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永磁吸附履带式管外爬行机器人的力学分析及运动仿真

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机床与液压 2023年第21期51卷 7-15页

作者：蒋怡蔚侯宇李浩男孙伟武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室湖北武汉430081 武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室湖北武汉430081 武汉科技大学精密制造研究院湖北武汉430081

为提高管外机器人的负载能力与越障能力,设计一种永磁吸附履带式管外爬行机器人。建立机器人在管道上的静力学和动力学模型,得到机器人在轴向和周向稳定运动时的吸附力条件。利用Ansoft Maxwell对比分析磁性履带组中永磁铁2种不同布局方... 详细信息

为提高管外机器人的负载能力与越障能力,设计一种永磁吸附履带式管外爬行机器人。建立机器人在管道上的静力学和动力学模型,得到机器人在轴向和周向稳定运动时的吸附力条件。利用Ansoft Maxwell对比分析磁性履带组中永磁铁2种不同布局方式,选定合适的布局方式并计算该布局方式下磁性履带组在轴向和周向运动时能够提供的吸附力,验证了磁性履带组设计方案的合理性。最后基于ADAMS进行了运动仿真,得到越障过程中质心变化规律,验证了机器人具有良好的越障性能。

关键词：履带式管外爬行机器人永磁吸附力学分析运动仿真

永磁吸附履带式管外爬行机器人设计与动力特性分析

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永磁吸附履带式管外爬行机器人设计与动力特性分析

作者：蒋怡蔚武汉科技大学

学位级别：硕士

工业管道作为石油、化工、钢铁等行业中重要的运输工具,需长期输送高温、高压、有毒的流体介质,一旦发生泄露,将会造成重大的人员伤亡和财产损失。工业管道所处环境复杂,人工检测难度大,因此对代替人工作业的管道机器人研究具有重要的... 详细信息

工业管道作为石油、化工、钢铁等行业中重要的运输工具,需长期输送高温、高压、有毒的流体介质,一旦发生泄露,将会造成重大的人员伤亡和财产损失。工业管道所处环境复杂,人工检测难度大,因此对代替人工作业的管道机器人研究具有重要的学术研究价值和应用前景。本文设计了一种永磁吸附履带式管外爬行机器人,对其进行了静力学、动力特性以及越障过程分析研究。主要的研究工作如下:(1)通过分析国内外管外爬行机器人的结构特点,设计出了一种永磁吸附履带式管外爬行机器人,对越障结构、磁性履带组、辅助吸附装置等核心部件进行了详细设计,以使机器人具有良好的负载能力、越障能力和管道适应能力。(2)设计磁吸附模块的磁路方案,利用Ansoft Maxwell得到其在轴向和周向运动时所能提供的吸附力大小,同时进行了磁力测量实验研究,并与有限元分析和理论分析对比,验证磁吸附模块设计的合理性。(3)建立机器人的力学模型,得到机器人稳定运动的吸附力条件以及牵引力与位置角度的变化关系,从而选定合适的磁路方案;在此基础上,对机器人越障过程进行研究,得到了机器人可通过障碍物的理论高度范围以及越障过程所需驱动力矩的变化,为后续机器人样机制作提供理论基础。(4)基于虚拟样机技术建立仿真模型,分析机器人爬行越障和翻转越障两种运动过程,验证了其越障性能,并进一步制作机器人实物样机进行实验验证。

关键词：管外爬行机器人永磁吸附力学分析运动仿真越障性能

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多体柔性永磁吸附爬壁机器人

机械工程学报 2008年第6期44卷 177-182页

作者：桂仲成陈强孙振国清华大学先进成形制造教育部重点实验室北京100084

为实现永磁间隙吸附式爬壁机器人在复杂空间曲面上的可靠吸附与灵活运动,在分析爬壁机器人复杂空间曲面运行须解决的关键问题的基础上,基于爬壁机器人的多体动力学仿真和样机试验,设计了采用多体柔性吸附系统的间隙吸附式爬壁机器人,即... 详细信息

