罐壁检测爬壁机器人的设计与研究

发布时间：2023-09-17 13:52

　　随着国内石化行业的不断发展,大型立式储油罐应用越来越广泛。根据石化行业标准与要求,为保证储油罐处于安全运行状态,需要定期进行容积检验。目前的检测手段,大多由人工操作移动径向偏差测量仪完成。由于受储油罐环境和工作条件制约,工作人员工作量大,检测效率低、危险系数高。因此,为减轻人工繁杂作业,开发适用于储油罐现场环境并具有负载能力的爬壁机器人,具有十分重要的现实意义。本文通过对国内外现有爬壁机器人的运动方式以及爬壁方式的特点进行分析和总结的基础上,提出了一种适用于大型立式储油罐外壁检测的新型永磁轮式爬壁机器人结构的设计方案。首先进行机械本体设计和控制系统搭建,确定爬壁机器人的吸附、行走和驱动方案。然后对爬壁机器人进行了静力学,运动学和动力学建模,得到临界条件下对磁吸附力的极限要求,使用Maxwell软件对吸附磁回路各参数与吸附力之间关系进行了仿真分析,从而确定吸附机构的尺寸,并通过实验装置验证吸附力与仿真值结果。接着基于Maxwell和Workbench进行磁固耦合,对模型进行静力学分析和预应力模态仿真分析。为了达到轻量化目的,对底板进行多目标遗传算法优化。最后利用动力学仿真软件ADAMS与...

【文章页数】：90 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
符号说明
1 绪论
    1.1 研究的目的和意义
    1.2 国内外爬壁机器人发展概况
        1.2.1 磁吸附爬壁机器人
        1.2.2 负压吸附爬壁机器人
        1.2.3 仿生吸附爬壁机器人
        1.2.4 爬壁机器人现状分析
    1.3 课题的主要研究内容
2 机械本体结构与控制系统设计
    2.1 机械本体结构方案设计
        2.1.1 行走机构
        2.1.2 动力系统
        2.1.3 传动系统
        2.1.4 吸附材料的选择
    2.2 控制系统方案设计
        2.2.1 爬壁机器人控制系统硬件整体设计
        2.2.2 STM32Cube MX介绍及相关配置
    2.3 本章总结
3 爬壁机器人结构优化设计与吸附力分析
    3.1 静力学分析
    3.2 运动学分析
    3.3 动力学分析
    3.4 磁铁吸附系统设计
        3.4.1 磁铁与铁壁距离q
        3.4.2 轭铁厚度ε
        3.4.3 磁铁之间距离λ
    3.5 底盘吸附力实验验证
    3.6 本章总结
4 爬壁机器人结构有限元分析与多目标优化
    4.1 有限元静力学分析
        4.1.1 有限元静态分析理论
        4.1.2 有限元静力学分析流程
    4.2 模态分析
        4.2.1 模态分析理论
        4.2.2 模态分析过程
        4.2.3 模态结果分析
    4.3 底板多目标遗传算法优化分析
        4.3.1 遗传算法及其基本原理
        4.3.2 Workbench Design Exploration概述
        4.3.3 结构的优化设计流程
    4.4 本章总结
5 运行轨迹联合仿真分析
    5.1 直线段与圆弧段轨迹方程及偏差模型建立
        5.1.1 直线段轨迹方程及偏差模型建立
        5.1.2 圆弧段轨迹方程及偏差模型建立
    5.2 虚拟样机技术简介
    5.3 MATLAB/SIMULINK简介
    5.4 联合仿真流程方案
        5.4.1 ADAMS中爬壁机器人模型建立
        5.4.2 添加约束载荷和驱动
        5.4.3 建立状态变量
        5.4.4 加载ADAMS/Control模块
        5.4.5 控制系统的设计
        5.4.6 仿真结果分析
    5.5 转弯半径对爬壁机器人行走特性影响
        5.5.1 仿真结果分析
    5.6 本章总结
6 总结与展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文



本文编号：3847555