爬壁机器人全方位移动机构研制

开发了用于机器人壁面自动清洗装置的可越障轮式全方位移动机构。该机构保证机器人在保持机体方位不变的前提下，沿壁面任意方面直线移动或在原地旋转任意角度，同时能跨越存在于机器人运行路径中的障碍。     

爬壁机器人履带吸盘的多体渐变磁化系统设计

介绍了基于多体渐变磁化系统理论研究设计的有别于传统普通吸盘结构的爬壁机器人履带吸盘结构。根据稀土永磁履带吸盘结构和性能特点， 建立了履带吸盘的简化模型和吸盘与金属壁面间隙工作空间的镜像模型。基于以上模型和稀土永磁体内部磁化强度与均匀分布的特性，推导出间隙工作空间在y方向的磁场强度的多次谐波方程表达式，证明该结构的吸盘比传统普通吸盘有更良好的磁场性能。通过对比实验验证，该履带吸盘的吸力比普通吸盘大得多，完全能满足爬壁机器人爬行性能的要求。     

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。     

多足爬壁机器人新型足—掌机构运动学和力解析

本文介绍了一种新型足－掌机构，利用该机构可以解决多足爬壁机器人从地面向壁面过渡行走的难题。通过对机构的运动学正、逆问题的求解，推导出足端的工作空间以及可达的极限位置，同时对机构进行了受力分析，为规划多足爬壁机器人地壁过渡行走、机构参数的选择以及优化设计提供了理论依据。     

具有双负压吸盘的爬壁机器人吸附特性

介绍了一种双负压吸盘式爬壁机器人吸附机构，分析了机器人可靠吸附于垂直壁面的基本吸附力条件．基于流体网络理论建立了吸盘模型并得到吸盘在风机突然启动、机器人遇障碍以及风机突然关闭三种情况下的等效电路．通过对等效电路的分析得到吸盘内负压动态响应曲线与流阻、流容的影响，进而得到了吸盘机构参数对吸盘腔内负压的影响关系．最后通过试验和仿真进行了验证．     

爬壁机器人的轮式移动机构的转向功耗

移动机构转向功耗是爬壁机器人的关键性能参数.该文基于Herz接触理论建立了轮式移动机构转向功耗计算模型,仿真分析了分别采用纯滚动转向、滑动转向及滚动滑动混合转向的3种典型轮式移动机构的原地转向功耗,并与双履带式移动机构进行了比较.研制了上述3种轮式移动机构样机.根据仿真及实验结果确定爬壁机器人采用纯滚动转向差动驱动方案,移动机构的原地转向阻力接近直线行驶时的滚动阻力,转向功耗小.     

一种柔体爬壁机器人地壁过渡研究

分析了国内外具有凹过渡功能的爬壁机器人的研究现状.针对地壁过渡这种典型的壁面凹过渡问题,提出了一种柔体机器人结构.该柔体机器人在六足爬行机器人的基础上,增加了两个躯干自由度,提高了机器人对各种爬行面的适应能力.通过对这种柔体机器人地壁过渡过程的步态设计和仿真,证明了该柔体机器人结构设计的合理性和步态设计的可行性.     

轮足复合式爬壁机器人研究综述

当前轮足复合式机器人机构主要包含轮足结合、分离复合以及变形轮足,分别能够实现不同障碍通道的移动作业、复杂未知环境的探索操作以及突发应急救援等应用。然而,针对船舶、压力储罐等金属立面环境,轮足复合式爬壁机器人必须兼具壁面适应、越障和壁面过渡的全位置自主作业能力,应用于壁面焊接、清洗、检测等作业任务。对比分析当前的国内外研究,轮足复合式爬壁机器人针对在垂直和倾斜壁面的工程应用有良好的适用性,它具备适应复杂曲面工作面并能够应对非结构化工作场景。轮足复合式爬壁结构在应对曲率变化、非结构化壁面等工作将会有良好的应用前景。     

可越障爬壁机器人研究与设计

为了解决爬壁机器人越障性问题,本文根据爬壁机器人的吸附类型介绍了国内外足腿式、蠕动式以及飞吸式机器人越障能力的研究现状,以及本团队研制的3款越障式爬壁机器人的性能特点,对比了各类机器人越障性能的优劣性.在此基础上探讨了爬壁机器人设计时的重点问题,对未来设计越障爬壁机器人起到了一定的引导作用.     

