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现代制造工程 2022年第8期 136-143页

作者：王鹏峰胡伟杰黄永勇李运堂中国计量大学现代科技学院杭州310017 中国计量大学机电工程学院杭州310018

拉索质量直接关系斜拉桥安全。为实现拉索表面缺陷的自动化检测与维护,保障斜拉桥安全,提出了吸盘吸附式拉索爬升装置。将吸盘安装在滚轮上,并吸附于拉索表面,无需额外能量消耗并且增加了附着力。建立了拉索爬升装置三维模型;讨论了静... 详细信息

拉索质量直接关系斜拉桥安全。为实现拉索表面缺陷的自动化检测与维护,保障斜拉桥安全,提出了吸盘吸附式拉索爬升装置。将吸盘安装在滚轮上,并吸附于拉索表面,无需额外能量消耗并且增加了附着力。建立了拉索爬升装置三维模型;讨论了静止和爬行时爬行单元的受力情况。在Adams软件中分析了爬升装置的预紧力变化、不同拉索倾角下的适应能力和负载能力。根据受力分析和仿真结果优化装置结构,并研制了样机,开展了相关试验。结果表明,当拉索倾角为30°~90°时,爬升装置可稳定爬行,质心偏转角度较小,具有良好的适应性。无负载情况下,爬升速度为2.0 m/min;搭载12 kg负载时,爬升速度为1.3 m/min,满足设计指标。

关键词：吸盘吸附拉索爬升装置 Adams仿真

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吸盘吸附式斜拉桥拉索表面缺陷检测维护机器人的研究

吸盘吸附式斜拉桥拉索表面缺陷检测维护机器人的研究

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作者：胡伟杰中国计量大学

学位级别：硕士

斜拉桥具有跨径大,造价经济,造型优美等特点,广泛应用于现代道路交通中,尤其是跨江、跨海等大跨度场合。拉索是斜拉桥的重要组成部分和主要受力部件,拉索一旦受到损坏,必将影响到整座桥梁的安全。因此,需定期检测拉索的状况并及时维护... 详细信息

斜拉桥具有跨径大,造价经济,造型优美等特点,广泛应用于现代道路交通中,尤其是跨江、跨海等大跨度场合。拉索是斜拉桥的重要组成部分和主要受力部件,拉索一旦受到损坏,必将影响到整座桥梁的安全。因此,需定期检测拉索的状况并及时维护。人工检测方式由于效率低、成本高、安全性差等缺点,正逐渐被拉索检测维护机器人所取代。本课题针对拉索表面缺陷检测和维护的实际需求,对拉索检测维护机器人展开了研究,研制了爬升装置、检测装置和维护装置,具体工作内容如下:1.根据拉索检测维护工作的实际需求,确定了整体设计指标。设计了机器人的整体结构,包括拉索爬升装置、检测装置以及维护装置。爬升装置为三边式结构,由三个相同的爬行单元组成。爬行单元以轮式吸盘行走机构为移动方式,使用被动吸盘吸附在拉索表面;利用涡卷弹簧的可伸缩特性为爬行单元提供预紧力。检测装置使用四路CCD摄像头采集图像,经过无线图传设备进行传输,并在计算机上进行缺陷检测处理。维护装置由旋转平台、打磨模块和喷漆模块组成,用于缺陷处的前期修复工作。2.对爬升装置进行了静止、上行、下行三种不同工况下的动力学分析,得出临界驱动条件。通过数值计算,得到了装置预紧力和吸盘吸附力。在ADAMS软件中建立爬升装置的简化模型,进行爬行能力、爬行稳定性以及负载能力的仿真。利用ANSYS软件对吸盘吸附时的应力集中现象和吸盘的形变进行仿真计算。仿真结果表明,爬升装置在常见的拉索倾角下均可稳定爬行,并具备一定的负载能力;吸盘在吸附时,应力和形变主要集中在吸盘根部,对吸盘内腔基本无影响,吸盘可以稳定吸附在拉索表面。3.设计了机器人的控制系统,由通信系统、电机系统和表面缺陷检测系统组成。系统分为上位机和下位机两部分,下位机硬件采用STM32单片机,软件基于Keil uvision5;上位机界面基于Py Qt5框架开发。通信系统实现上位机和下位机之间的数据传输功能;电机系统可根据需要,改变机器人上电机的工作状态;缺陷检测系统基于YOLOX网络,利用YOLOX网络训练拉索表面图像的缺陷数据集,并在测试集上实验。结果表明:YOLOX网络的m AP和FPS分别为92.77%和18,具有优秀的检测效率和精度。4.研制了机器人的样机,在实验室条件下,利用PVC管模拟实际的拉索,进行机器人试验。在不同倾角下进行爬升装置的爬行能力、稳定性试验,添加3～15kg的负重进行负载能力的试验。在PVC管上构造损伤、缝隙、孔洞三种常见的拉索表面缺陷,使用缺陷检测系统进行检测试验。对检测到的缺陷,利用维护装置进行修复试验。综合试验结果表明,机器人可以在搭载检测维护装置的情况下,沿拉索稳定爬行,精准地识别出拉索表面存在的缺陷,并对缺陷处进行有效的修复工作。本文设计的吸盘吸附式斜拉桥拉索表面缺陷检测维护机器人,爬行稳定,检测效率高、精度高、实时性好,可实现缺陷处的针对性修复工作。使用该机器人对拉索表面定期检测并及时维护,可有效地保障斜拉桥的安全,减少人力成本,具有较高的实用性。

