度和达到稳定运动的时间。计算结果与实验结果比较吻合，说明动网格技术模拟机器人的运动过程可以为机器人的外形设计、速度控制研究以及操作运行提供参考。     

主动避障式管道机器人结构设计及动力学仿真

为了解决轮式管道机器人在管道内越障能力不足的问题,设计一种主动避障管道机器人,并运用ADAMS进行动力学仿真分析。首先分析了管道机器人结构原理和运动特性。随后运用ADAMS建立虚拟样机,对管道机器人的避障能力、直行能力以及过弯能力进行仿真分析。仿真结果表明,该管道机器人可自动适应148～152 mm管径;可通过的最小转弯半径为304 mm;可实现在管道内部主动避障,同时具有良好的动力特性。     

间隙式单吸盘爬壁机器人动力特性分析

研究了带有新型吸盘结构的具有间隙式负压吸附方式特点的爬壁机器人的动力学问题。采用间隙吸附方式的爬壁机器人,其运动性能(可操作性、驱动性能等)主要由轮式移动结构决定,因此对爬壁机器人运动结构进行动力学分析是合理和必要的。基于拉格朗日乘子方程建立了机器人的动力学模型。利用Matlab/Simulink的动力学仿真,分析了吸盘吸附力和机器人方位角变化对爬壁机器人运动特性的影响,为改善和提高机器人的运动性能并为其结构优化设计与运动控制提供了理论研究基础。     

履带式管道机器人的自适应模糊控制

介绍了自适应履带式管道机器人的基本运动机构，分析了其在管内的运动状态，研究了对机器人在直管与大曲率半径弯管内移动时的运动模糊控制方式。根据大量的实验结果分析改变管道机器人运动环境，如不同管道直径、不同管道弯曲半径等，对机器人运动状态的影响。运用相关原理研制了具有一定管内运动环境自适应能力的履带式管道机器人模型样机及其运动控制系统。     

气动爬缆机器人气压分析与试验

针对索径变化较大、表面情况恶劣的缆索，提出了一种采用铰链结构的气动蠕动式爬缆机男人结构模型，建立了该机器人气缸受力与高空气压损失等理论模型，并对样机研制实例进行了验算．研制了工程样机并在上海徐浦大桥上成功地进行了现场试验．仿真和试验表明，机器人气体压力损失与施工距离、高度、系统耗气量、气管倾斜度等成正比例非线性变化；机器人下降时速度较上升时均匀性好，能在斜拉桥缆索上安全、高效爬升．     

3-RPS并联机器人刚柔耦合动力学分析

主要探讨了并联机器人刚柔耦合系统的动力学仿真分析方法,通过有限元软件与多体系统动力学软件相结合,建立了3-RPS并联机器人的多体系统动力学模型.借助刚体和柔体相结合的分析方法,分析了并联机器人的力学特性,获得了机器人在带载运动过程中机械手末端的位移变化和误差曲线,以及机器人各支链连杆的危险部位和应力变化曲线.采用刚柔耦合相结合的分析方法,更加直观、准确地模拟了机器人的实际工作状况,提高了对于在动载作用下零件动态响应分析的准确性,为并联机器人的结构设计与优化提供了重要的理论依据.