为实现永磁间隙吸附式爬壁机器人在复杂空间曲面上的可靠吸附与灵活运动,在分析爬壁机器人复杂空间曲面运行须解决的关键问题的基础上,基于爬壁机器人的多体动力学仿真和样机试验,设计了采用多体柔性吸附系统的间隙吸附式爬壁机器人,即爬壁机器人由轮式移动机构和吸附系统组成.吸附系统安装在轮式移动机构的底盘上,且和壁面是非接触的。吸附系统由多个相互独立的吸附装置构成,每个吸附装置通过具有2转动自由度的连接机构和轮式移动机构连接,并由被动的万向滚动轮部分或完全支撑在壁面上,各吸附装置在吸附力的作用下可自调节相对于壁面的位姿。对多体柔性吸附系统的曲面适应性进行优化。仿真及试验结果表明,多体柔性吸附爬壁机器人可自适应壁面形貌和曲率的变化,它在表面是复杂空间曲面的壁面上运行时的吸附和运动性能接近在平整壁面上运行时的相应性能,吸附可靠且运动灵活。

关键词：爬壁机器人永磁吸附复杂曲面自适应

变曲率立面自适应爬壁机器人结构的设计与分析

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机器人 2024年

作者：胡晓林郭润兰黄华张存东兰州理工大学机电工程学院

针对爬壁机器人在变曲率壁面作业时稳定性差和自适应能力不足等问题，设计了一种自适应模块与机身相对独立的分离式结构爬壁机器人，并研究它在壁面上的移动性能。首先根据机器人的壁面运动原理建立力学模型，计算无滑移和无倾覆时纵/... 详细信息

针对爬壁机器人在变曲率壁面作业时稳定性差和自适应能力不足等问题，设计了一种自适应模块与机身相对独立的分离式结构爬壁机器人，并研究它在壁面上的移动性能。首先根据机器人的壁面运动原理建立力学模型，计算无滑移和无倾覆时纵/横移动方向切换、沿壁面移动和越障所需的吸附力，并分析在周向曲面和径向曲面上纵向移动和横向移动时机身姿态的变化情况。然后通过永磁体装置的磁路设计和参数化仿真，分析气隙间距和壁面厚度对吸附力的影响，对机器人在不同曲面和不同运动模式下的吸附力进行仿真，优化永磁体的设计。最后通过实验验证了爬壁机器人在不同变曲率壁面上的移动性能和自适应性能。结果表明，所设计的爬壁机器人具有纵/横切换移动灵活、吸附稳定、变曲率壁面自适应能力强的特点，最小可适应曲率为0.46 m的壁面，且在90°壁面可承载7.2 kg的设备。

关键词：爬壁机器人永磁吸附变曲率立面运动分析

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磁力可开关的永磁轮设计与优化

机械工程与自动化 2024年第1期 105-107页

作者：张博洋冯永利于健康华北理工大学机械工程学院河北唐山063000

为解决爬壁机器人的永磁轮吸附力无法改变、作业完成后很难从壁面取下的问题,设计了一种磁力可开关的永磁轮。采用Maxwell软件对永磁轮的吸附单元进行了参数化优化设计,使得爬壁机器人的永磁轮能以较小的质量提供400 N左右的吸力,并能... 详细信息

为解决爬壁机器人的永磁轮吸附力无法改变、作业完成后很难从壁面取下的问题,设计了一种磁力可开关的永磁轮。采用Maxwell软件对永磁轮的吸附单元进行了参数化优化设计,使得爬壁机器人的永磁轮能以较小的质量提供400 N左右的吸力,并能关闭磁力以便工作人员将爬壁机器人从壁面分离。

关键词：永磁吸附磁力仿真优化设计爬壁机器人

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模块化作业爬壁机器人设计与分析

机械科学与技术 2024年第7期43卷 1180-1188页

作者：杜小禹杨培张明路刘文翰孙凌宇河北工业大学机械工程学院天津300401

为解决传统爬壁机器人在海上风电塔筒立面的作业效率低下和吸附力不足问题,根据模块化设计方法,提出一种可同时用于表面漆膜检测及运维的模块化履带式爬壁机器人。本文详细介绍作业机器人的结构组成及原理,为防止机器人发生滑落和倾覆现... 详细信息

为解决传统爬壁机器人在海上风电塔筒立面的作业效率低下和吸附力不足问题,根据模块化设计方法,提出一种可同时用于表面漆膜检测及运维的模块化履带式爬壁机器人。本文详细介绍作业机器人的结构组成及原理,为防止机器人发生滑落和倾覆现象,对其进行力学分析;构建间隙式永磁吸附模型,利用Maxwell软件与传统磁路设计进行参数化仿真对比,并分析气隙和壁厚对机器人吸附力的影响;通过样机平台模拟实验和真实作业,表明机器人能以稳定运动姿态实现塔筒高空及水下作业,验证了其模块化作业的可行性,并同时具备较强的吸附能力和越障能力。

