本文選題：球罐機器人 + 結構設計�。� 參考：《華北理工大學》2017年碩士論文

【摘要】：大型球罐是石油、化工和機械等領域常見的存儲容器,需要定期對內壁焊縫和表面進行清理、檢測等作業(yè)。傳統(tǒng)的人工作業(yè)勞動強度大、工作環(huán)境惡劣、工作效率低,具有較大的危險性。因此,研究球罐內壁作業(yè)機器人代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工作業(yè),具有廣闊的應用前景。依據(jù)機器人實際工作環(huán)境、內容和工作過程的具體特點,結合機械結構設計原則,設計機器人本體結構的主要性能指標參數(shù),對機器人的吸附方式、運動方式和驅動系統(tǒng)進行合理的選擇。提出一種用于球罐內壁作業(yè)的雙足式爬壁機器人,該機器人采用并聯(lián)機構構成腿機構,絲杠滑塊驅動,可實現(xiàn)越障、沿壁面勻速運動、轉彎等,適用于較大內徑范圍的球罐作業(yè)。并對該機器人傳動機構、框架機構、腿部機構和轉彎機構進行了詳細的分析與設計。對球罐作業(yè)機器人腿部構件進行運動學分析與軌跡規(guī)劃。建立球罐作業(yè)機器人腿部構件的數(shù)學模型,分析得出位置正解、逆解和速度、加速度方程。利用空間直角坐標系五次多項式法和Matlab軟件,得到了各關節(jié)隨時間變化的角度、角速度和角加速度的函數(shù)圖像,確定了腿部機構末端的運動形式。進行吸附系統(tǒng)的力學特性分析。建立了機器人運動過程中的穩(wěn)定平面,運用Matlab得到在不發(fā)生滑落和傾覆兩種失穩(wěn)狀態(tài)的條件下,內壁與豎直方向的夾角和吸附力之間的關系函數(shù)圖。最終確定了每個吸附單元的吸附力,保證機器人可靠的吸附在壁面上�；贏NSYS Workbench對機器人進行靜態(tài)特性分析和優(yōu)化。建立有限元模型,對機器人整體結構進行應力和變形分析,通過得到的云圖分析可知,機器人的強度和剛度均滿足要求,在此基礎上進行多目標優(yōu)化,使得機器人減輕了本體自重,運動更為靈活。通過對球罐作業(yè)機器人結構的設計優(yōu)化、腿部構件和吸附系統(tǒng)的分析,確定了機器人整體結構模型,在此基礎上制造了機器人樣機。
[Abstract]:Large spherical tanks are common storage containers in petroleum, chemical and mechanical fields. The traditional manual work has high labor intensity, bad working environment and low working efficiency. Therefore, it has a broad application prospect to study the spherical tank inner wall working robot instead of traditional manual operation. According to the actual working environment, contents and working process of the robot, combined with the principle of mechanical structure design, the main performance index parameters of the robot body structure and the adsorption mode of the robot are designed. The motion mode and drive system are reasonably selected. This paper presents a biped climbing robot used in the operation of the inner wall of a spherical tank. The robot uses a parallel mechanism to form a leg mechanism, which is driven by a lead screw slider, which can achieve obstacle surmounting, uniform motion along the wall, turning, etc. Suitable for the operation of spherical tank with large inner diameter range. The robot transmission mechanism, frame mechanism, leg mechanism and turning mechanism are analyzed and designed in detail. Kinematics analysis and trajectory planning for leg components of spherical tank operation robot are carried out. The mathematical model of leg components of spherical tank operation robot is established, and the forward and inverse solutions of position and the equations of velocity and acceleration are obtained. The function images of the angle, angular velocity and angular acceleration of each joint with time are obtained by using the five-degree polynomial method of spatial right-angle coordinate system and Matlab software, and the motion form of the end of the leg mechanism is determined. The mechanical properties of the adsorption system were analyzed. The stable plane in the motion of the robot is established and the function diagram of the relationship between the angle between the inner wall and the vertical direction and the adsorption force is obtained by using Matlab under the condition of no sliding and capsizing. Finally, the adsorption force of each adsorption unit is determined to ensure the robot to adhere to the wall reliably. The static characteristics of the robot are analyzed and optimized based on ANSYS Workbench. The finite element model is established to analyze the stress and deformation of the whole structure of the robot. Through the analysis of the cloud diagram obtained, the strength and stiffness of the robot meet the requirements, and on this basis, the multi-objective optimization is carried out. The robot reduces the weight of the body and makes the movement more flexible. Based on the optimization of robot structure, the analysis of leg components and adsorption system, the whole structure model of the robot is established, and the prototype of the robot is made on the basis of this model.
【學位授予單位】：華北理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TP242

【參考文獻】

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本文編號：1933946