一种新型电磁吸附式爬壁机器人的研制

针对永磁吸附式爬壁机器人机动性与吸附性相矛盾这一问题,提出了一种电磁铁轮流通断电机构,并基于该机构设计了一种履带式爬壁机器人。为了防止机器人出现滑移、倾覆和翻转失稳状况,对机器人进行了力学分析,利用COMSOL软件对电磁铁进行磁场仿真分析,完成了电磁铁的设计及机器人整机的制作。结果表明,机器人能够以任意姿态在不同角度壁面上爬行,验证了电磁铁轮流通断电机构的可靠性。该机器人在大型钢结构巡检等方面有较好的应用价值。

有机蔬菜大棚除草机器人研制

为了取代有机蔬菜大棚内人工除草作业,研制了一种新型除草机器人。该机器人通过原地转向机构实现狭小空间内零转弯半径行驶,并基于机器视觉和磁导航传感器实现智能杂草识别和全自主作业。基于力学分析和三维软件,设计了机器人本体结构、行走机构、原地转向机构、末端执行器等,并基于模糊控制实现机器人沿着设定路径行驶。实验结果表明机器人行驶时的偏移量小于4cm/500cm,满足使用要求;同时,机器人转向灵活并能够完成机械除草作业,验证了机器人设计方案的可靠性。

港口起重机巡检用爬壁机器人研制

目前港口大型起重机的日常安全巡检主要依靠人工,不仅劳动强度大,而且存在安全风险。在现有的爬壁机器人研究方案中,吸附力同时也是机器人移动的阻力。为了解决上述问题,创新性地提出一种基于电磁吸附的爬壁机器人新结构,通过电磁铁依次与导电槽的接触与脱离,不仅确保足够的吸附力,同时有效地实现了吸附性与机动性的统一。完成了遥控爬壁机器人样机本体及其控制系统的研制,试验表明视频检测图像传输距离可达100m,延迟小于0.45s,相关技术指标能够满足起重机日常巡检需要。

北大西洋多年代际振荡正、负位相期间欧亚夏季副热带波列季节内活动特征及与印度降水的联系

利用美国国家环境预测中心与国家大气研究中心(NCEP/NCAR)逐日再分析资料,针对北大西洋多年代际振荡(AMO)两个不同位相,对逐候200 h Pa经向风异常进行EOF分析,发现在AMO正、负位相期间,欧亚副热带波列的季节内活动存在明显差异。利用超前—滞后回归,对比了不同AMO位相下副热带波列及其相联系的印度夏季降水的季节内活动演变特征,分析有关的大气环流,探究波列影响降水的机制。结果表明:在AMO负位相期间,由格陵兰岛以南北大西洋经大不列颠岛、地中海、黑海—里海向南亚北部传播的副热带波列的季节内演变,在印度中部引起下沉,导致中部及西北部季节内降水减少,波列负位相相反;在AMO正位相期间,副热带波列西起冰岛以南北大西洋经丹麦南部、俄罗斯西部、中亚向南亚东北部传播,对应该波列的季节内演变,辐合上升区在印度中部和东西两侧,使得该区域季节内降水增加,波列负位相相反。于是,AMO通过调制夏季欧亚副热带波列的季节内活动,可以对印度夏季降水的季节内变化空间型及演变发挥显著影响。

大型钢结构巡检爬壁机器人永磁轮优化设计

针对大型钢结构人工巡检劳动强度大和危险系数高的问题,本文研制了一种轮式永磁吸附爬壁机器人,并对永磁轮进行了优化。论文开展了机器人机械结构及永磁轮结构设计;针对机器人可能发生的三种失稳形式:沿壁面滑移、纵向倾覆和横向倾覆,进行了力学分析;为了提高磁能利用率,利用COMSOL软件建立三维模型,分析结构参数对永磁轮吸附力和吸附效率的影响,确定了最优结构尺寸。优化后,永磁轮吸附力达到357.8N,吸附效率提高了24.2%,机器人能在曲率半径大于0.87m的钢结构上可靠吸附。实验结果表明机器人能够在钢铁壁面上稳定爬行,验证了本设计的可行性和正确性。

有机蔬菜大棚除草机器人磁导航模糊控制系统研制

目前有机蔬菜生产中一般采用人工除草,但人工除草耗时长、效率低。为了实现有机蔬菜大棚内除草机器人自主作业,研发了一种磁导航模糊控制系统。其中,以磁传感器相对于磁条正中位置的偏差以及偏差的变化率作为模糊控制器的输入以控制电机的转速,被控电机的PWM波占空比值作为输出设计了一种二维的双输入单输出的磁导航模糊控制器。以机器人的直线行驶为实验研究对象,实验表明机器人的行驶速度稳定,没有明显波动变化;沿直线行驶的能力较好,与理想路径误差在0~20mm之间,验证了该方法的可行性,满足有机蔬菜大棚的需求。