船体外壁除锈作业机器人机械结构的设计

壁面爬行除锈作业机器人能够代替人工进行高空除锈工作。针对大型船舶壁面的除锈作业环境,设计了一款爬壁除锈的机械结构。对吸附方式、行走方式、驱动方式和除锈方式等进行了充分分析,并最终确定了四轮驱动、永磁吸附的爬行方式和打磨除锈的作业方式,完成了船体外壁除锈作业机器人整体机械结构的设计。利用SolidWorks软件绘制机器人零件图,进行装配,完成机器人总体的三维模型。同时对关键零件的可靠性进行了分析,并对其力学性能安全性进行了验证,该设计对于提高高空除锈工作的效率和安全性具有重要的意义。

船舶除锈清洗爬壁机器人移动智能导航系统

为良好辅助爬壁机器人完成舰船除锈清洗工作,设计包含远程监控平台和爬壁机器人两部分的船舶除锈清洗爬壁机器人移动智能导航系统。远程监控平台发布船舶除锈清洗任务后,爬壁机器人通过搭载的多线激光雷达和双目相机相结合的多传感器感知船舶除锈清洗环境信息,结合SLAM(同时定位与建图)技术完成爬壁机器人同步定位与环境栅格地图构建,并以此为基础,通过分块区域之间顺序除锈和分块区域内路径规划2个环节实现全局路径规划,结合动态窗口算法实现区域内避障路径局部规划,实现智能导航,并通过应用层的移动通信模块将导航结果回传远程监控平台。实验结果显示:该系统可有效完成除锈清洗环境栅格地图构建,并以高覆盖率完成全覆盖路径规划。

基于永磁吸附的船体维护爬壁机器人设计

为了研制可适应大曲率工作环境且效率较高的爬壁机器人,代替人工对船体进行除锈抛光等工作,对一种用于船体维护的爬壁机器人开展了设计与研究。首先,对爬壁机器人的机械结构开展详细设计,该机器人主要由底盘、打磨头和可变形履带组成,并结合设计结果对其功能原理进行阐述;然后,对吸附单元的关键部件和整体框架结构开展了静力学和倾覆力验证计算;最后,利用COMSOL有限元分析软件中的AC/DC模块进行变形履带的磁吸附力分析,求得满足机器人安全工作的吸附条件,确定了以钕铁棚磁铁N35为吸附材料的可行性,并明确了用于隔振抗磨损的磁铁垫片最大厚度为3 mm时,一个磁体吸附单元最大可达34.2 N。研究结果为同类产品的开发提供了参考。

钢制表面除锈爬壁机器人系统设计

针对大型钢制表面除锈爬壁机器人作业的特性,进行了作业系统原理及总体初步方案的建立。结合钢制表面除锈作业的特点,按照该类爬壁机器人的本体小型化、搭载工作设备的负载能力强、驱动爬壁能力强的原则,分别对永磁吸附机构、履带链轮行走机构、电动机驱动机构及其减速机等进行选型分析,并研讨了电动机系统的控制策略。最后,根据分析过程,建立了钢制表面除锈爬壁机器人初步方案设计的流程图及其样机三维模型,验证了方案设计的可行性。

基于深度残差学习和三线激光结构光的复杂交叉焊缝类型辨识

为实现船壁大拼接焊缝的自动化除锈,提出了一种基于人工智能深度学习结合三线激光结构光的复杂交叉焊接接头类型辨识方法。基于三线激光在不同类型交叉焊缝上的激光条纹特征区别,采用ResNet深度残差学习模型对其特征进行提取和学习,使用迁移学习方式对模型进行训练,得到一个训练准确率接近100%的识别模型。实验验证表明,该模型能有效识别直线、十字、T字、左L、右L、左T和右T等7种交叉焊缝类型,可实现爬壁除锈机器人运行中交叉焊缝类型的实时预测,为爬壁除锈机器人的全自主除锈的路径跟踪、定位和导航奠定了良好基础。

用于搭载船舶除锈清洗器的大型爬壁机器人

用于搭载船舶除锈清洗器的大型爬壁机器人(WCRSRR)具有搭载负载大、本体重的特点.本文综述了国内外关于WCRSRR的研究,分析了WCRSRR研究中面临的问题,总结了其关键技术,并预测了其发展趋势.

