在役化工容器壁面检测机器人的机械本体研究

论文摘要

化工容器作为一种反应或储存容器,长期在腐蚀、高温或高压下操作容易导致材料发生劣化、脆断或疲劳断裂。为了使化工容器安全运行,必须对其进行定期安全检测。爬壁机器人技术的发展,为容器安全检测提供了新的技术平台,壁面检测机器人成为机器人研究领域的研究热点之一。本文在结合国内外发展现状的基础上,运用仿生学原理,提出了一种基于足-履带式复合行走的新型壁面检测机器人的机械本体结构,解决了单纯使用一种行走方式引起的安全性和灵活性之间的冲突。根据功能性要求,该机器人由履带车、抗倾覆机构、检测机构等组成,采用真空吸附和永磁吸附共同作用。分析了影响壁面检测机器人安全性的因素。从防止倾覆和下滑两个角度出发对机器人的吸附可靠性进行分析,提出了在保证安全性的基础上提高机器人灵活性的方案。利用ANSYS软件对机器人关键零、部件进行静力学分析,提出了增加机器人安全性的结构优化方案。对壁面检测机器人进行运动学分析。规划机器人的运动步态,利用D-H表示法推导出机器人的正、逆运动学方程,得到了机器人运动过程中各构件空间位置的表示方法。利用虚拟样机技术,结合Solidworks的建模功能和ADAMS的仿真功能,对壁面检测机器人进行运动学和动力学仿真分析。通过运动学仿真,验证了机器人的直线行走和转向时步态的合理性。通过动力学仿真,分析了机器人的动力学特性和影响动力学特性不稳定的因素,提出了提高机器人稳定性的方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题的背景及意义
• 1.2 壁面检测机器人的发展现状
• 1.3 虚拟样机技术
• 1.4 课题主要研究内容和创新点
• 1.5 本章小结
• 2 壁面检测机器人的结构设计与三维建模
• 2.1 壁面检测机器人的原理设计
• 2.2 履带车的设计
• 2.3 抗倾覆机构的设计
• 2.4 检测机构的设计
• 2.5 壁面检测机器人三维建模及优化
• 2.6 本章小结
• 3 壁面检测机器人的安全性分析
• 3.1 影响壁面检测机器人安全性的因素
• 3.2 磁吸附机构的安全性分析
• 3.3 真空吸附机构的安全性分析
• 3.4 关键零部件的静力学分析
• 3.5 本章小结
• 4 壁面检测机器人运动学分析与仿真
• 4.1 壁面检测机器人的运动学分析
• 4.2 壁面检测机器人的步态规划
• 4.3 壁面检测机器人虚拟样机的建立
• 4.4 壁面检测机器人直线行走时的运动学仿真
• 4.5 壁面检测机器人转向时的运动学仿真
• 4.6 本章小结
• 5 壁面检测机器人的动力学仿真与试验验证
• 5.1 引言
• 5.2 载荷施加
• 5.3 仿真结果分析及优化
• 5.4 试验验证
• 5.5 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间从事科学研究及发表论文情况