Wall-climbing Robot with Negative Pressure Sucker Used for Cleaning Work

The Wall climbing Robot is a kind of robot used in extremely hazardous environment, which has very widely use. In this paper, we introduced a new kind of wall climbing robot, which are used in cleaning work. It was designed with single sucker and special designed sealing mechanism, which can be used to do cleaning work on ceramic and glasses surface of high buildings(about 70 meters).

风电塔筒自动化喷涂爬壁机器人设计

风能是目前最有发展前景的清洁能源之一,然而在极端条件下风电塔筒容易发生腐蚀、生锈,目前主要依靠人工进行周期性的高空悬挂喷涂维护。因此,设计一种具有强吸附力、大曲率、运动灵活的永磁式自动化喷涂爬壁机器人替代人工作业,通过研究塔筒上的工况条件,分别对吸附、行走、驱动、喷涂等机构进行分析,提出了永磁吸附、轮式行走、直流伺服驱动、高压无气喷涂的爬壁机器人方案。针对初步设计的爬壁机器人模型,进行了力学计算,分析了倾覆临界状态,优化了爬壁机器人结构。通过单因素法研究喷涂速度对漆膜厚度的影响,调整了喷涂参数,选择了合适的喷涂速度。结果表明:初步设计的爬壁机器人喷涂产生的漆膜厚度均匀,且厚度满足风电塔筒喷涂要求。

微小型壁面检测爬壁机器人移动平台研究

壁面移动机器人应用于建筑物表面质量检测,有利于提高工作效率,避免人身危险,故提出一种基于负压吸附原理的微小型壁面检测爬壁移动机器人,该机器人对不同的壁面具有一定的适应能力,而且吸附可靠,移动灵活。介绍机器人平台系统,对双轮单独驱动的移动机构进行运动学分析,还对应用于该机器人的负压吸附原理进行研究,从热力学角度提出负压吸附系统理论模型。此外,以腔内有效负压为设计指标,设计机器人专用离心叶轮,并对设计结果进行计算流体动力学验证。研制微小型壁面移动机器人的原理样机,通过试验测试,验证机器人样机的基本吸附效能及综合性能指标,实现机器人体积的小型化,使机器人的负载自重比接近4.0,证明叶轮设计方法、负压吸附系统以及移动机构设计等技术的正确性。

负压爬壁机器人吸附系统研究

系统研究了爬壁机器人的负压吸附系统。针对负压爬壁机器人的吸附力利用效率,研究了其运动系统结构对吸附力配置的影响。根据吸附力利用效率的差异,提出了若干移动机构及密封机构的构成方案并分析了其综合性能。对负压吸附系统各个元件进行了热力学分析,阐述了吸附系统的气路状态变化过程,揭示了吸附原理的实质。利用CFD对吸附系统气流在流场中的状态变化进行了仿真。最后,通过研制的负压式爬壁机器人样机验证了吸附系统的可靠性和稳定性。

影响负压爬壁机器人性能的关键因素分析

介绍了一种基于负压吸附方式的小型爬壁机器人.详细介绍了机器人的负压发生装置,并根据负压控制过程中经历的负压形成和负压保持两个过程定性的分析了风机转速与负压值之间的关系,同时找到了密封气囊与壁面之间的间隙高度是影响机器人吸附稳定性的关键因素.在满足机器人稳定吸附的前提下,从能耗的角度分析了机器人密封气囊和驱动轮之间的压力分配关系,得到负压值、压力系数、机器人质量、密封气囊摩擦系数以及驱动轮摩擦系数之间的关系.从转弯性能的角度分析了机器人的移动机构.最后通过实验验证以上理论推导.

爬壁机器人的力学分析与实验

运用键图理论建立了爬壁机器人负压吸附动力学过程模型,并对其进行了仿真及实验分析。针对爬壁机器人的特点,对负压吸附系统的技术要求进行了详细分析,设计了高效率负压吸附系统。在对负压吸附系统进行合理的假设和流体力学分析的基础上,运用键图理论针对不同物理域具有参数等效的特点,把负压吸附流体系统参数等效为机械动力学中的力、位移、刚度和阻尼;负压吸附动力学模型等效为一阶的机械系统,建立了键图模型,应用20sim软件进行仿真。仿真结果显示,爬壁机器人负压吸附过程在负压形成过程中是一阶响应过程,系统响应时间为1.5 s。最后进行了试验测试,测试结果证明了所建立模型的正确性。

