船用多履带全向移动爬壁机器人结构设计及优化
发布时间：2023-04-07 00:51
船舶行业自动化凭借高效作业的性能,可替代工人进行自动喷涂、除锈、清洗等作业方式。而爬壁机器人是未来船舶行业降低安全隐患,提高工作效率及低成本化的关键,也是推动我国产业结构升级的重点技术之一。目前国内外船用爬壁机器人存在吸附能力不足、负载能力差及驱动性能弱等问题。本论文在充分调研国内外相关研究的基础上,以实现机器人吸附可靠、行走灵活为设计目标,提出一种基于可调磁力吸附的船用多履带全向移动爬壁机器人。其中本文针对船舶行业,着重对机器人的全向履带机构优化和基于Halbach方型阵列的吸附机理等关键技术进行研究。主要研究内容如下:首先,完成了船用多履带全向移动爬壁机器人系统总体方案设计。行走机构采用全向履带行走方式,使机器人实现无需转向而无死角行走的功能;吸附机构采用在履带上安装磁轮以及在机器人底部安装Halbach方型阵列的复合吸附方式。此外,对船用多履带全向移动爬壁机器人的工作位姿进行了相关力学分析,并重点阐述了爬壁机器人全向移动机构和可变磁力吸附机构的结构设计。其次,针对机器人吸附能力不足等问题,提出一种基于Halbach方型阵列的新型可调磁力磁吸附单元的基本结构。新型磁吸附单元由Hal...
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究的背景及意义
1.1.1 研究背景
1.1.2 研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国内爬壁机器人的研究现状
1.2.2 国外爬壁机器人研究现状
1.2.3 变磁力研究现状
1.2.4 Halbach阵列研究现状
1.3 本文研究的主要内容
1.4 本章小结
第2章 爬壁机器人总体技术研究
2.1 爬壁机器人功能分析
2.2 爬壁机器人总体方案设计
2.2.1 行走方式的选择
2.2.2 吸附方式的选择
2.2.3 驱动与传动方式的选择
2.2.4 船用多履带全向移动爬壁机器人的方案设计
2.3 多履带全向移动爬壁机器人行走机构设计
2.3.1 机器人全向履带机构设计
2.3.2 履带吸附结构
2.3.3 负载轮结构
2.3.4 链轮传动结构
2.3.5 履带张紧结构
2.4 可变磁力吸附机构设计
2.4.1 吸附方案设计
2.4.2 可调磁力吸附机构设计
2.5 力学建模分析
2.5.1 爬壁机器人空间位姿分析
2.5.2 运动受力分析
2.5.3 磁吸附单元吸附力总体要求
2.6 驱动与传动机构设计
2.7 本章小结
第3章 Halbach方型阵列磁吸附单元结构设计和分析
3.1 基于Halbach方形阵列的新型变磁力吸附单元的结构方案
3.2 磁性材料的选择
3.2.1 永磁材料的选择
3.2.2 软磁材料的选择
3.3 Halbach阵列数学模型分析
3.4 Halbach阵列磁吸附性能有限元分析
3.4.1 有限元分析数学模型
3.4.2 COMSOL三维有限元分析
3.5 不同磁路对比
3.5.1 相同气隙长度的磁性能比较分析
3.5.2 不同气隙长度的磁性能比较分析
3.6 本章小结
第4章 Halbach方型阵列-磁轮耦合分析及尺寸优化设计
4.1 吸附单元特性研究
4.1.1 不同阵列周期对吸附力的影响
4.1.2 几何尺寸对吸附力的影响
4.1.3 磁轭厚度对吸附力的影响
4.2 磁铁耦合分析
4.2.1 磁轮的磁吸附效应
4.2.2 磁轮与Halbach磁块的耦合作用
4.2.3 磁轮的排列优化
4.3 磁吸附单元的优化模型
4.3.1 Halbach方型阵列优化目标
4.3.2 优化参数
4.3.3 优化过程与结果分析
4.4 本章小结
第5章 Halbach方型阵列磁性能与机器人行走可靠性实验研究
5.1 Halbach方型阵列吸附力测试实验
5.1.1 磁吸附单元硬件实现
5.1.2 万能测力机实验平台搭建
5.1.3 实验结果及分析
