水下船体表面清刷机器人复合吸附方法的研究

摘要

壁面移动机器人属特种作业机器人，在核工业、石化企业、建筑行业、消防部门、船舶等领域均有广泛的应用，自二十世纪六十年代出现以来，一直受到世界各国的关注。本文研究的水下船体表面清刷机器人是壁面移动机器人的一种类型，具有广阔的应用前景。 论文系统综述了船舶水下清刷技术和壁面移动机器人技术的发展，总结船舶水下清刷作业和壁面移动机器人的国内外发展现状和应用情况，针对水下作业环境的特点，提出永磁履带和推力器组成的复合吸附方法，完成了水下船体表面清刷机器人的总体结构设计，对清刷机器人复合吸附力、运动性能、清刷效率进行了研究。 复合吸附力的分析是论文的关键，本文建立清刷机器人的稳定平面，将清刷机器人的稳定性研究转化为对稳定平面的失稳研究，得出清刷机器人稳定性条件，从而得到磁吸盘吸附力和推力器推力的关系。 建立清刷机器人的直线运动方程，分析清刷机器人直线运动稳定性；对清刷机器人沿船体表面上下直线运动受力分析，研究直线运动驱动平衡条件，分析直线运动性能和复合吸附力的关系；建立无滑移转向运动学、动力学模型分析转向灵活性和复合吸附力的关系。 论文最后从清刷机器人的清刷机理入手建立清刷效率评判体系，建立盘刷接壁点运动方程，分析清刷机器人行驶速度、盘刷转速和清刷效率的关系；建立盘刷动态受力模型，研究清刷机器人运动稳定性和清刷效率的关系。 水下船体表面清刷机器人的研制为壁面移动机器人开辟了一个新的应用领域。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题目的和意义

1.2船体表面清刷技术国内外发展概况

1.2.1船体表面清刷技术国外发展概况

1.2.2船体表面清刷技术国内发展概况

1.3壁面移动机器人国内外发展概况

1.3.1壁面移动机器人技术

1.3.2磁吸附壁面移动机器人国内外发展概况

1.3.3推力吸附壁面移动机器人国内外发展概况

1.3.4壁面移动机器人吸附和移动性能

1.4本文主要研究内容

第2章清刷机器人总体方案与结构设计

2.1引言

2.2组成和工作原理

2.3移动方式的选择

2.4复合吸附方法的选择

2.4.1工作壁面情况

2.4.2吸附方法分析

2.4.3复合吸附方法的确定

2.5履带驱动方式的选择

2.6吸附机构

2.6.1推力器的选择

2.6.2永磁履带的封装

2.7驱动机构

2.8清刷机构

2.9本章小结

第3章清刷机器人复合吸附力的分析

3.1引言

3.2空间位姿描述

3.3稳定平面

3.4静态稳定分析

3.4.1滑移

3.4.2纵向翻转

3.4.3横向翻转

3.4.4法向脱离

3.4.5下滚

3.4.6磁吸盘许用吸附力

3.5复合吸附力仿真分析

3.6本章小结

第4章清刷机器人吸附能力和运动性能的关系

4.1引言

4.2直线运动稳定性分析

4.2.1壁面附着力的分析

4.2.2直线运动动力学方程

4.2.3直线运动稳定性

4.3直线运动驱动平衡分析

4.3.1沿船体表面向上匀速运动

4.3.2沿船体表面向下匀速运动

4.3.3驱动力矩仿真分析

4.4转向运动性能分析

4.4.1转向运动模型

4.4.2转向运动学分析

4.4.3转向动力学分析

4.4.4转向运动灵活性分析

4.5本章小结

第5章清刷机器人运动稳定性和清刷效率的关系

5.1引言

5.2清刷效率

5.2.1清刷机理

5.2.2清刷效率的评判体系

5.3盘刷运动学分析

5.3.1盘刷的环形接壁形式

5.3.2盘刷接壁点速度

5.3.3行驶速度一定时盘刷转速对盘刷接壁点速度的影响

5.3.4盘刷转速一定时行驶速度对接壁点速度的影响

5.3.5盘刷转速行驶速度与清刷效率的关系

5.4盘刷动力学分析

5.4.1盘刷模型

5.4.2盘刷旋转时受力分析

5.5本章小结

结论

参考文献

致谢