论文摘要
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。本文研究的船舶壁面除锈爬壁机器人是结合本实验室与南通中远船务工程有限公司的合作项目“船舶壁面超高压水射流除锈机理与成套设备技术研究开发”而开展的,旨在研制出能够进行船舶壁面超高压水射流除锈的爬壁机器人,其在修造船领域具有广阔的应用前景。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,针对船舶除锈对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除锈爬壁机器人本体结构方案;根据这一方案,研究设计了除锈爬壁机器人本体结构中的吸附机构、驱动系统、传动机构以及用于除锈作业的真空除锈器;根据船体型线模型建立了爬壁机器人在船体表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的静态受力与稳定性进行了系统的研究,并对理论研究结果进行了仿真分析,得到了爬壁机器人在船体表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,对除锈爬壁机器人的动态受力与驱动平衡进行了深入的研究,并结合仿真分析,得到了爬壁机器人在运动过程中其驱动系统所需满足的条件;最后根据船舶除锈对爬壁机器人的控制要求,确定了控制系统采用上下位机两级分布式的控制方案,并分别对上下位机控制系统的硬件和软件作了详细地设计。在此基础上,搭建了爬壁机器人控制系统的硬件实物,并进行了相关实验测试,为实现爬壁机器人的运动控制打下了基础。
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摘要Abstract第1章 绪论1.1 课题研究背景及意义1.2 国外爬壁机器人的研究发展概况1.2.1 真空吸附型爬壁机器人研究发展概况1.2.2 磁吸附型爬壁机器人研究发展概况1.3 国内爬壁机器人的研究发展概况1.4 本文的主要研究内容第2章 除锈爬壁机器人总体方案与本体结构设计2.1 引言2.2 除锈爬壁机器人总体结构方案2.2.1 吸附方式的选择2.2.2 行走方式的选择2.2.3 驱动方式的选择2.2.4 除锈爬壁机器人的基本结构2.3 除锈爬壁机器人本体结构设计2.3.1 吸附机构的设计2.3.1.1 永磁材料的选择2.3.1.2 磁路的设计2.3.1.3 磁路的封装2.3.2 驱动系统的设计2.3.3 传动机构的设计2.3.3.1 传动方式的选择2.3.3.2 链传动主要参数的确定2.3.3.3 链条的张紧装置2.3.3.4 履带驱动方式的确定2.3.4 真空除锈器的设计2.4 本章小结第3章 除锈爬壁机器人静态受力与稳定性分析3.1 引言3.2 除锈爬壁机器人空间位姿模型的建立3.3 除锈爬壁机器人静稳性分析3.3.1 除锈爬壁机器人沿船体表面向下滑移3.3.2 除锈爬壁机器人绕A点纵向翻转3.3.3 除锈爬壁机器人横向翻转3.3.4 除锈爬壁机器人在船体表面上法向脱离3.3.5 除锈爬壁机器人沿船体表面下滚3.3.6 除锈爬壁机器人五种失稳形式的综合分析3.3.7 除锈爬壁机器人静稳性的数值仿真分析3.4 本章小结第4章 除锈爬壁机器人动态受力与驱动平衡分析4.1 引言4.2 除锈爬壁机器人动平衡分析4.2.1 除锈爬壁机器人匀速上行动平衡分析4.2.2 除锈爬壁机器人匀速下行动平衡分析4.2.3 除锈爬壁机器人转向动平衡分析4.2.3.1 机器人平面的定义4.2.3.2 履带式爬壁机器人转向动力学模型4.2.3.3 除锈爬壁机器人转向动平衡分析4.3 除锈爬壁机器人动平衡的数值仿真分析4.4 本章小结第5章 除锈爬壁机器人控制系统的设计5.1 引言5.2 除锈爬壁机器人控制系统的总体方案5.3 除锈爬壁机器人控制系统的硬件设计5.3.1 下位机控制系统的硬件设计5.3.1.1 交流伺服电机驱动器5.3.1.2 AT89C51单片机及系统时钟与复位电路5.3.1.3 8155扩展I/O接口电路5.3.1.4 D/A转换与运算放大电路5.3.1.5 数字量输入输出接口电路5.3.1.6 RS-485通讯接口电路5.3.1.7 系统电源解决方案5.3.2 上位机控制系统的硬件设计5.4 除锈爬壁机器人控制系统的软件设计5.4.1 上位机控制软件设计5.4.2 下位机控制软件设计5.4.3 上下位机 RS-485串口通讯软件的设计5.4.4 控制系统软件的调试5.5 除锈爬壁机器人控制系统的实验测试5.6 本章小结结论参考文献附录攻读学位期间公开发表论文致谢研究生履历
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