缆索表面检测机器人的系统设计和仿真研究

摘要

爬杆(管)类机器人用于代替人类完成各种危险的工作而成为当今机器人领域的研究热点之一。缆索表面检测机器人是一种针对斜拉桥缆索表面缺陷检测的爬杆(管)类机器人，与人工作业方式相比，作业成本低且安全，具有广阔市场应用前景，因此，缆索表面检测机器人的研究开发具有重要的意义。
　　 论文通过分析研究和总结攀爬类机器人产生的背景以及国内外研究的现状，提出了一种轻型电驱动斜拉桥缆索表面检测机器人的总体方案，设计和构建了缆索表面检测机器人总体系统。通过对爬升模型的动力学分析，根据驱动附着条件，给出了驱动力参数，在此基础上，对缆索表面检测机器人的本体结构的各个部件以及电机和齿轮进行设计和选型，并介绍了运动控制模块、检测模块的总体设计，提出了硬件组成框图。
　　 论文应用三维建模软件中SolidWorks创建了缆索表面检测机器人分析模型，并应用ADAMS分析软件对机器人的虚拟样机进行了仿真研究，得出运动特性曲线。
　　 论文通过缆索表面检测机器人的虚拟样机运动学动力学的仿真分析，研究了缆索表面检测机器人运动稳定性的因素。并对缆索表面检测机器人的驱动力矩进行参数化分析，研究压紧力、摩擦系数等各种参数对其驱动力矩要求的影响。
　　 最后，论文介绍了物理样机的研制和实验情况，为今后缆索机器人的性能改进和优化提供了参考。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1引言

1.1.1国内外缆索机器人现状

1.1.2课题的意义

1.2虚拟样机技术及其在机械优化设计中的应用

1.2.1虚拟样机技术概念

1.2.2 Adams仿真软件

1.2.3虚拟样机技术在机械优化设计中的应用现状

1.3论文的主要工作

2缆索表面检测机器人系统设计

2.1系统总体设计

2.1.1缆索表面检测原理和性能要求

2.1.2各种爬升方式的特点和分析

2.2.2缆索表面检测机器人系统构建

2.2本体结构主要部件设计

2.2.1机器人动力学分析

2.2.2主要部件结构和参数

2.3驱动和传动方案设计

2.3.1驱动系统

2.3.2(齿轮)传动方案和参数设计

2.4控制和检测方案

2.5本章小结

3缆索表面检测机器人模型建立与仿真

3.1创建功能模型

3.1.1创建刚体

3.1.2装配关系的确立

3.2 SolidWorks和ADAMS模型接口和传递

3.3模型的处理

3.3.1零件的合并

3.3.2定义模型材料

3.3.3添加约束

3.3.4创建标记点

3.3.5设置重力

3.3.6添加驱动

3.4检查模型

3.5设置仿真分析和创建测量

3.5.1 ADAMS的结果输出

3.5.2使用测量功能

3.6建模中的一些经验

3.7缆索表面检测机器人运动仿真测试

3.7.1压紧力与夹紧力的关系

3.7.2等扭矩驱动(加速运动)

3.7.3等速运动(变扭矩驱动)

3.8本章小结

4缆索表面检测机器人运动学动力学的仿真分析

4.1缆索表面检测机器人运动稳定性研究

4.1.1机器人的运动稳定性概念

4.1.2运动稳定性仿真和分析

4.2对缆索表面检测机器人动力学参数化分析

4.2.1 ADAMS的参数化分析

4.2.2驱动力矩的参数化分析

4.2.3各种参数对其驱动力的影响

4.3本章小结

5物理样机的研制和试验

5.1样机安装及试验

5.2本章小结

6结论与展望

6.1主要结论

6.2后续研究工作的展望

致谢

参考文献

附 录：A.攻读硕士学位期间发表的论文