爬壁机器人新型滑动式负压吸盘空气流场的数值模拟

爬壁机器人滑动式负压吸盘的吸附特性对整个机器人系统的可靠工作至关重要,空气泄漏是影响吸附特性的关键因素。目前研究的爬壁机器人吸盘结构都有摩擦力大,运动不灵活的缺点。为了提高机器人运动的灵活性,改进吸盘结构,通过模拟计算,得到不同缝隙高度下爬壁机器人滑动吸盘内空气泄漏量、压力场和速度场的分布,并对不同结构尺寸下的结果进行了比较,为吸盘结构的改进提供了依据。

滑动式爬壁机器人负压吸附机构低能耗设计

为解决目前滑动式爬壁机器人能耗效率低下的问题,将低能耗设计技术应用到负压吸附机构设计中。开展了机器人安全吸附、负压吸附机构流体力学分析,得到了机器人工作负压、流量与吸盘尺寸、密封裙尺寸的关系,建立了机器人总体能耗与机器人尺寸之间的关系,并提出了应用现代计算流体力学方法,在负压发生器即离心风机上进行了流场仿真,对其特性进行了评价,并进行了滑动式负压吸附爬壁机器人负压吸附机构试验。其结果表明爬壁机器人系统能耗控制在298 W以内,负压吸附机构可提供2.5 kPa的负压,机器人可以稳定吸附在壁面,为爬壁机器人的低功耗设计提供了理论和实践基础。

基于吸盘负压吸附的六足爬墙机器人关节转矩优化分配

针对采用吸盘负压吸附的六足爬墙机器人在多种运动模式下的关节转矩分配问题,提出基于总能耗目标优化的转矩分配方法。在确定吸盘翻转力矩约束、实现关节转矩与足底接触力转换的基础上,推导机器人动力学模型,进而用Moor-Penrose逆矩阵法和简体爬山算法求解总能耗最优目标下的机器人总功率与机器人各运动模式下各位姿(表现为各关节转角)之间的关系。该方法能有效适应爬墙机器人的多种运动模式,提高了机器人的环境适应能力。实验样机仿真结果表明,所提出的算法简单有效、实现方便,并且能有效确定站立模式最小总能耗位姿,以及在设定的侧立安全指标范围内的侧立最安全位姿。

基于DSP爬壁机器人控制系统设计

目的设计一种以TMS320F28335为核心控制芯片的双模块爬壁机器人控制系统,用于对飞机机舱内的情况进行检测.方法两个模块分别采用负压吸附方式和真空吸附方式,用两路PWM波驱动两路行走电机,设计了PID控制器参数并进行了优化,使机器人可以在有一定曲率的表面上行走.结果基于机器人双模块的设计方式,机器人可以跨越一定角度的交叉壁面.通过特殊的材料选取,减轻了机器人的质量,从而增加了机器人的有效载荷近15%.结论笔者设计的基于DSP的设计方案实现了机器人的交叉壁面跨越功能所提出的控制方法是先进有效的,可以有效地提高机器人的品质指标.

一种基于DSP的爬壁机器人控制系统设计

目的设计一种以TMS320F28335为核心控制芯片的四轮爬壁机器人控制系统,用于对飞机机舱内的情况检测.方法采用负压吸附方式,通过密封腔的负压产生一个垂直墙面的正压力,用它在竖直方向产生的摩擦力去抵消重力.用两个电机驱动四轮行走使其可以在光滑的壁面和有一定曲率的飞机表面上行走.结果移动速度比以前的轮足式机器人提升了近20%,并且减小了机器人的尺寸,降低了质量,从而增加了机器人的有效载荷.结论基于DSP的设计方案实现了控制系统的低功耗和控制的高可靠性,为今后爬壁机器人控制系统的进一步优化及模块化打下了基础.

一种全方位移动爬壁机器人系统设计

设计了一种具有适应多种壁面、越障能力强、能沿任意方向直线移动或在原地旋转任意角度的全方位移动爬壁机器人。详细论述了机器人本体机构的组成和爬壁机器人全方位移动的功能实现,并对控制系统进行了介绍。分析表明,该机器人是对高层壁面或容器清洗、喷漆及维护和检测的良好载体。