新型船舶壁面除锈爬壁机器人动力学建模与分析

设计一种履带式永磁真空混合吸附的船舶壁面除锈爬壁机器人,该机器人具有负载大、本体重特点,且机器人负载质量以及重心位置随爬壁高度变化。根据机器人爬壁运动原理,建立机器人沿船舶壁面上爬和转弯的动力学模型,运用模糊优化理论对模型进行优化和仿真分析,规划机器人的安全工作范围,分析机器人在典型爬壁高度下的驱动上爬能力,讨论在理论转矩、最大转矩和额定转矩下的机器人上爬的高度与角度关系,研制试验样机进行爬壁转弯试验、定负载上爬试验和变负载上爬试验。仿真和试验结果表明,机器人动力学优化模型可靠,运动性能受永磁吸附力、真空力、射流反击力等影响很小,而受本体重力、爬壁高度和壁面倾角影响较大,所规划的机器人安全工作范围合理。

新型除锈爬壁机器人附壁建模与仿真

设计了1种永磁真空混合附壁的船舶壁面除锈爬壁机器人,该机器人负载大、本体重,机器人的附壁面法向存在水射流反冲力和真空负压压力。建立了机器人下滑和后翻两静态模型,结合船壁面法向的3种受力状态,分别对下滑模型和后翻模型进行了分析,并将两模型永磁单元所需吸附力进行了对比。仿真和实验结果表明,真空负压提高机器人附壁能力明显,可以较大地降低永磁吸附单元所需吸附力,减小机器人负载,较低的真空负压可实现辅助永磁良好附壁,在保证灵活运动的前提下吸附可靠。

船舶除锈机器人转向运动学分析

根据船舶壁面除锈的工作要求,设计了一种能够在船舶壁面上运动的自动控制履带式超高压水射流爬壁除锈机器人。主要研究履带式除锈机器人附壁的转向运动学问题。介绍了船舶壁面除锈机器人的组成及特点,推导出船舶壁面爬行机器人的直线运动及瞬心转向运动学模型。运用matlab软件对机器人的转向运动学模型进行分析,表明除锈机器人转向要通过左右两行走机构的速度差实现,且其合运动速度受到一定的外力影响。通过实验发现,磁吸附力对转向灵活性有影响。

船舶除锈爬壁机器人设计方案研究

为实现船舶表面自动除锈,使修造船的涂装工作有效进行,研究一种具有超高压水射流除锈和真空回收锈渣能力的船舶除锈爬壁机器人。提出船舶除锈爬壁机器人设计方案,指出该机器人的设计难点,制定机器人设计技术路线。针对机器人的设计指标和设计条件,选择关键机构和关键元件,设计该机器人的本体结构,确定该机器人的控制方案。机器人样机试验结果表明:船舶除锈爬壁机器人有较好的性能,机器人总体设计方案可行。

船用壁面作业机器人综述

介绍了目前船用壁面作业机器人的研究现状,从船体底部附着物的清洗、船体无损检测、船体表面除锈除漆等作业应用进行分类介绍,并结合国内外的研究现状对船用壁面作业机器人的发展趋势进行了分析,为今后的研究提供参考。

大型油罐喷砂除锈机器人躯体结构设计

针对大型油罐的除锈工作一直是国内外面临的难题,由于受油罐进出口狭小条件的限制,喷砂除锈机器人整体采用了便于拆装的组合结构,利用机械手、机械手行走小车、珩架、上支架、下支架等结构设计,并使用高效的喷砂除锈技术,解决了大型油罐的除锈难题。

船舶除锈爬壁机器人控制系统研究

介绍一种船舶除锈爬壁机器人控制系统。根据船舶除锈对爬壁机器人的控制要求,确定了控制系统采用上下位机两级分布式的控制方案,并分别对上下位机控制系统的硬件和软件进行设计。搭建爬壁机器人控制系统的硬件实物,并进行相关实验测试。试验结果表明:该控制系统有较好的应用性能,能够满足机器人控制系统的要求。

一种车载式船舶除锈机器人及超高压系统设计(英文)

针对目前船舶除锈设备移动不方便、在现场作业存在一定的难度的情况,设计了一种车载式超高压水射流船舶除锈设备,并对除锈机器人的控制驱动系统及受力情况进行分析,提出了选择气马达及磁铁的方法。给出整个系统的设计参数,分析了高压泵组系统、真空回收系统及空气供给系统及系统的控制原理,给出机器人转向过程中的瞬时回转半径的计算公式,便于控制机器人行走。

