学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

轮式悬磁吸附爬壁机器人研究

作　者: 张小松
导　师: 王春刚
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 爬壁机器人稳定吸附轮式磁吸附装置 Ansoft 嵌入式控制系统
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 121次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

爬壁机器人因具备竖直甚至倒立壁面的攀爬能力，从而极大拓展了机器人的活动空间，因此在众多领域得到应用。面向金属壁面的磁吸附爬壁机器人以其稳定的吸附、较高的带载能力而在船舶、石化等工业的生产维护作业中发挥了巨大的作用。然而现有的磁吸附爬壁机器人却普遍存在着壁面过渡、适应能力差，转向困难，运动灵活性差的缺点。本文针对现有技术的不足，提出了一种新型的轮式悬磁吸附装置，并在其基础上展开了面向远洋船体的磁吸附爬壁机器人的研究。首先，根据应用特点为了保证机器人的灵活运动，确定了主动轮差速驱动、从动轮万向随动的机器人运动系统。通过建立机器人在工作空间任意位姿模型的描述，从防止机器人失效的角度研究了机器人在静止、运动状态力学平衡问题，给出了机器人稳定吸附的条件，并分析了机器人越障性能及其影响因素。其次，针对以往磁吸附机构的不足，提出了一种吸附稳定、壁面适应能力强的新型轮式磁吸附装置。通过对静态磁场分布特点研究的基础上，利用电磁分析软件Ansoft优化了吸附装置的磁场分布；并基于高效率和低功耗的目标，给出了对吸附单元参数的最终优化结果。最后，搭建了以高性能数字控制芯片dsPIC33F为核心的机器人嵌入式的控制系统，实现了机器人的远程遥控和无缆化操作。并进行了吸附装置的吸附实验和爬壁机器人样机的综合攀爬实验，测试了机器人性能，验证了理论分析的正确性和设计的合理性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-16
  1.1 课题来源及研究目的和意义  8-9
  1.2 爬壁机器人发展现状  9-15
    1.2.1 磁吸附爬壁机器人  9-12
    1.2.2 负压吸附爬壁机器人  12-13
    1.2.3 仿生吸附爬壁机器人  13-14
    1.2.4 爬壁机器人现状分析  14-15
  1.3 课题的主要研究内容  15-16
第2章爬壁机器人吸附稳定性研究  16-33
  2.1 爬壁机器人系统方案研究  16-20
    2.1.1 爬壁机器人技术要求  16
    2.1.2 吸附方案分析  16-17
    2.1.3 运动方案分析  17-18
    2.1.4 总体方案研究  18-20
  2.2 爬壁机器人安全吸附条件研究  20-27
    2.2.1 爬壁机器人工作空间位姿模型描述  21-22
    2.2.2 爬壁机器人静态受力分析  22-26
    2.2.3 爬壁机器人运动状态受力分析  26-27
  2.3 爬壁机器人越障性能分析  27-32
    2.3.1 前从动轮越障性能分析  27-30
    2.3.2 双主动轮同时越障性能分析  30-31
    2.3.3 单主动轮越障性能分析  31-32
  2.4 本章小结  32-33
第3章轮式悬磁吸附装置的优化设计  33-49
  3.1 轮式悬磁吸附装置的基本结构及原理  33-34
  3.2 轮式悬磁吸附装置的有限元磁场优化  34-42
    3.2.1 静态磁场的求解  34-36
    3.2.2 基于 Ansoft 吸附单元的磁场仿真  36-38
    3.2.3 吸附装置磁场优化  38-42
  3.3 轮式悬磁吸附装置尺寸参数的优化设计  42-48
    3.3.1 轮式吸附装置的动力学分析  42-43
    3.3.2 轮式磁吸附装置的尺寸变量及其约束条件  43-45
    3.3.3 基于高效率和低功耗的目标函数及求解  45-48
  3.4 本章小结  48-49
第4章爬壁机器人实验系统平台搭建与实验研究  49-58
  4.1 实验系统控制平台搭建  49-50
  4.2 爬壁机器人实验研究  50-57
    4.2.1 轮式磁吸附装置吸附实验  51-52
    4.2.2 机器人运动系统性能实验  52-54
    4.2.3 机器人转向性能实验  54-56
    4.2.4 机器人越障性能实验  56-57
  4.3 本章小结  57-58
结论  58-59
参考文献  59-63
致谢  63

轮式悬磁吸附爬壁机器人研究

内容摘要

全文目录

相似论文