在役化工容器壁面检测机器人的机械本体研究

摘要

化工容器作为一种反应或储存容器，长期在腐蚀、高温或高压下操作容易导致材料发生劣化、脆断或疲劳断裂。为了使化工容器安全运行，必须对其进行定期安全检测。爬壁机器人技术的发展，为容器安全检测提供了新的技术平台，壁面检测机器人成为机器人研究领域的研究热点之一。
　　本文在结合国内外发展现状的基础上，运用仿生学原理，提出了一种基于足-履带式复合行走的新型壁面检测机器人的机械本体结构，解决了单纯使用一种行走方式引起的安全性和灵活性之间的冲突。根据功能性要求，该机器人由履带车、抗倾覆机构、检测机构等组成，采用真空吸附和永磁吸附共同作用。
　　分析了影响壁面检测机器人安全性的因素。从防止倾覆和下滑两个角度出发对机器人的吸附可靠性进行分析，提出了在保证安全性的基础上提高机器人灵活性的方案。利用ANSYS软件对机器人关键零、部件进行静力学分析，提出了增加机器人安全性的结构优化方案。
　　对壁面检测机器人进行运动学分析。规划机器人的运动步态，利用D-H表示法推导出机器人的正、逆运动学方程，得到了机器人运动过程中各构件空间位置的表示方法。
　　利用虚拟样机技术，结合Solidworks的建模功能和ADAMS的仿真功能，对壁面检测机器人进行运动学和动力学仿真分析。通过运动学仿真，验证了机器人的直线行走和转向时步态的合理性。通过动力学仿真，分析了机器人的动力学特性和影响动力学特性不稳定的因素，提出了提高机器人稳定性的方法。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 课题的背景及意义

1.2 壁面检测机器人的发展现状

1.3 虚拟样机技术

1.4 课题主要研究内容和创新点

1.5 本章小结

2 壁面检测机器人的结构设计与三维建模

2.1 壁面检测机器人的原理设计

2.2 履带车的设计

2.3 抗倾覆机构的设计

2.4 检测机构的设计

2.5 壁面检测机器人三维建模及优化

2.6 本章小结

3 壁面检测机器人的安全性分析

3.1 影响壁面检测机器人安全性的因素

3.2 磁吸附机构的安全性分析

3.3 真空吸附机构的安全性分析

3.4 关键零部件的静力学分析

3.5 本章小结

4 壁面检测机器人运动学分析与仿真

4.1 壁面检测机器人的运动学分析

4.2 壁面检测机器人的步态规划

4.3 壁面检测机器人虚拟样机的建立

4.4 壁面检测机器人直线行走时的运动学仿真

4.5 壁面检测机器人转向时的运动学仿真

4.6 本章小结

5 壁面检测机器人的动力学仿真与试验验证

5.1 引言

5.2 载荷施加

5.3 仿真结果分析及优化

5.4 试验验证

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间从事科学研究及发表论文情况