关键词：吸盘吸附拉索爬升装置缺陷检测维护上位机界面样机试验

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GIS设备母线段管道巡检机器人的研究与设计

GIS设备母线段管道巡检机器人的研究与设计

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作者：蒋智鹏长沙理工大学

学位级别：硕士

气体绝缘金属封闭开关设备（GIS-Gas Insulated Switchgear）由于其结构紧凑、占地面积小、可靠性高的优点,作为变电设备在各变电站中的使用越来越多,是电网建设中必不可少的设施。GIS设备属于金属封闭设备,一旦有内部故障,查找与处理... 详细信息

气体绝缘金属封闭开关设备（GIS-Gas Insulated Switchgear）由于其结构紧凑、占地面积小、可靠性高的优点,作为变电设备在各变电站中的使用越来越多,是电网建设中必不可少的设施。GIS设备属于金属封闭设备,一旦有内部故障,查找与处理需要打开气室,安全与经济性差。且大部分情况下,GIS检修并不能直接解体故障单元,都需要一层层进行解体,检修工作进行的十分困难。为了提升电力检修工作效率和质量,研究设计一种GIS设备内部巡检机器人,对提高工作效率、节约人力资源,实现自动化检修有着至关重要的意义。论文首先对巡检机器人的运行环境进行了分析,总结巡检机器人的设计要求和功能需求,对巡检机器人本体基本结构进行了设计;分析巡检机器人的常见行走方式,结合GIS设备母线段管道内部弧形壁面的特点,选择轮式小车作为巡检机器人的行走机构,选用麦克纳姆轮作为巡检机器人的行走轮,并对麦克纳姆轮的运动特性进行分析;以巡检机器人的基本结构为基础,确定巡检机器人控制系统的总体结构,设计以STM32F103RTC6作为主控制板微控制单元的机巡检器人控制系统硬件部分,包括主控制器、驱动模块、通信模块、功能模块、视觉检测模块、电源模块等各模块硬件电路;设计以嵌入式实时操作系统FreeRTOS为基础的机器人本体控制系统软件部分和以Qt开发框架为编译环境,使用C++语言编写设计的人机交互界面软件部分。对设计方案的不足进行了分析,提出了采用吸附式巡检机器人的优化方法,并给出了吸附式巡检机器人的总体结构设计方案,实现对GIS设备内部进行360°无死角巡视工作。最后,研制出巡检机器人样机,并进行了模拟实验,测试巡检机器人在设备内部行走攀爬、视频监测、故障处理等性能,验证了所设计巡检机器人的可行性和稳定性。

关键词： GIS设备 STM32 麦克纳姆轮机械臂吸盘吸附

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