新型水冷壁机器人设计及其电永磁轮研究

火力发电厂的锅炉水冷壁需要定期检测和清扫,采用水冷壁机器人可以提高检测和清扫的效率。针对水冷壁面复杂的工作环境,研发了一种新型水冷壁机器人。对机器人的结构和工作原理进行了介绍;为了保证机器人在水冷壁面运动灵活且有可靠的吸力,设计了一款电永磁轮;通过Maxwell仿真并结合实验得出了使电永磁轮充/退磁所需的电流激励以及轮子吸力,设计了电永磁轮充/退磁电路;介绍了机器人本体的控制系统,搭建了机器人横向行走实验平台,对机器人运动的协同性和稳定性进行了验证。实验结果表明:机器人内、外腿依次交替吸附并前移,实现了抬腿、迈步、落腿等步态,运动稳定;机器人落腿时磁力产生,抬腿时磁力消失,机器人兼具吸附稳定性和运动灵活性;电永磁轮结构简单,体积小,质量小,耗电少,可提供150 N左右的吸力。研究结果为爬壁机器人在水冷壁清扫和检测中的应用提供了参考。

航姿参考系统在水冷壁机器人中的应用

本文针对电厂锅炉密闭的金属空间工况,以及作业环境复杂,干扰源多,影响了水冷壁机器人在炉内可靠定位的问题,首先分析了水冷壁机器人在炉内可靠定位的必要性;对比了多种水冷壁机器人多种定位系统的不足,阐述了航姿参考系统的原理以及应用于水冷壁机器人锅炉内定位的必要性和可行性;提出了航姿系统的安装方式及实现方式。

一种基于动态最小成本路径启发式算法的水冷壁爬壁机器人路径规划方法

为了满足水冷壁爬壁机器人在复杂多变的表面进行工作的需求,文章针对其持续爬移运动的特点,提出了一种基于动态最小成本路径启发式(D^(*))算法的水冷壁爬壁机器人路径规划方法。该方法通过栅格法对须爬壁的工作环境进行建模,利用D^(*)算法的动态重规划特性,实现机器人在复杂多变的水冷壁表面环境下的有效路径规划。实验结果表明,该方法能够使爬壁机器人高效地完成水冷壁表面的路径规划任务。

基于改进GMRES算法的水冷壁运动机器人路径跟踪模型预测控制

针对水冷壁爬壁机器人(WWCB)路径跟踪问题,提出一种快速非线性模型预测控制(NMPC)算法。定义WWCB与虚拟目标的跟踪误差,将跟踪问题转化为Bolza形式的NMPC最优控制问题。通过引入半平滑函数,对不等式进行优化处理,构建最优化必要条件。基于庞特里亚金极小值原理建立广义哈密顿函数,采用连续/广义极小残量算法(C/GMRES)计算求解,并引入多重打靶法提高运算精度。同时对GMRES算法残量求取方式进行了优化以提高运行效率。对伯努利双纽线和圆形路径进行了跟踪仿真,验证了本文的跟踪控制快速算法的有效性。

电厂锅炉水冷壁检测机器人系统设计

电力供应在我国的国民经济中具有重要的作用。锅炉作为火力发电的重要设备之一,设备的健康状况关乎发电效率以及电厂工作人员的生命安全。电厂锅炉主要是指发电厂中向汽轮机提供规定数量和质量蒸汽的中大型锅炉,常与汽轮发电机组配套使用,电厂锅炉蒸发量往往较大,蒸汽参数较高,所以在使用过程中需要一整套辅助设备对其辅助。电厂锅炉水冷壁、再热器管以及省煤器管等的高温腐蚀和磨损是造成管道泄漏的主要原因。为了确保锅炉系统的稳定运行,重点对电厂锅炉水冷壁进行研究,设计了一种对于电厂锅炉水冷壁进行检测的机器人系统。分析了电厂锅炉水冷壁检测机器人的设计要求,从检测机器人主体以及控制系统设计两方面进行了介绍,能够为电厂锅炉的水冷壁检测机器人设计提供思路,为电厂经济效益的提升提供借鉴。

基于X射线数字成像检测技术的电站锅炉水冷壁磁吸机器人检测

通过使用DR成像板代替胶片,再使用锅炉水冷壁磁吸机器人搭载DR成像板,将成像板搬运至需检测的位置,在水冷壁内部完成水冷壁管段的目视检查,可以发现水冷壁管段变形、腐蚀等外观缺陷;同时可以寻找待检测水冷壁对接焊缝,完成精确定位,实现对接焊缝的DR射线检测等;解决了传统胶片射线检测贴片难、危险性高、检测效率低的问题。