【摘要】：換流閥是換流站的核心設(shè)備,而換流站閥廳作為安置換流閥的建筑,其內(nèi)壁的潔凈對換流閥的穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。閥廳內(nèi)壁為特殊結(jié)構(gòu)且障礙較多,因此目前市面上普通的壁面除塵設(shè)備無法對其開展除塵工作,故針對此問題,本文設(shè)計(jì)了一款專用于換流站閥廳內(nèi)壁除塵的雙節(jié)式機(jī)器人,并對其進(jìn)行了展開分析與研究。分析了機(jī)器人的工作環(huán)境和主要的技術(shù)指標(biāo),并對機(jī)器人的各個(gè)組成方案進(jìn)行了討論,且針對作業(yè)環(huán)境對吸附結(jié)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)、糾偏方案、除塵機(jī)構(gòu)等進(jìn)行了設(shè)計(jì),提出了一種雙節(jié)式爬壁機(jī)器人,并進(jìn)行了鏈傳動的選型和關(guān)鍵軸的校核。建立了雙節(jié)式機(jī)器人豎直上爬、越障瞬態(tài)和轉(zhuǎn)向的力學(xué)模型。并通過機(jī)器人位姿模型分析了其三種失穩(wěn)形式,得到了機(jī)器人穩(wěn)定吸附時(shí)最小吸附力與壁面傾角β之間的定量關(guān)系;根據(jù)動力學(xué)模型得到了機(jī)器人驅(qū)動力矩與吸附力、傾角β之間的定量關(guān)系,并進(jìn)行了算例分析和履帶內(nèi)力分析。力學(xué)分析為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、仿真優(yōu)化和實(shí)驗(yàn)提供了理論支撐。利用Maxwell軟件對磁吸附裝置進(jìn)行磁場特性分析,從充磁方向、排列方式、結(jié)構(gòu)尺寸入手,使它在滿足攀爬所需吸附力的前提下,盡可能地提高磁利用率;利用Workbench平臺對機(jī)身連接模塊進(jìn)行有限元應(yīng)力分析,并對其進(jìn)行了優(yōu)化;運(yùn)用ADAMS軟件對機(jī)器人進(jìn)行動力學(xué)仿真,得出其豎直上爬時(shí)不同吸附力下的動力學(xué)特性,驗(yàn)證了理論分析的正確性和結(jié)構(gòu)的合理性,并為實(shí)驗(yàn)提供參考。完成了樣機(jī)制作,并進(jìn)行了連接模塊屈服測試和豎直上爬、糾偏、除塵及越障等實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明機(jī)器人能夠穩(wěn)定工作,越障高度達(dá)12 mm,該實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了機(jī)器人的可靠性和設(shè)計(jì)的合理性。本文設(shè)計(jì)了一種針對換流站閥廳內(nèi)壁工況的雙節(jié)式機(jī)器人,建立了其力學(xué)模型,并進(jìn)行了分析、仿真和實(shí)驗(yàn)。該機(jī)器人越障能力強(qiáng)、可自動糾偏,適用于壁面有螺釘和加強(qiáng)筋等障礙的壁面除塵工作。
【圖文】：

磁吸附爬壁機(jī)器人吸附按吸附方式分為兩種：電磁吸附與永磁吸附[13-16]，磁吸附單元與壁面分為接觸式和非接觸式，其主要應(yīng)用于飛機(jī)、大型船舶、石油儲罐等壁面場合。本是最早開始機(jī)器人技術(shù)研究的國家，機(jī)器人技術(shù)也較成熟。在 1988 年術(shù)研究所開發(fā)了一款磁吸附輪式爬壁機(jī)器人[17]，如圖 1-1 所示。該機(jī)器人元，每組車輪單元包含兩個(gè)永磁車輪，并通過兩個(gè)驅(qū)動電機(jī)控制機(jī)器人的向等，機(jī)器人前端配備了攝像機(jī)和機(jī)械手臂，攝像機(jī)可識別壁面障礙并實(shí)而機(jī)械手壁可以攜帶常用工具進(jìn)行不同類型的作業(yè)，該機(jī)器人的行進(jìn)速度差。1998 年，西班牙工業(yè)自動化研究所設(shè)計(jì)開發(fā)了磁吸附式六足爬壁1[18]，，如圖 1-2 所示。機(jī)器人每個(gè)足底均安裝了電磁體且根據(jù)電流的大小控小，并配合腿部的運(yùn)動使機(jī)器人攀爬行進(jìn)。該機(jī)器人靈活性大，壁面過渡力強(qiáng)，但控制復(fù)雜、穩(wěn)定性較差、行進(jìn)速度慢。

磁吸附爬壁機(jī)器人吸附按吸附方式分為兩種：電磁吸附與永磁吸附[13-16]，磁吸附單元與壁面分為接觸式和非接觸式，其主要應(yīng)用于飛機(jī)、大型船舶、石油儲罐等壁面場合。本是最早開始機(jī)器人技術(shù)研究的國家，機(jī)器人技術(shù)也較成熟。在 1988 年術(shù)研究所開發(fā)了一款磁吸附輪式爬壁機(jī)器人[17]，如圖 1-1 所示。該機(jī)器人元，每組車輪單元包含兩個(gè)永磁車輪，并通過兩個(gè)驅(qū)動電機(jī)控制機(jī)器人的向等，機(jī)器人前端配備了攝像機(jī)和機(jī)械手臂，攝像機(jī)可識別壁面障礙并實(shí)而機(jī)械手壁可以攜帶常用工具進(jìn)行不同類型的作業(yè)，該機(jī)器人的行進(jìn)速度差。1998 年，西班牙工業(yè)自動化研究所設(shè)計(jì)開發(fā)了磁吸附式六足爬壁1[18]，如圖 1-2 所示。機(jī)器人每個(gè)足底均安裝了電磁體且根據(jù)電流的大小控小，并配合腿部的運(yùn)動使機(jī)器人攀爬行進(jìn)。該機(jī)器人靈活性大，壁面過渡力強(qiáng)，但控制復(fù)雜、穩(wěn)定性較差、行進(jìn)速度慢。
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP242;TM721.1

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本文編號：2642358