爬壁机器人负压吸附方式概述

分类总结爬壁机器人的吸附方式,着重分析负压吸附爬壁机器人的各种吸附原理,在此基础上提出一种能够适应复杂环境并具有高速大范围运动能力的爬壁机器人系统。

一种滚动密封式爬壁机器人动力学建模与分析

介绍了一种滚动密封式爬壁机器人,分析了其密封与运动机理。提出了一种多履带协调运动的爬壁机器人动力学建模方法,推导出该机器人直线运动及转向动力学方程。建立了直线运动及转向时履带牵引力与机器人姿态角之间的关系,分别计算出采用滑动密封和滚动密封方式的机器人在运动过程中的摩擦阻力并进行了比较分析。仿真和样机实验表明该爬壁机器人可沿壁面行走与越障,具有摩擦阻力小、负载能力大及对壁面适应性强等特点。

全向移动爬壁机器人设计及其运动特性研究

设计了一种在壁面上运动的全向移动机器人。该机器人采用三轮全向运动方式与负压气室附着方式相结合的机械结构,既可以在壁面上灵活地完成平面内三自由度的连续运动,又具有较好的附着鲁棒性。针对机器人系统在壁面上运动时受到重力而导致的与在地面上运动特性之间的差异,推导了机器人各轮压地力关于壁面上朝向角的表达式,并由滑移临界状态推导得到机器人在任意朝向下各方向的最大加速度,最后通过仿真实验验证了各轮压地力模型与滑移临界状态模型的正确性。该研究能够为全向移动爬壁机器人的机械结构设计提供指导,为其路径规划与运动控制提供加速度约束。

基于STM32的负压爬壁机器人控制系统设计

针对负压爬壁机器人(NPWCR)在高楼危险环境下进行侦察监控的灵活性、易控性和壁面适应性要求,设计一种基于STM32负压爬壁机器人的控制系统。该控制系统以STM32F103RCT6微控制器作为核心处理器,采用模块化进行功能设计,包括主控模块、电源模块、电机驱动模块、无线通信模块、风机驱动模块、摄像头模块等。各模块共同作用,实现机器人的连续运动、无线通信、视频实时监控等功能。该控制系统可以控制负压爬壁机器人在壁面灵活移动,操作负压爬壁机器人携带侦察监控设备进行实时监控,为开发多功能负压爬壁机器人的控制系统提供参考。

船体清洗机器人的开发现状与展望

从船坞内作业和水下作业这两个方面对目前国内外所有船体清洗机器人的开发现状进行系统全面的介绍,包括超高压爬壁除锈机器人和水下船体清洗机器人,突出水下船体清洗机器人的发展优势。将现有的水下船体清洗机器人按磁吸附、真空负压吸附、推力吸附、复合吸附等吸附类型进行分类,具体针对各类吸附移动对其结构功能设计的优缺点进行分析比对。最后,总结吸附性和灵活性难统一、船体复杂壁面难适应和废水废渣难回收等技术难点,针对存在的问题提出推力磁轮复合吸附和水射流清洗技术相结合的创新设计建议,并对多功能化、高智能化、自主性强的多机器人编队协同作业的船体水下清洗发展进行展望。

爬壁打磨机器人轻量化设计研究

针对大型容器焊缝及热影响区域人工打磨存在效率低、一致性差等问题,根据打磨工艺要求对打磨过程进行了打磨效果及影响因素分析等工艺研究,基于打磨工艺的研究结果对爬壁打磨机器人进行了功能和性能需求分析,建立了总功能图和具体功能原理模型,通过对比分析各功能原理解确定了爬壁打磨机器人的结构方案,详细研究了爬壁打磨机器人的关键结构并进行了样机打磨试验。结果表明:空载转速4 000 r/min、正压力10 N为打磨工艺的最佳参数值;爬壁打磨机器人打磨效率为1.12 m2/h,打磨后壁面呈现镜面效果,粗糙度Ra≤25μm,达到了设计要求,具有较高的工程应用价值。

一种双体负压吸附爬壁机器人的研究

针对一种双体负压吸附爬壁机器人进行了静力学分析,得到了机器人安全吸附条件,分析了压力配置系数对机器人最小需求负压的关系。利用单片机建立了机器人控制系统,搭建样机并进行了壁面适应性实验和负载能力实验。

可越障爬壁机器人研究与设计

为了解决爬壁机器人越障性问题,本文根据爬壁机器人的吸附类型介绍了国内外足腿式、蠕动式以及飞吸式机器人越障能力的研究现状,以及本团队研制的3款越障式爬壁机器人的性能特点,对比了各类机器人越障性能的优劣性。在此基础上探讨了爬壁机器人设计时的重点问题,对未来设计越障爬壁机器人起到了一定的引导作用。