关键词：爬壁机器人模块化设计永磁吸附

基于Halbach阵列的爬壁机器人永磁吸附模块优化设计

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机械与电子 2023年第10期41卷 54-59页

作者：孙天圣刘芳华江来曹永鑫陈杨缪游江苏科技大学机械工程学院江苏镇江212003

针对轮式永磁吸附爬壁机器人吸附效率较低的问题,设计了一种基于Halbach阵列的新型弧形永磁吸附模块,研究其吸附特性并进行优化。运用ANSYS Maxwell软件对新型吸附模块进行有限元仿真分析,研究Halbach弧形永磁体阵列在聚磁一侧的磁感线... 详细信息

针对轮式永磁吸附爬壁机器人吸附效率较低的问题,设计了一种基于Halbach阵列的新型弧形永磁吸附模块,研究其吸附特性并进行优化。运用ANSYS Maxwell软件对新型吸附模块进行有限元仿真分析,研究Halbach弧形永磁体阵列在聚磁一侧的磁感线分布规律;为了减少弱磁侧的磁感线泄漏,在传统的Halbach永磁阵列基础上,在弱磁侧增加了轭铁装置;通过对弧形磁体阵列的角度、宽度、厚度及轭铁的厚度对吸附力的影响的研究,采用控制变量法并利用ANSYS Maxwell对新型弧形永磁吸附模块的关键结构尺寸进行优化,设计了永磁吸附模块的最优尺寸。结果表明,经过优化后的吸附单元的总体质量降低,但单位质量吸附力增大,磁能利用率大幅度提高,为轮式爬壁机器人的优化设计提供依据。

关键词：爬壁机器人 Halbach阵列永磁吸附 ANSYS Maxwell 有限元仿真

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大型球罐壁面除漆机器人设计与实验研究

机械传动 2024年第1期48卷 151-158页

作者：杨怀林刘春华陈晓辉邓贤东高润智夏毅臧红彬西南科技大学制造过程测试技术省部共建教育部重点实验室四川绵阳621010 中国空气动力研究与发展中心四川绵阳621000

为解决大型球罐压力容器表面三层高强度环氧漆打磨问题,设计了一款大型球罐壁面除漆机器人,并对其开展了实验研究。机器人主要包括爬壁吸附系统和自适应打磨系统。通过对海尔贝克阵列永磁体研究,仿真分析履带结构永磁体吸附力与工作间... 详细信息

为解决大型球罐压力容器表面三层高强度环氧漆打磨问题,设计了一款大型球罐壁面除漆机器人,并对其开展了实验研究。机器人主要包括爬壁吸附系统和自适应打磨系统。通过对海尔贝克阵列永磁体研究,仿真分析履带结构永磁体吸附力与工作间隙的关系,研发了一款吸附稳定、越障性能优越的爬壁吸附系统;针对弧形壁面打磨情况,设计了一款基于电流反馈的自适应打磨系统,并分析金属丝打磨辊力学模型,研发多样金属丝打磨辊。对机器人进行测试,打磨效果良好,机器人可以对环氧漆打磨并露出金属光泽,且是人工打磨效率的3~10倍。该研究为球罐高强度环氧漆打磨提供了新打磨工具,保证了打磨质量,提高了打磨效率。

关键词：爬壁机器人永磁吸附磁力仿真三层环氧漆打磨打磨效果

永磁吸附履带式爬壁机器人转向运动灵活性分析

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上海交通大学学报 2003年第Z1期37卷 58-61,65页

作者：徐泽亮马培荪上海交通大学机器人研究所上海200030

根据永磁吸附履带式爬壁机器人的结构特点和运动环境特点,分析该机器人在大半径转向运动下的灵活性.由静力学平衡方程、运动学方程和动力学方程,基于直线运动总功率与转向运动总功率之比的相对功率来定义机器人转向运动灵活系数kA,进而... 详细信息

根据永磁吸附履带式爬壁机器人的结构特点和运动环境特点,分析该机器人在大半径转向运动下的灵活性.由静力学平衡方程、运动学方程和动力学方程,基于直线运动总功率与转向运动总功率之比的相对功率来定义机器人转向运动灵活系数kA,进而讨论机器人转向运动灵活系数与安全系数的相互关系,优化安全系数的选择范围.根据该安全系数选择范围而设计的履带吸盘完全满足爬壁机器人长时间实际安全应用的要求.

关键词：永磁吸附爬壁机器人转向灵活系数