本文關(guān)鍵詞：具有壁面過渡能力的磁吸附爬壁機(jī)器人系統(tǒng)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：爬壁機(jī)器人廣泛的應(yīng)用在壁面清洗、探傷、維護(hù)和反恐偵察等領(lǐng)域,能把人類工作從高空等危險壁面作業(yè)環(huán)境中解放出來,同時還可以大幅度的提高社會生產(chǎn)效率,具有很高的研究價值。然而,機(jī)器人的壁面過渡能力制約了機(jī)器人進(jìn)一步的開發(fā)和利用,因為實際應(yīng)用中,爬壁機(jī)器人作業(yè)環(huán)境往往存在著曲面、直角壁面甚至階梯壁面等常見的非單一工作壁面,這就需要機(jī)器人必須具有從一個壁面到另外一個壁面過渡的能力。因此本文所解決的主要問題就是爬壁機(jī)器人的壁面過渡問題,特別是外直角壁面的過渡,從而提高爬壁機(jī)器人的空間壁面適應(yīng)能力,增加其實用性。本文設(shè)計的履帶式磁吸附爬壁機(jī)器人,綜合了履帶行走和永磁吸附的優(yōu)點,采用多履帶柔性連接的方式,在保證機(jī)器人能夠安全的吸附在工作壁面上的同時,仍具有良好的外直角壁面過渡能力的。主要研究內(nèi)容為:首先,歸納了爬壁機(jī)器人壁面過渡的研究現(xiàn)狀,分析爬壁機(jī)器人各種移動方式和吸附方式的優(yōu)缺點,在此基礎(chǔ)上,提出了一種柔性連接的雙履帶體磁吸附爬壁機(jī)器人的研究方案,利用SolidWorks對機(jī)器人進(jìn)行三維建模。其次,詳細(xì)分析了爬壁機(jī)器人在豎直壁面以及壁面過渡時的安全吸附條件,分析了機(jī)器人的驅(qū)動特性,通過對機(jī)器人的動力學(xué)模型的分析,進(jìn)一步了解了機(jī)器人的運(yùn)動特性,為虛擬樣機(jī)的建模仿真提供了理論基礎(chǔ)。然后,在ADAMS中建立了爬壁機(jī)器人的虛擬樣機(jī)模型,給出了虛擬樣機(jī)的詳細(xì)建立過程,包括對同步帶模型的處理,同步帶與帶輪、同步帶與壁面之間的約束碰撞關(guān)系的處理。仿真結(jié)果表明機(jī)器人能夠安全的吸附在豎直壁面上并行走,同時可以實現(xiàn)外直角壁面的過渡,驗證了這種柔性結(jié)構(gòu)連接的雙體履帶式爬壁機(jī)器人以實現(xiàn)壁面過渡的設(shè)計是正確的。最后,應(yīng)用爬壁機(jī)器人控制系統(tǒng)對機(jī)器人的安全吸附特性、壁面過渡能力、帶負(fù)載能力以及轉(zhuǎn)彎能力進(jìn)行了實驗測試,實驗的結(jié)果表明:機(jī)器人能夠正常行走和實現(xiàn)外直角壁面的過渡,達(dá)到了本課題的研究目標(biāo)。
【關(guān)鍵詞】：爬壁機(jī)器人 磁吸附 履帶模塊 壁面過渡 ADAMS仿真
【學(xué)位授予單位】：中國計量大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP242
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-15
• 1 緒論15-27
• 1.1 課題研究背景及意義15-16
• 1.2 履帶式爬壁機(jī)器人國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-19
• 1.2.1 爬壁機(jī)器人概述16-17
• 1.2.2 履帶式爬壁機(jī)器人國內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-19
• 1.3 具有壁面過渡能力的爬壁機(jī)器人國內(nèi)外研究現(xiàn)狀19-25
• 1.3.1 足式爬壁機(jī)器人19-21
• 1.3.2 復(fù)合式爬壁機(jī)器人21-23
• 1.3.3 多體爬壁機(jī)器人23-25
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容25-27
• 2 機(jī)器人總體方案與結(jié)構(gòu)設(shè)計27-34
• 2.1 引言27
• 2.2 爬壁機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)的組成27-28
• 2.3 單履帶模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計28-32
• 2.3.1 移動方式的選取28
• 2.3.2 吸附方式的選取28-29
• 2.3.3 移動結(jié)構(gòu)的設(shè)計29-30
• 2.3.4 吸附結(jié)構(gòu)的設(shè)計30-32
• 2.4 過渡結(jié)構(gòu)設(shè)計32-33
• 2.5 本章小結(jié)33-34
• 3 機(jī)器人動力特性分析34-49
• 3.1 引言34
• 3.2 履帶模塊安全吸附條件34-38
• 3.2.1 避免發(fā)生滑落的條件34-35
• 3.2.2 避免發(fā)生傾覆的條件35-37
• 3.2.3 多履帶模塊過渡安全吸附條件37-38
• 3.3 凸面過渡分析38-40
• 3.4 履帶模塊驅(qū)動特性分析40-43
• 3.4.1 豎直壁面運(yùn)動驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)矩分析40-42
• 3.4.2 倒懸壁面運(yùn)動驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)矩分析42
• 3.4.3 驅(qū)動電機(jī)的選擇42-43
• 3.5 機(jī)器人的動力學(xué)與運(yùn)動學(xué)分析43-48
• 3.5.1 履帶的張緊力分析43-44
• 3.5.2 機(jī)器人運(yùn)動驅(qū)動平衡分析44-46
• 3.5.3 機(jī)器人運(yùn)動的動力學(xué)模型46-47
• 3.5.4 機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)分析47-48
• 3.6 本章小結(jié)48-49
• 4 機(jī)器人虛擬樣機(jī)仿真49-62
• 4.1 ADAMS軟件簡介49-51
• 4.1.1 動力學(xué)方程的求解50
• 4.1.2 ADAMS的建模與仿真流程50-51
• 4.2 虛擬樣機(jī)模型建立51-56
• 4.2.1 同步帶的處理模型51
• 4.2.2 帶輪與履帶結(jié)相互作用模型51-53
• 4.2.3 履帶與壁面相互作用模型53
• 4.2.4 履帶模塊的驅(qū)動53-54
• 4.2.5 機(jī)器人虛擬樣機(jī)模型54-56
• 4.3 機(jī)器人豎直壁面運(yùn)動仿真結(jié)果及分析56-61
• 4.3.1 機(jī)器人豎直壁面的運(yùn)動結(jié)果與分析56-58
• 4.3.2 機(jī)器人壁面過渡仿真結(jié)果及分析58-61
• 4.4 本章小結(jié)61-62
• 5 控制系統(tǒng)設(shè)計與樣機(jī)實驗62-72
• 5.1 引言62
• 5.2 爬壁機(jī)器人的控制系統(tǒng)設(shè)計62-66
• 5.2.1 爬壁機(jī)器人控制系統(tǒng)的總體方案62-63
• 5.2.2 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計63-65
• 5.2.3 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計65-66
• 5.3 爬壁機(jī)器人樣機(jī)實驗與測試66-70
• 5.3.1 履帶模塊測試66-67
• 5.3.2 運(yùn)動轉(zhuǎn)彎測試67-69
• 5.3.3 壁面過渡能力測試69-70
• 5.4 本章小結(jié)70-72
• 6 總結(jié)與展望72-74
• 6.1 總結(jié)72-73
• 6.2 展望73-74
• 參考文獻(xiàn)74-79
• 作者簡介79

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本文編號：398146