5.1.4 可调磁力控制分析
5.2 爬壁机器人的样机制作
5.2.1 支撑机架材料的选用
5.2.2 履带固定板材料选用
5.2.3 履带链节材料选用
5.2.4 磁轮轴材料选用
5.2.5 简化移动机构及关键件分析
5.2.6 履带固定侧板加工仿真及制作
5.2.7 整体框架加工及组装
5.3 爬壁机器人的样机实验
5.4 本章小结
总结与展望
总结
展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
本文编号：3784753
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究的背景及意义
1.1.1 研究背景
1.1.2 研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国内爬壁机器人的研究现状
1.2.2 国外爬壁机器人研究现状
1.2.3 变磁力研究现状
1.2.4 Halbach阵列研究现状
1.3 本文研究的主要内容
1.4 本章小结
第2章 爬壁机器人总体技术研究
2.1 爬壁机器人功能分析
2.2 爬壁机器人总体方案设计
2.2.1 行走方式的选择
2.2.2 吸附方式的选择
2.2.3 驱动与传动方式的选择
2.2.4 船用多履带全向移动爬壁机器人的方案设计
2.3 多履带全向移动爬壁机器人行走机构设计
2.3.1 机器人全向履带机构设计
2.3.2 履带吸附结构
2.3.3 负载轮结构
2.3.4 链轮传动结构
2.3.5 履带张紧结构
2.4 可变磁力吸附机构设计
2.4.1 吸附方案设计
2.4.2 可调磁力吸附机构设计
2.5 力学建模分析
2.5.1 爬壁机器人空间位姿分析
2.5.2 运动受力分析
2.5.3 磁吸附单元吸附力总体要求
2.6 驱动与传动机构设计
2.7 本章小结
第3章 Halbach方型阵列磁吸附单元结构设计和分析
3.1 基于Halbach方形阵列的新型变磁力吸附单元的结构方案
3.2 磁性材料的选择
3.2.1 永磁材料的选择
3.2.2 软磁材料的选择
3.3 Halbach阵列数学模型分析
3.4 Halbach阵列磁吸附性能有限元分析
3.4.1 有限元分析数学模型
3.4.2 COMSOL三维有限元分析
3.5 不同磁路对比
3.5.1 相同气隙长度的磁性能比较分析
3.5.2 不同气隙长度的磁性能比较分析
3.6 本章小结
第4章 Halbach方型阵列-磁轮耦合分析及尺寸优化设计
4.1 吸附单元特性研究
4.1.1 不同阵列周期对吸附力的影响
4.1.2 几何尺寸对吸附力的影响
4.1.3 磁轭厚度对吸附力的影响
4.2 磁铁耦合分析
4.2.1 磁轮的磁吸附效应
4.2.2 磁轮与Halbach磁块的耦合作用
4.2.3 磁轮的排列优化
4.3 磁吸附单元的优化模型
4.3.1 Halbach方型阵列优化目标
4.3.2 优化参数
4.3.3 优化过程与结果分析
4.4 本章小结
第5章 Halbach方型阵列磁性能与机器人行走可靠性实验研究
5.1 Halbach方型阵列吸附力测试实验
5.1.1 磁吸附单元硬件实现
5.1.2 万能测力机实验平台搭建
5.1.3 实验结果及分析
5.1.4 可调磁力控制分析
5.2 爬壁机器人的样机制作
5.2.1 支撑机架材料的选用
5.2.2 履带固定板材料选用
5.2.3 履带链节材料选用
5.2.4 磁轮轴材料选用
5.2.5 简化移动机构及关键件分析
5.2.6 履带固定侧板加工仿真及制作
5.2.7 整体框架加工及组装
5.3 爬壁机器人的样机实验
5.4 本章小结
总结与展望
总结
展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
本文编号：3784753
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/3784753.html