船舶除锈机器人驱动控制系统优化设计

传统系统缺少硬件驱动电路和软件系统调速功能设计,导致系统驱动控制效率较低,为了解决该问题,优化设计了船舶除锈机器人驱动控制系统。根据系统硬件总体结构,设计下位机伺服控制器,采用AT89C51型号单片机,对电机运转进行控制,依据控制器接线情况获取相应脉冲信号。由接口相向传送该信号,通过电机驱动电路控制原理,从光电隔离电路中获取最终脉冲信号,引进电机驱动器之中进行控制,由此完成系统硬件设计。使用C语言维护软件功能,通过RS-485串口接收到来自上位机系统指令,设计系统调速功能,通过脉宽控制除锈机器人左右2个伺服驱动器在相应状态下运转,由此完成软件部分的优化设计。通过实验对比结果可知,该系统最高控制效率可达到95%,为大型船舶除锈高效工作提供支持。

高效无尘喷砂除锈器气固两相流运动特性分析

为分析爬壁除锈机器人的无尘喷砂除锈器中空气和磨料气固两相流的运动特性,基于欧拉-拉格朗日方法的离散相颗粒模型,建立了喷砂除锈器有限元模拟模型。仿真结果表明:进气压力增大时,磨料对工件表面的冲蚀作用略微加强;随着进砂量的增大,对弯管接头的磨损和对工件表面的冲蚀作用都增强;当真空负压开启后,回收效果显著提升,0.045MPa时基本可以实现喷砂过程的无尘化,但负压大于0.045 MPa时,磨料回收效果提升不明显,但对工件的冲蚀效果减弱。实船应用表明:在最优化参数下,除锈后表面清洁度可达到SA2.5级,粗糙度达到44μm,验证了无尘喷砂除锈器气固两相流模型的正确性,为后续的除锈器结构优化设计、工艺参数优化提供了良好的支撑和指导。

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。

输电拉线除锈机器人的设计与实现

为解决输电拉线的自动除锈防护难题,提出了一种新型拉线除锈机器人的总体方案,完成了行走、压紧、调节、除锈等主要机构的设计及控制系统的设计,构建了拉线除锈机器人的总体系统。基于SolidWorks创建了机器人三维实体模型,并应用ADAMS软件建立了机器人的虚拟样机,对其运动学和动力学特性进行了仿真分析,进而制作了实物样机,完成了现场试验,仿真和试验结果均验证了设计方案的可行性和有效性,机器人能够实现拉线的自动除锈和防护。

喷砂除锈并联机器人模糊自适应滑模控制

为克服喷砂除锈并联机器人Stewart并联机构摩擦力突变带来的轨迹跟踪畸变问题,设计一种补偿摩擦力突变的模糊自适应滑模控制方法。首先采用解析法对机构进行运动学分析,并基于拉格朗日法建立Stewart并联机构动力学模型;其次基于滑模变量设计滑模鲁棒自适应项实时估计不确定项,替换滑模控制的切换项,以补偿未建模动力学、外部干扰和时变参数等不确定因素的影响,同时有效抑制滑模控制抖振;然后通过基于滑模变量与滑模变量导数设计模糊控制,实现对滑模鲁棒自适应项增益的动态调节,以补偿摩擦力突变干扰,从而消除Stewart并联机构关节换向时的轨迹跟踪畸变;最后采用MATLAB对控制方法进行数值仿真,验证所提出补偿摩擦力突变模糊自适应滑模控制方法的有效性。结果表明,该控制方法能有效抑制滑模控制抖振,消除轨迹跟踪畸变,实现喷砂除锈并联机器人高性能运动控制。

船体外板大拼接焊缝高效无尘喷砂除锈器

为适应船体外板大拼接焊缝大范围高效环保喷砂除锈,开发大腔室多枪旋转高效无尘喷砂器,并对其气固两相流特性进行研究。将整个喷砂过程置于一个直径100.0 mm以上的密闭腔室,采用单/双喷砂枪通过电机高速旋转喷枪对工件表面进行喷砂,并基于真空负压对反弹的磨料和冲蚀掉的铁锈、油污、粉尘等进行回收、分离和循环再利用。采用基于欧拉-拉格朗日法的离散相颗粒模型对不同工况条件下的气固两相流场进行数值模拟,分别对弯管接头的磨损、工件表面的冲蚀效果、磨料的淤积和回收效果进行评估。仿真和实船除锈应用表明:当喷砂距离在100.0 mm以上,磨料粒径在0.6~1.2 mm,采用0.50 MPa以上的气压、-0.05 MPa以上的负压,除锈宽度在100.0 mm以上的大拼接焊缝内均可得到较好的除锈效果,且除锈质量满足涂装Sa 2.5级要求。