履带式磁吸附爬壁机器人壁面适应能力的研究

基于履带式爬壁机器人在爬壁过程中受力情况,认为机器人行走机构对壁面的适应程度系数μＲ是影响其壁面附着力的重要因素,μＲ取决于履带与壁面的贴合系数μＳ以及截荷分散系数μＬ．在机器人设计中可以采取适当加长履带、浮动支撑、载荷分散机构、柔性履带等措施,以提高爬壁机器人的壁面适应能力,实现其在壁面的安全爬行．     

双动力臂爬壁机器人运动吸附控制系统设计

本文设计了一种能够适应多种壁面、安全性高的爬壁机器人运动吸附控制系统.首先介绍了机器人的结构和运动原理,并详细描述了机器人吸附机理和真空回路控制原理.在此基础上,设计出一种通用双动力臂爬壁机器人运动吸附控制系统.分析表明,该控制系统工作性能良好,使该机器人吸附系统安全可靠,有较强的越障能力,能较好地适应各种材质和倾角壁面的作业要求.     

立式金属罐容积检定机器人控制系统设计

介绍了一种用于立式金属罐容积检定的爬壁机器人控制系统设计方案.爬壁机器人采用了非接触永磁吸附结合四轮驱动的方式实现壁面运动.其控制系统由上下位机组成,上位机控制系统主要完成爬壁机器人控制系统的管理、运动轨迹的规划、工作状态的实时显示、系统的安全诊断保护、运行、停止等;下位机控制系统则实现对运动的控制,由AT89C51微控制器为核心构成直流电机驱动电路、倾角检测电路、电源电路等模块组成.现场实验表明:该机器人不但运动灵活,而且解决了爬壁机器人运动偏斜的缺点.     

国内外壁面移动式机器人发展概况

阐述了壁面移动式机器人在国内外的发展概况，介绍了几种吸附方式和移动方式各自的特点，论述了在爬壁机器人的行走机构中采用全方位车轮的优越性。     

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。     

轮式磁吸附超声检测爬壁机器人的设计与吸附稳定性分析

针对铁磁壁面缺陷检测的需求,设计一种融合超声检测功能的爬壁机器人。首先提出一种集耦合剂涂抹、超声检测和缺陷标记功能于一体的集成式检测机构,其次,设计一种含壁面打磨机构、耦合剂挤压机构的爬壁机器人,再次,针对机器人所处横向、竖直、悬壁3种工况,分析运动稳定性条件,包括吸附力条件和电机扭矩条件,为轮式磁吸附爬壁机器人的设计提供依据。研究结果表明:该机器人能够在铁磁壁面上实现移动和超声检测功能,包括壁面打磨、耦合剂涂抹、超声检测和缺陷标记。     

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。     

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。     

爬壁机器人

爬壁机器人采用真空吸附形式吸附壁面,吸盘贴近壁面时受挤压力作用排出空气实现真空吸附。脱离时空气单向阀打开与大气相通吸附力消失脱离壁面。在爬行方式上．该机器人使用2组8个吸盘,8吸盘结构能够保证整个机器人自身稳定性,2组吸盘在曲柄连杆机构带动下交替运动．克服了其他机器人爬行速度慢的缺点,同时具备更好的越障性。     

爬壁机器人

高楼大厦的瓷砖外表或玻璃幕墙往往要工人爬上爬下清洗来保持清洁,而哈尔滨工业大学日前研制成功一种新型壁面清洗爬壁机器人,将替代这种低效率、不安全的人工清洗方式。这种新型壁面清洗爬壁机器人为第二代清洗机器人,采用弹性气垫密封负压吸附。工作时,它脸盆大的吸盘紧紧地吸附在墙壁上,以每分钟２～１０ｍ的可调整速度双轮驱动上下左右灵活移动,可以适应弧形壁并跨越沟槽。这种机器人不再依靠巨大的控制柜和大量的电缆芯线进行控制,而直接将缩小了体积的控制器安放在机器人本体上,实现了控制器的小型化,机器人仅重２３．２ｋｇ…     

基于Lyapunov稳定性的爬壁机器人路径跟踪双环滑模控制

针对爬壁机器人路径跟踪控制问题,提出一种双环滑模控制算法。该算法是以建立的爬壁机器人运动学模型为基础,设路径跟踪偏差信息为滑模切换函数,结合backstepping思想设计了控制率,通过Lyapunov函数验证其稳定性,实现了外环位置和内环姿态的准确跟踪。对于环境的不确定性,采用提高内环增益大于外环的方法解决。将设计的双环滑模控制器与一般滑模控制进行轨迹跟踪仿真比较,并对直线轨迹跟踪进行了实验验证,结果表明:本文设计的路径控制器能较快达到零误差跟踪,整个控制过程和过渡过程准确且平滑,所以该算法可有效提升爬壁机器人工作水平。     

