爬壁除锈机器人结构设计与分析

发布时间：2022-12-10 22:28

　　储罐是石化行业日常生产中必不可少的重要基础设施,在使用过程中由于受到潮湿空气与残留油品的污染,内外壁会产生锈蚀。为了提高储罐的使用寿命,减少泄漏、爆炸等事故发生率,需定期对其进行除锈防腐作业。传统人工喷砂除锈不仅对自然环境与工人健康危害巨大,而且存在劳动强度大、施工周期长、安全性差等问题。爬壁机器人代替人工,水射流取代喷砂的除锈工艺是储罐防腐发展的必然趋势。但爬壁机器人在对储罐实施水射流除锈时普遍存在适应能力弱、负载小、灵活性差、作业面单一等问题。为解决这些问题,本文设计了一种轮式永磁吸附爬壁机器人。主要研究内容与创新成果如下:1.针对储罐对机器人的约束,基于模块化设计,从轮式悬磁机构、从动轮机构、机械臂模块与整机密封等四个方面入手,建立了爬壁机器人机械系统模型;依据机器人不失稳对吸附力的要求,基于磁电选矿学,设计了一种磁极拼装式弧形永磁吸附机构,建立了磁场数值计算模型。采用控制变量法,完成了永磁体结构参数与磁极耦合方式的优化设计,经试验验证了吸附力与吸附间隙的关系。2.依据水射流反作用力模型,基于静力学,完成了机器人失稳与越障的力学模型分析,得到了机器人任意位姿下不失稳对吸附力的要求... 

