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。     

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．     

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。     

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。     

基于斜面效应的爬缆机构设计及试验

对现有爬缆机构进行分析,利用斜面自锁特性,提出了一种能实现蠕动上升和滑动下降的爬缆机构。试制了样机并进行试验,结果表明该机构能满足爬升的要求,能源消耗小,夹紧力可靠。     

狭窄空间管道外壁检测机器人结构设计

为实现替代人工方法检测过热器管道外壁的目的，本文基于对爬管爬壁机器人的结构原理的分析，考虑到过热器管道空间狭窄形状复杂，设计了一种环抱式管道检测机器人。本文阐述了狭窄空间管道外壁检测机器人工作原理，设计了机器人的机械结构，分析了机器人手臂和手指的夹持力，分析了机器人的爬管升降力，并利用有限元仿真分析对其进行验证。研究结果表明：该结构设计合理，满足所需运行条件要求。     

城市主排水管道穿缆、检测机器人的力学性能分析

针对目前国内排水管道疏通所存在的问题，提出了一种应用于城市排水管道穿缆、检测的双履带式管道机器人的系统结构设计，主要对机器人在管道行走时的拖缆力及机器人转向时的力与速度进行了理论分析．设计的机器人系统结构合乎实际要求．     

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.     

受限柔性机器人力／位置控制装置,建模与辨识

介绍作者研制的受限柔性机器人力／位置控制装置并讨论了此装置的动力学建模,经推导得到了受限柔性机器人的动力学模型,该模型同一般刚性机器人的模型相似且模型结构简明．最后用实验等方法辨识了模型的相关参数,对深入研究受限柔性机器人力／位置控制的理论与实验仿真有极大的参考价值．     

CFRP材料对两千米级悬索桥缆索系统风致内共振的减振效果

针对大跨度悬索桥吊杆的风致内共振问题，探索了高性能CFRP材料应用于悬索桥缆索系统后的风致响应减振效果.探索性地设计了主跨2 000 m且缆索材料各异的悬索桥模型，根据CFRP主缆、钢主缆、CFRP吊索和钢吊索4种基本构件组合成4种缆索承重方案，分析了4种缆索承重方案的自振特性，并进行脉动风场模拟，在此基础上引入时域抖振力模型后得到结构风致响应的数值模拟结果 .研究结果表明：采用钢主缆钢吊杆的情况下，许多长吊杆存在明显的共振现象；主缆材料不变，将吊索材料替换为CFRP后，共振现象完全消失；采用CFRP主缆与钢吊索组合时，共振现象仍然存在，且吊杆的共振程度与钢主缆钢吊索方案类似；采用CFRP主缆与CFRP吊杆方案时，吊杆共振现象消除，其响应幅值甚至小于主缆的激励源幅值. 4种方案的对比表明，主缆材料对共振响应的影响不明显，用CFRP材料提高吊杆的自振频率则是消除共振的关键.     

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.     

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.     

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。     

The obstacle crossing ability analysis and improvement of the cable inspection robot

In this paper, the climbing obstacle capability of the previous special cable inspection robot (Model Number: XS1T-1) is analyzed. Static equations are established to analyze the relationships between the external forces and the maximum height of an obstacle. Parameters affecting the obstacle crossing ability are obtained. According to the analysis results, an innovated small volume, simple structure and light weight climbing mechanism is proposed (Model Number: XS1T-2). A simplified kinematics model of the mechanism is established. With two powered wheels, the obstacle crossing ability of the XS1T-2 is improved apparently. For the robot moving without deflection, the relationships of two powered input torques are deduced. The comparison of the simulation results clearly shows that the climbing ability of XS1T-2 is obviously improved, and it can meet the demands of inspection.     

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.     

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.     

斜拉索上雨线的气动力特性的试验研究

设计制作了可方便调节雨线在拉索模型上的位置和风向角的试验装置、用于测压试验的带人工雨线的拉索模型，并在风洞中进行了拉索模型同步测压试验．试验得到了在典型拉索倾角下，具有不同风向角时拉索雨线模型上的风压和气动力系数．这些结果为建立更为精细的理论模型提供了基础。     

小型爬壁机器人系统设计与应用

针对一种小型的双足爬壁机器人,设计开发了基于DSP2812处理芯片的控制系统.该机器人系统采用双足真空吸盘式结构和用3个电机驱动5个关节的欠驱动结构.双足真空吸盘式结构使其可以在光滑的墙面和天棚行走,又能够在交接面之间完成跨步行走.而欠驱动结构减少了电机的数目,从而减小了机器人的尺寸和降低了机器人的质量和能量消耗,但它也给机器人的控制和运动规划带来了新的挑战.已完成的系统设计包括运动模式设计、关节控制、通信模块设计和吸盘足控制等.实验结果证明了所提出方案的可行性.