大型壓力容器打磨工藝及爬壁打磨機(jī)器人研究.pdf

1、磁粉檢測(cè)為大型壓力容器表面無(wú)損檢測(cè)的主要手段之一。針對(duì)磁粉無(wú)損檢測(cè)中的要求，需要對(duì)檢測(cè)的焊縫及熱影響區(qū)域進(jìn)行去油脂、鐵銹、氧化皮或其他粘附磁粉物質(zhì)的處理。目前主要采取人工搭建腳手架，手持角磨機(jī)完成打磨工作。人工作業(yè)存在著危險(xiǎn)性高、耗時(shí)長(zhǎng)、效率低等缺點(diǎn)。因此，研究開(kāi)發(fā)大型壓力容器爬壁打磨機(jī)器人具有較高的工程應(yīng)用價(jià)值。
　　從打磨工藝研究出發(fā)，根據(jù)需求研究制定了爬壁打磨機(jī)器人的總體方案，設(shè)計(jì)了機(jī)器人結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)，完成了樣機(jī)的制造和試

2、驗(yàn)。本文的主要工作和成果如下:
　　(1)通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了大型壓力容器壁面打磨工藝。在機(jī)器人打磨過(guò)程中，其必會(huì)受到壁面給予的反向作用力，這些作用力是機(jī)器人設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)之一。通過(guò)分析，得到了磨具類型的影響因素和磨削過(guò)程中的影響因素。利用萬(wàn)能拉壓試驗(yàn)機(jī)平臺(tái)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得機(jī)器人打磨頭的旋轉(zhuǎn)速度，正壓力，進(jìn)給速度等參數(shù)的合理數(shù)值。
　　(2)設(shè)計(jì)了爬壁打磨機(jī)器人的方案和結(jié)構(gòu)。分析并制定爬壁打磨機(jī)器人的基本需求、功能需求、性能需求，建

3、立針對(duì)不同需求的功能原理模型，選擇合適的功能原理解，將不同的功能原理組合為整體結(jié)構(gòu)方案。為減輕機(jī)器人重量，提出了一系列輕巧新穎的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括一種同一平面內(nèi)的兩自由度的移動(dòng)機(jī)構(gòu);一種打磨頭升降減震機(jī)構(gòu);一種基于Halbach理論的永磁輪結(jié)構(gòu)等。
　　(3)對(duì)基于Halbach理論的永磁輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行了仿真優(yōu)化，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了理論分析的準(zhǔn)確性。通過(guò)有限元研究了磁輪軛鐵厚度、極對(duì)數(shù)、軸向和周向磁化單元比例等若干因素對(duì)吸附力的影響，設(shè)計(jì)了

4、兩組實(shí)驗(yàn)，分別測(cè)試磁輪吸附力周向變化狀況和空氣隙對(duì)磁輪吸附的影響。在驗(yàn)證了分析結(jié)果的準(zhǔn)確性基礎(chǔ)上，基于多島遺傳優(yōu)化算法對(duì)磁輪結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了全局優(yōu)化分析。
　　(4)完成了爬壁機(jī)器人樣機(jī)制作和性能測(cè)試。采用AT89S52單片機(jī)的設(shè)計(jì)了爬壁打磨機(jī)器人控制系統(tǒng)，完成了爬壁打磨機(jī)器人的制造以及機(jī)器人試驗(yàn)設(shè)備的制造。對(duì)機(jī)器人的爬行承載能力、直行能力和打磨性能等關(guān)鍵參數(shù)和性能進(jìn)行了測(cè)試，均滿足設(shè)計(jì)的功能和性能指標(biāo)。
　　本課題的研究與壓