本文選題：纜索攀爬機器人　切入點：磁吸附　出處：《北京交通大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：攀爬機器人用于代替人類完成各種危險的工作而成為當(dāng)今機器人領(lǐng)域的研究熱點之一。這類機器人可以搭載所需要的設(shè)備在管道或鋼纜上面進行運動,協(xié)助工作人員完成檢測、維護等工作,具有廣闊市場應(yīng)用前景,研究和探索新型的攀爬鋼纜、管道類機器人具有重要意義。本文首先分析了關(guān)于攀爬機器人的國內(nèi)外研究的最新進展,提出一種磁吸附履帶式攀爬鋼纜機器人的新型驅(qū)動方案。然后利用三維建模軟件完成了對爬纜機器人的詳細機械結(jié)構(gòu)設(shè)計。使用ANSYS Workbench分析軟件對關(guān)鍵零部件進行了靜態(tài)結(jié)構(gòu)強度分析,校核了關(guān)鍵零部件的結(jié)構(gòu)強度。接下來重點研究了磁吸附履帶的關(guān)鍵技術(shù)——永磁履帶板的磁場特性和吸附能力對其進行了深入的理論分析與研究,設(shè)計了三種磁極布置方案的永磁履帶板,推導(dǎo)相應(yīng)的理論公式,分析計算永磁履帶板的磁感應(yīng)強度和磁力大小。同時,借助ANSYS Workbench軟件中有限元電磁分析平臺對不同磁極布置方案進行磁場仿真分析,得出最佳磁極布置方案。本研究還對定制的永磁履帶板樣品進行磁感應(yīng)強度和磁力的測量實驗,并通過測量結(jié)果驗證了永磁履帶板的磁場理論分析以及磁場有限元分析的正確性和可行性。與實際測量實驗數(shù)據(jù)對比得到其他兩種計算磁力的方法與真實值的誤差,驗證了永磁履帶板內(nèi)磁場分布具有邊角集中效應(yīng)的規(guī)律。最后,對不同位姿狀態(tài)下機器人的單側(cè)和雙側(cè)機構(gòu)進行力學(xué)分析,研究機器人各種可能的傾覆形式,通過其動態(tài)力學(xué)分析得到所需的驅(qū)動力矩,并在ADAMS軟件中建立機器人的虛擬樣機模型,對其進行運動仿真分析,分析虛擬樣機運動情況。對支架和履帶進行模態(tài)分析,得出支架、履帶機構(gòu)的固有頻率和振型,為避免機構(gòu)共振的發(fā)生和日后的結(jié)構(gòu)優(yōu)化工作提供了參考。為制作樣機實驗奠定基礎(chǔ)。本文工作對于磁吸附攀爬機器人的后繼研究和發(fā)展提供參考和設(shè)計基礎(chǔ)。
[Abstract]:Climbing robots have become one of the hotspots in the field of robots, which are used to replace human beings in all kinds of dangerous work. Such robots can carry the equipment they need to move on pipes or steel cables to assist workers in completing the testing. Maintenance and other work, has a broad market application prospects, research and exploration of new climbing cables, pipeline robots have important significance. This paper first analyzes the latest progress in the research of climbing robots at home and abroad. In this paper, a new drive scheme of magnetically adsorbed crawler climbing cable robot is proposed. Then, the detailed mechanical structure design of climbing cable robot is completed by using 3D modeling software. The key parts are analyzed by ANSYS Workbench software. Static structural strength analysis, The structural strength of the key parts is checked. Then, the magnetic field characteristics and the adsorption ability of the permanent magnet track board, the key technology of the magnetic adsorption track, are studied in detail. In this paper, the permanent magnet track plate with three kinds of magnetic pole arrangement schemes is designed, the corresponding theoretical formulas are deduced, and the magnetic induction intensity and magnetic force of the permanent magnet track plate are analyzed and calculated. By using the finite element electromagnetic analysis platform of ANSYS Workbench software, the magnetic field simulation analysis of different magnetic pole layout schemes is carried out, and the optimal magnetic pole layout scheme is obtained. The magnetic induction intensity and magnetic force of the customized permanent magnet track plate samples are also measured. The correctness and feasibility of magnetic field theory analysis and magnetic field finite element analysis of permanent magnet track plate are verified by the measurement results. Compared with the experimental data of actual measurement, the errors of other two methods for calculating magnetic force and the real value are obtained. The distribution of magnetic field in the permanent magnet track plate is verified to have the law of side angle concentration effect. Finally, the mechanical analysis of the single and double side mechanism of the robot under different position and pose state is carried out, and various possible overturning forms of the robot are studied. Through the dynamic mechanical analysis, the required driving torque is obtained, and the virtual prototype model of the robot is established in ADAMS software. The motion simulation analysis of the virtual prototype is carried out, the motion of the virtual prototype is analyzed, and the modal analysis of the bracket and track is carried out. The natural frequencies and modes of the bracket and crawler mechanism are obtained. It provides a reference for avoiding the resonance of the mechanism and optimizing the structure in the future, and lays a foundation for the prototype experiment. The work in this paper provides a reference and design basis for the subsequent research and development of the magnetically adsorbed climbing robot.
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP242

【參考文獻】

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本文編號：1585850