【文章页数】：90 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题研究的背景及意义
    1.2 爬壁机器人国内外研究现状
        1.2.1 爬壁机器人国外研究现状
        1.2.2 爬壁机器人国内研究现状
    1.3 本文的主要研究内容
第二章 爬壁除锈机器人结构设计
    2.1 爬壁机器人主要技术要求
        2.1.1 爬壁机器人工况分析
        2.1.2 爬壁机器人主要技术要求
    2.2 爬壁机器人总体方案设计
        2.2.1 引言
        2.2.2 爬壁机器人吸附方案设计
        2.2.3 爬壁机器人移动方案设计
        2.2.4 爬壁机器人驱动方案设计
        2.2.5 爬壁机器人总体方案设计
    2.3 爬壁机器人结构设计
        2.3.1 爬壁机器人轮式悬磁机构设计
        2.3.2 爬壁机器人从动轮模块设计
        2.3.3 爬壁机器人机械臂设计
        2.3.4 爬壁机器人伺服电机与车载电气盒密封设计
        2.3.5 爬壁机器人结构组成及工作原理
    2.4 爬壁机器人关键零部件设计
        2.4.1 爬壁机器人机械臂驱动单元设计
        2.4.2 爬壁机器人防坠器选型设计
        2.4.3 超高压水射流旋转喷头设计
    2.5 本章小结
第三章 爬壁机器人永磁吸附模块设计
    3.1 引言
    3.2 爬壁机器人吸附模块结构设计
        3.2.1 爬壁机器人吸附模块设计原则
        3.2.2 爬壁机器人吸附模块永磁材料选择
        3.2.3 爬壁机器人吸附模块结构设计
        3.2.4 爬壁机器人吸附模块磁极拼装设计
    3.3 爬壁机器人吸附模块优化设计
        3.3.1 爬壁机器人吸附模块仿真模型建立
        3.3.2 爬壁机器人吸附模块结构优化仿真
        3.3.3 爬壁机器人吸附模块磁极拼装优化仿真
    3.4 爬壁机器人吸附模块磁路封装
    3.5 本章小结
第四章 爬壁机器人静态受力与稳定性分析
    4.1 引言
    4.2 爬壁机器人超高压水射流反冲力模型分析
    4.3 爬壁机器人失稳力学模型分析
        4.3.1 爬壁机器人倾覆与侧翻力学模型分析
        4.3.2 爬壁机器人下滑力学模型分析
        4.3.3 爬壁机器人吸附力仿真分析
    4.4 爬壁机器人越障性能分析
        4.4.1 爬壁机器人驱动轮越障分析
        4.4.2 爬壁机器人从动轮越障分析
    4.5 本章小结
第五章 爬壁机器人运动学分析与动力学建模仿真
    5.1 引言
    5.2 爬壁机器人运动学分析
        5.2.1 爬壁机器人移动平台运动学分析
        5.2.2 爬壁机器人机械臂运动学分析
    5.3 爬壁机器人动力学分析
        5.3.1 爬壁机器人动力学建模
        5.3.2 爬壁机器人直线运动动力学分析
        5.3.3 爬壁机器人转弯运动动力学分析
        5.3.4 爬壁机器人转向灵活性分析
    5.4 爬壁机器人动力学仿真
        5.4.1 爬壁机器人仿真模型的建立
        5.4.2 爬壁机器人仿真模型施加载荷与添加驱动
        5.4.3 爬壁机器人仿真结果分析
    5.5 本章小结
第六章 爬壁机器人样机试验
    6.1 爬壁机器人试验平台的搭建
    6.2 爬壁机器人试验方案
        6.2.1 爬壁机器人爬行速度测试试验方案
        6.2.2 爬壁机器人转弯灵活性试验方案
        6.2.3 爬壁机器人负重爬行试验方案
        6.2.4 爬壁机器人越障爬行试验方案
        6.2.5 爬壁机器人测试平台水射流除锈试验方案
    6.3 爬壁机器人试验与结果分析
        6.3.1 爬壁机器人爬行速度试验与结果分析
        6.3.2 爬壁机器人转弯灵活性试验与结果分析
        6.3.3 爬壁机器人负重爬行试验与结果分析
        6.3.4 爬壁机器人越障爬行试验与结果分析
        6.3.5 爬壁机器人水射流除锈试验与结果分析
    6.4 爬壁机器人现场除锈作业试验
        6.4.1 爬壁机器人储罐水射流除锈试验
        6.4.2 爬壁机器人船厂水加砂除锈试验
    6.5 本章小结
第七章 总结与展望
参考文献
攻读硕士学位期间的科研成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]磁吸附爬壁机器人履带模块运动仿真与实验[J]. 吴善强,程楠,金超,陈莉.  制造业自动化. 2016(04)
[2]履带式爬壁机器人受力分析与稳定性仿真研究[J]. 熊雕,刘玉良.  机电工程. 2015(07)
[3]一种轮足复合式爬壁机器人动力学建模与分析[J]. 董伟光,王洪光,姜勇.  机器人. 2015(03)
[4]一种轮足复合式爬壁机器人机构运动学分析[J]. 董伟光,王洪光,姜勇.  智能系统学报. 2015(03)
[5]基于AGV万向轮特性的动力学分析[J]. 王海东,王国栋,洪鹰.  机械设计. 2015(04)
[6]大型油罐爬壁机器人吸附结构的优化设计[J]. 周新建,刘祥勇.  机械设计与制造. 2014(09)
[7]球罐爬壁打磨机器人结构设计及其吸附力仿真[J]. 李根,沈青青,强华,郑暾.  轻工机械. 2014(04)
[8]船舶除锈机器人转向运动学分析[J]. 孙玲,弓永军,王祖温,张增猛.  机械设计与制造. 2014(07)
[9]一种检测用大型植物油罐爬壁机器人力学分析[J]. 袁夫彩,韩海敏,武兵.  粮食科技与经济. 2014(01)
[10]储罐爬壁机器人的喷漆机构设计及ADAMS仿真[J]. 何富君,李浩,张瑞杰,张灵聪.  制造业自动化. 2013(21)

博士论文
[1]用于搭载船舶除锈清洗器的爬壁机器人研究[D]. 衣正尧.大连海事大学 2010

硕士论文
[1]可变磁力永磁轮式爬壁机器人的研究[D]. 张强强.太原理工大学 2013
[2]轮式悬磁吸附爬壁机器人研究[D]. 张小松.哈尔滨工业大学 2012
[3]基于钢铁墙壁的永磁吸附爬壁机器人研究[D]. 李德威.太原理工大学 2010
[4]油罐检测爬壁机器人技术及系统研究[D]. 田兰图.清华大学 2004



本文编号：3717632