一项实用开发项目爬壁式石油金属油罐容积检测机器人研制成功

一项实用开发项目爬壁式石油金属油罐容积检测机器人研制成功一种可用于石油金属油罐容积测量的爬壁机器人目前在上海交通大学研制成功．这种爬壁式机器人将取代目前在石油和液体石油产品的油罐容积检测中采用的光学参比法．爬壁机器人采用永磁吸盘吸附，履带移动，对壁面...     

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．     

一种检测用植物油罐爬壁机器人爬越焊缝能力分析

为了进一步提高大型立式植物油罐壁面检测作业的安全性,提出了一种新型的植物油罐爬壁机器人并对其爬越焊缝时的情况进行了受力分析。建立了机器人前从动轮越障、两主动轮同时越障和单个主动轮越障3种情况下的力学模型,并对其进行简化,得出机器人在遇到障碍时,不同状况下对磁吸附力的影响关系。确定出越障时所需的临界吸附力,为机器人吸附机构的磁吸附力的确定提供依据。     

差动式形状记忆合金驱动器驱动的仿生吸盘

为促进爬壁机器人负压吸附机构的微型化和小型化,根据生物负压吸附器官的结构特点,设计了一种形状记忆合金(SMA)驱动器驱动的仿生吸盘.由于SMA响应速度慢,为加快负压响应,仿生吸盘采用差动式SMA弹簧驱动器驱动,并引入电阻反馈监测SMA相变程度,设计了一种变结构控制器控制SMA加热电流.仿真和实验结果表明:该吸盘产生负压较快,并具有一定的吸附能力,能够作为微型和小型爬壁机器人的吸附机构.     

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。     

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。     

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,进而得到了流阻、流容等吸盘结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.     

喷砂除锈爬壁机器人磁吸附结构优化设计及整机性能试验

对爬壁机器人不下滑和不倾覆两种力学模型进行分析,研究磁吸附单元各个尺寸参数对吸附力的贡献关系,在提高吸附力的同时减小磁吸附单元的体积。结果表明:磁吸附单元的吸附力随着磁铁长度增大而增大,由于乙型回路的磁力线主要集中在磁铁的中间和两端,随着磁铁长度的增大利用率降低;磁吸附单元的吸附力随其厚度增加呈抛物线增长,当永磁铁厚度大于宽度的0.6倍时,由于工作面内的磁感应强度趋于饱和,厚度持续增加对吸附力的贡献减小;轭铁板厚度和隔磁板厚度对吸附力有不同程度的影响,存在最佳尺寸;在爬壁机器人最上端设有辅助吸盘,增加抗倾覆力矩,提高爬壁机器人的越障能力。     

永磁轮式爬壁除锈机器人控制系统*

油罐除锈作业中,存在粉尘弥漫、气源噪音巨大、罐内照明不足等问题,在该环境操作人员进行除锈作业时,对其生命安全带来极大威胁。针对上述问题,研制出对油罐内外壁进行除锈作业的爬壁除锈机器人。首先,针对该类型机器人的技术难点,对机器人爬壁吸附方式进行选型分析。在此基础上,对爬壁除锈机器人的实时控制系统软件概述;并对爬壁除锈机器人主控模块功能进行概述。最后,通过现场实验的方式验证机器人的除锈作业方式。经过多项测试,实验结果表明爬壁除锈机器人能够代替操作人员完成油罐内外表面的除锈作业,极大提高作业效率并有效降低操作风险。     

关节履带式管道检测机器人越障性能优化

针对一种特殊管道内部检测,设计了一种小体积紧凑型的关节履带式机器人.根据本机器人结构设计,建立了描述机器人姿态的各参数与越障性能之间的数学关系式.探讨了该机器人在越障过程中的姿态调整对越障能力的影响.在此基础上采用最优化方法求解了该机器人的最大越障高度,并确定了适合的姿态调整方法.Matlab仿真及实验验证了该设计和优化计算对于提高机器人越障性能的有效性.     

机器人定点变位姿手-眼标定方法

在自由度冗余的机器人末端连杆上安装激光位移传感器可实现灵活的非接触测量。针对该机器人的手-眼标定问题,提出了一种定点变位姿标定方法(FPDP)方法。该方法采用多次改变机器人位姿对同一点进行测量,并利用机器人运动学方程和最小二乘原理,快速计算机器人末端坐标系与激光位移传感器坐标系的齐次变换矩阵。基于此标定方法,实现了机器人对凹坑深度的测量。实验结果表明,定点变位姿手-眼标定方法有效、快速,可用于三峡水轮机叶片蚀面检测。     

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。     

一种用于电站清扫的新型移动机器人的研制

火力发电站大型排管锅炉的水冷壁排管壁面清扫和检测一直是一项繁重、复杂和危险的体力劳动。现研制出一种新型机器人－－水冷壁清扫检测爬壁机器人,采用独特的抗倾覆双履带结构、牲的磁路设计和开放式控制系统。该机器人可实现电站锅炉水冷壁排管壁面的清扫和壁面厚度检测,自动化程度高,工作效率和安全可靠性远远高于手工作业,具有较高的推广应用价值。该机器人已通过几次现场测验,各项指标均达到设计要求。     

应用滑动位移信号的机器人传感器系统

本文论述了能够指示机器人夹持爪手指间物体滑动的滑动位移信号机器人传感器系统的设计问题。给出了滑动位移传感器的基本原理结构和两种类型的传感器。描述了用于不同夹持爪动作方法(试举法和连续提举法)的系统方框图。两种方法均可应用于“RHINO XR—2”型机器人。     

路径预设的移动机器人设计

 为实现具有环境自适应能力的全方位移动的机器人,分析了当前移动机器人运动路径规划中存在的问题,提出一种路径预设移动机器人的设计方案。该系统由移动机器人和无线遥控器两个部分组成,采用霍尔传感器、红外避障传感器和电子指南针等多种传感器的融合,实现移动机器人的精确移动、路径学习和信息存储。从记录模式和移动模式两个方面阐述了系统工作流程。调试结果表明,设计提出的移动机器人能搭载各种设备,完成按预设路径移动并反向返回的功能,适于在智能家居等环境中进行监控采集等应用。     

3-RCT三维移动并联机器人机构及其位置分析

在机器人结构型式中,并联机构的应用越来越广泛,因此关于并联机器人机构的研究也日趋重要。根据并联机器人机构结构综合理论,以单开链支路为单元,构造了一种能实现空间三维移动的并联机器人机构——3-RCT并联机构,分析了该机构实现空间三维移动的机构学原理,给出了其位置正逆解的分析方法,并进行了数值验证。该机构结构简单、计算容易、输出运动只含三维移动而不合任何转动,有较好的应用前景。     

轮足式爬壁机器人的磁吸附结构设计与优化

近年来,随着我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。本文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*212 mm*39 mm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3200N吸附力。     

关节式移动机器人越障动态稳定性分析与控制

通过对关节式移动机器人越障过程运动学和动力学分析,得出控制移动机器人越障时保证动态稳定性的约束条件.根据传感器感知信息,用模糊逻辑控制方法改变车体姿态以适应地形,实现局部自主越障.实验表明,加入动态稳定性约束后,提高了关节式移动机器人越障的稳定性和越障速度,减少了各关节的动作,改善了越障性能.