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爬壁机器人属于特种作业机器人的一种,在核工业、石化企业、建筑行业、消防部门、修造船等领域均有广泛的应用。自二十世纪六十年代出现以来,一直受到世界各国的关注。本文针对船舶行业传统检测方法受环境影响大、安全性低、检测结果低等问题,设计研究了一种能够对船舶进行综合检验的履带式永磁吸附爬壁机器人平台,该平台可搭载不同设备对船舶进行检测及维修。
论文首先系统综述了爬壁机器人的国内外研究发展概况,在此基础上,针对船舶检修爬壁机器人的功能要求,提出了采用永磁吸附、履带行走以及交流伺服电机驱动的爬壁机器人本体结构方案;根据这一方案,研究设计了爬壁机器人本体结构中的永磁吸附机构、驱动系统、传动机构以及转向系统,并对永磁吸附机构的磁路进行了有限元分析,给出了该机构优化设计的准则;根据壁面模型建立了爬壁机器人平台在吸附壁面上的一般空间位姿,对处于任意空间位姿下的爬壁机器人平台的静稳性进行了系统的研究,并对理论研究结果进行了仿真分析,得到了爬壁机器人平台在壁面上的可靠吸附与永磁吸附单元磁吸附力之间的定量关系;根据理论力学相关知识,对爬壁机人的动态受力与驱动平衡进行了研究,并结合仿真分析,得到了爬壁机人在运动过程中其驱动系统所需满足的条件;最后通过使用虚拟样机技术,对爬壁机器人平台的履带运动机构进行了建模分析,并验证了该爬壁机器人平台工作的有效性和合理性。