六足爬壁机器人过渡行走运动规划

过渡步态规划是实现多足爬壁机器人从地面向壁面自动行走的关键问题之一，对于在其它相交面间的自动行走也不可缺少．这里，探讨了一种将复杂的过渡行走运动用两个较易实现的简单部分—“单足跨步运动”和“机身俯仰运动”来组合完成的方法．并通过计算机图形仿真验证了上述方法的可行性和有效性．     

风电塔筒检测爬壁机器人设计与安全性分析

针对风电塔筒垂直壁面作业任务的需求,根据塔筒的直径变化范围研制了一个能够自适应塔筒曲面曲率变化的爬壁器人。并对机器人进行静态与动态安全性分析,根据实际塔筒壁面倾角建立任意位姿的空间模型,分析了爬壁机器人失稳的因素及其产生的原因。通过仿真分析得到爬壁机器人的主导失稳形式以及机器人安全吸附时的最小许用吸附力。分析了机器人静态安全吸附与重力和壁面倾角以及位姿角存在的关系,以及动态安全吸附与重心位置高度、摩擦系数、几何尺寸之间的关系,结果表明:纵向翻转式影响机器人安全性的最重要因素,适当地降低机器人的重心高度更有利于保证机器人的稳定性,对样机进行性能测试试验,证明机器人能够在风电塔筒壁面上安全稳定的运行。     

基于ANSYS的爬壁机器人永磁轮吸附装置的设计与优化

为解决钢质壁面与永磁轮之间吸附性能弱的问题,通过有限元分析方法研究永磁吸附装置,在永磁体尺寸不变的前提下对磁路展开优化,设计一种磁极同名阵列排布的新型永磁轮。对该吸附装置进行数值仿真分析,得到不同条件下永磁轮与钢制壁面之间的吸附力及轮磁通密度矢量图,借助于仿真软件对永磁轮的合理性进行验证,并对轭铁厚度和钢制壁面间不同气隙进行数值仿真,选取最优值,为爬壁机器人永磁吸附结构设计及优化提供参考。     

壁面爬行机器人研究与发展

介绍了壁面爬行机器人的用途和传统爬壁机器人的结构、吸附方式、移动方式及其特点,阐述了壁面移动式机器人在国内外的发展概况,并对未来爬壁机器人结构及发展趋势作出预测。     

基于双自由度万向轮机构的爬壁机器人运动状态检测

摘要： 设计了基于双自由度万向轮机构的速度测量装置,该装置由双自由度滚轮、旋转编码器、角位移传感器和水平姿态传感器等构成.机器人运动时,利用水平姿态传感器检测爬行机构的转动角速度,双自由度万向轮机构利用角度传感器测量速度方向,利用光电编码器测量速度大小,实现对机器人运动状态的测量.根据其测量结果,建立了电动机输入和控制点运动状态之间的关系,为机器精确任务操作提供了基础.     

海上风电大直径宽浅式筒型基础抗弯特性分析

风机属于高耸结构物,承受巨大的弯矩是海上风电基础区别于其他常见结构基础的重要特征．大直径宽浅式筒型基础是适应海上风电特征荷载作用的新型基础型式．筒型基础的直径、入土深度、顸盖及侧壁厚度是控制其抗弯能力的重要技术参数．结合某海上风电工程实例,采用数值分析方法,系统研究了不同尺寸特征参数对筒型基础传递及抵抗弯矩荷载的影响,揭示了弯矩荷载作用下宽浅式筒型基础的失效模式及基础转动点位置;研究了地基承载力设计中等效均质算法的合理性．研究表明：基础抗弯承载能力随筒型基础的直径及入土深度的增加而显著增长;在弯矩荷载作用下,筒周围土体出现贯通的弧形破坏面而在基础下方土体中存在曲边三角形的稳定区;对于实际工程中的上软下硬成层土地基,经等效均质化后,将导致计算得到的基础抗弯极限承栽力明显偏高．     

摩擦桩单桩承载力数学模型的建立及其应用

文章根据摩擦桩的荷载传递机理,对摩擦桩进行受力分析与计算,从而建立起摩擦桩单桩承载力的数学模型。该模型可用于计算机进行优化设计,并从该模型的影响因素出发,有效地选择相应的施工方法,可更好地指导施工,并就此模型对施工中出现的瓶颈桩问题和桩周土的含水量对承载力的影响问题作初步探讨。     

风电塔筒爬壁机器人电机基座优化设计

为解决应用于风电塔筒壁面检测的爬壁机器人电机基座轻量化的问题,提出了一种将动力学仿真与优化设计相结合的方法。通过ADAMS进行动力学建模仿真,得到电机基座的动态载荷并将其作为优化设计的边界条件;通过ANSYS Workbench将拓扑优化、尺寸优化相结合的方式进行优化设计,拓扑优化确定了优化区域。结合参数敏感性分析和响应面法的尺寸优化确定了满足电机基座轻量化目标的最优解。