履帶式爬壁機(jī)器人設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、節(jié)能減排是構(gòu)建社會(huì)主義和諧社會(huì)的重大舉措,密排式鍋爐管道的熱能利用是節(jié)能減排的一條途徑。該管道制造過程中,連接板與管道的焊接工作是一項(xiàng)耗時(shí)多、環(huán)境惡劣的任務(wù)。為提高焊接效率,實(shí)現(xiàn)輔助人工作業(yè)甚至代替人工操作的目標(biāo),針對(duì)鍋爐管壁的幾何形態(tài),本論文提出了一種新型磁吸附爬壁機(jī)器人,該機(jī)器人可實(shí)現(xiàn)鍋爐管壁上軸向和周向行走;為保證該爬壁機(jī)器人運(yùn)動(dòng)靈活性與運(yùn)行安全性,進(jìn)行了磁吸附模塊的優(yōu)化;在此基礎(chǔ)上,研究爬壁機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力性能,最后基于虛擬樣

2、機(jī)技術(shù)對(duì)其模擬仿真分析。論文主要工作如下:
　　首先,該爬壁機(jī)器人由行走運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu),磁力吸附單元,變徑適應(yīng)機(jī)構(gòu),焊槍夾持機(jī)構(gòu)等組成。針對(duì)密排式鍋爐管道特有的幾何結(jié)構(gòu),行走機(jī)構(gòu)由周向和軸向行走機(jī)構(gòu)組成。周向行走機(jī)構(gòu)以鏈傳動(dòng)實(shí)現(xiàn),鏈單元結(jié)構(gòu)不但能實(shí)現(xiàn)與鏈輪嚙合傳動(dòng),沿管壁作周向運(yùn)動(dòng),又能自適應(yīng)于管壁作軸向從動(dòng)。軸向行走機(jī)構(gòu)包含驅(qū)動(dòng)輪和驅(qū)動(dòng)輪提升機(jī)構(gòu),其輪緣外廓可與煙道小管外壁擬合。為保證軸向驅(qū)動(dòng)輪不干涉周向運(yùn)動(dòng),設(shè)計(jì)了具有萬(wàn)向鉸的輪提升

3、機(jī)構(gòu)。
　　其次,本文機(jī)器人以磁吸附方式確保機(jī)體能附著于管壁工作,該吸附裝置由分布式變磁力吸附單元構(gòu)成,以同步齒形帶驅(qū)動(dòng)磁開關(guān),實(shí)現(xiàn)磁力的改變,減小機(jī)器人能源消耗的目的。磁吸附支撐板由彈簧鋼制成,以適應(yīng)不同直徑的煙道。建立磁吸附單元磁吸附力的數(shù)學(xué)模型,對(duì)磁吸附單元幾何參數(shù)、氣隙與磁吸附單元間的幾何參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化組合。利用有限元分析軟件ANSYS對(duì)磁吸附單元的磁場(chǎng)分布進(jìn)行仿真分析,確定磁吸附單元的幾何參數(shù)和氣隙;然后根據(jù)上面確定的參數(shù)

4、,分析磁吸附單元中磁極與管壁不同角度磁吸附力的分布規(guī)律,為爬壁機(jī)器人的可變吸附力提供了理論依據(jù)。
　　最后,分別對(duì)爬壁機(jī)器人軸向行走(輪式移動(dòng))和周向行走(履帶式移動(dòng))進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析。建立了軸向行走時(shí)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型,運(yùn)用ADAMS完成軸向行走運(yùn)動(dòng)仿真,實(shí)現(xiàn)軸向行走的運(yùn)動(dòng)特性分析,其速度仿真曲線與理論模型相吻合;對(duì)周向行走進(jìn)行動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)分析,分析運(yùn)動(dòng)時(shí)履帶所受張力的分布情況和驅(qū)動(dòng)力矩問題,建立了動(dòng)力學(xué)模型。然后在確定