基于降级模糊算法的爬壁机器人避障控制

针对罐体表面作业过程中避障的问题,提出了改进模糊避障控制算法。为保证爬壁机器人能够缩短到达目标点的时间,除爬壁机器人与障碍物距离量外,增加爬壁机器人与目标点的角度量作为输入变量,速度、角速度作为输出量,确定了各参数的论域与隶属度,建立了模糊规则表,采用重心法解模糊化;考虑罐体环境的复杂多变性,提出优雅降级避障控制策略,在探测传感器受扰失灵的情况下仍能够越过障碍物到达目标点。通过与人工势场避障法仿真比较,改进模糊控制法可更有效地避开障碍物,并在探测传感器异常情况下,也能保证爬壁机器人到达目标点,体现了该避障算法的优越性与可靠性。最后进行了爬壁机器人避障实验,验证了该算法的可行性。     

反推力吸附的爬壁机器人设计及实验研究

为实现机器人稳定、快速和高效地在不同接触壁面移动,提出了一种采用双旋翼螺旋桨反推力作为前驱动力和壁面吸附力的机器人设计方法.对爬壁机器人结构和动力系统进行设计,通过对机器人在不同运动状态下的静力学进行分析,得出机器人在旋翼倾角为60°时动力性能最优,并通过机器人在水平状态下牵引力实验得到了验证.通过在实际操作过程的实验测试,机器人旋翼倾角单度变化运动效果优于旋翼倾角成倍变化.通过对机器人在水平和垂直壁面吸附力进行实验测量,得出由于结构复杂性大大降低了螺旋桨气动效率.最后,通过实验验证了机器人在小斜坡和垂直壁面稳定吸附能力.     

爬壁式机器人安全系统的动力学模糊神经网络控制研究

对带有安全装置的一种新型的爬墙式机器人的安全系统的动力学问题及其模糊神经网络控制进行了研究 ,采用的动力学模糊神经网络控制技术可以较好地解决爬壁式机器人安全系统的摆动和纵向振动问题 .     

轮足式爬壁机器人的磁吸附结构设计与优化

近年来,随着中国劳动力成本的不断上涨,机器人协助或代替人工作业已受到越来越多人的关注。通过开发爬壁特种机器人,可以减少对自然环境造成的污染,降低工作风险和强度,提高劳动效率。然而,在大型金属立面维护机器人作业过程中,永磁吸附会影响机器人的越障灵活性,提高越障灵活性变得尤为重要。针对一种具有越障能力的三段式轮足爬壁机器人本体模型,设计了一种体积小、单位磁能积大、磁铁-轭铁-磁铁交叉排布且能够在机器人越障时提供可靠吸附力的复合式变磁力吸附模块。通过设定优化函数对复合式变磁力吸附模块的各项参数进行逐级优化设计,包括复合式变磁力吸附模块与壁面间距、复合式变磁力吸附模块上部轭铁厚度及磁铁厚度、复合式变磁力吸附模块磁铁间隙轭铁厚度、磁铁宽度及间隙数,从而得到详细的复合式变磁力吸附模块模型,以132 mm(长)×212 mm(宽)×39 mm(高)的体积就满足了机器人越障状态下单组复合式变磁力吸附模块所需提供的3 200 N吸附力。     

水冷壁高温腐蚀机制及机器人检测技术

阐述了锅炉水冷壁发生高温腐蚀的机制与条件,介绍了用于火力发电站的锅炉水冷壁检测机器人的发展情况,以及各种爬壁机器人的本体结构、磁路设计及控制系统等。由此得出水冷壁检测机器人能够缩短作业周期、提高电站的经济效益、降低劳动强度并提高检测精度.     

壁面爬行机器人“脚”的研究

利用壁虎爬墙的原理,制造出能和壁虎的脚功能相近的材料,把壁虎的爬墙功能和现有的真空吸盘式爬墙系统结合起来,弥补现有设备的缺陷。在吸盘底部不规则方向布置仿刚毛材料,合理设计吸盘吸气的气道,保留吸盘组的高吸附力,可以制作出快捷、灵活的爬墙机器人。     

微小步行爬壁机器人的电磁直接驱动方式

研究了利用两组电磁力交互作用,直接驱动微小步行爬壁机器人的方法,分析了单层驱动方式、双层驱动方式和差动式驱动方式的原理,并进行了三种驱动方式的对比实验,为微小步行爬壁机器人驱动装置的设计与研制奠定了基础。