管道攀爬机器人结构设计及行走动力特性分析

作     者：罗洁 

作者单位：武汉科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：侯宇

授予年度：2015年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 

主      题：管道攀爬机器人 步态分析 运动仿真 动态特性 结构优化 

摘      要：管道机器人普遍应用在各种危险的工作环境中代替人工作业，极大降低了人工检测的风险和作业成本，应用前景非常广阔，因此逐渐成为工业机器人研究的热门领域之一。本文所研究的管道攀爬机器人是一种可在管道外表面自动攀爬、具备转弯过渡和一定越障能力，通过加装相应的检测设备能对管道进行检测维修操作的新型机器人。 论文对国内外现有管道攀爬机器人的应用背景、技术发展现状和管道环境状况做出了调查、分析和研究，论证和总结了管道攀爬机器人的研究现状，提出了一种轻型关节式管道攀爬机器人总体设计方案，并在行走动力特性分析的基础上对机器人结构进行了优化设计。主要的研究工作如下： 1.研究管道攀爬机器人总体方案的可行性，确定了该攀爬机器人的攀爬步态可分为蠕虫式攀爬步态和翻转式攀爬步态，并分别对机器人采用这两种步态进行攀爬的状态、过程及越障能力进行了分析与讨论。 2.针对实际生产中管道环境状况及检测需求，设计了管道攀爬机器人的总体结构，并进行了机器人的结构分析和三维实体建模。 3．基于ADAMS对管道攀爬机器人的攀爬过程进行了仿真分析，确定在满足运动平稳、可靠的条件下，机器人攀爬的速度和各关节电机的输出力矩大小。 4.对管道攀爬机器人的手爪机构进行参数化建模与最优化设计，在此基础上确定了机器人整体结构的最优尺寸及相关的爬行动力参数。 5.制作管道攀爬机器人物理样机并进行爬行实验研究，实验结果验证了总体设计方案的可行性和仿真分析的有效性，也为今后攀爬机器人的进一步研究提供了参考。