船舶行業(yè)自動化憑借高效作業(yè)的性能,可替代工人進行自動噴涂、除銹、清洗等作業(yè)方式。而爬壁機器人是未來船舶行業(yè)降低安全隱患,提高工作效率及低成本化的關(guān)鍵,也是推動我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級的重點技術(shù)之一。目前國內(nèi)外船用爬壁機器人存在吸附能力不足、負載能力差及驅(qū)動性能弱等問題。本論文在充分調(diào)研國內(nèi)外相關(guān)研究的基礎(chǔ)上,以實現(xiàn)機器人吸附可靠、行走靈活為設(shè)計目標,提出一種基于可調(diào)磁力吸附的船用多履帶全向移動爬壁機器人。其中本文針對船舶行業(yè),著重對機器人的全向履帶機構(gòu)優(yōu)化和基于Halbach方型陣列的吸附機理等關(guān)鍵技術(shù)進行研究。主要研究內(nèi)容如下:首先,完成了船用多履帶全向移動爬壁機器人系統(tǒng)總體方案設(shè)計。行走機構(gòu)采用全向履帶行走方式,使機器人實現(xiàn)無需轉(zhuǎn)向而無死角行走的功能;吸附機構(gòu)采用在履帶上安裝磁輪以及在機器人底部安裝Halbach方型陣列的復合吸附方式。此外,對船用多履帶全向移動爬壁機器人的工作位姿進行了相關(guān)力學分析,并重點闡述了爬壁機器人全向移動機構(gòu)和可變磁力吸附機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。其次,針對機器人吸附能力不足等問題,提出一種基于Halbach方型陣列的新型可調(diào)磁力磁吸附單元的基本結(jié)構(gòu)。新型磁吸附單元由Hal...

【文章頁數(shù)】：79 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 研究的背景及意義
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 研究意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 國內(nèi)爬壁機器人的研究現(xiàn)狀
        1.2.2 國外爬壁機器人研究現(xiàn)狀
        1.2.3 變磁力研究現(xiàn)狀
        1.2.4 Halbach陣列研究現(xiàn)狀
    1.3 本文研究的主要內(nèi)容
    1.4 本章小結(jié)
第2章 爬壁機器人總體技術(shù)研究
    2.1 爬壁機器人功能分析
    2.2 爬壁機器人總體方案設(shè)計
        2.2.1 行走方式的選擇
        2.2.2 吸附方式的選擇
        2.2.3 驅(qū)動與傳動方式的選擇
        2.2.4 船用多履帶全向移動爬壁機器人的方案設(shè)計
    2.3 多履帶全向移動爬壁機器人行走機構(gòu)設(shè)計
        2.3.1 機器人全向履帶機構(gòu)設(shè)計
        2.3.2 履帶吸附結(jié)構(gòu)
        2.3.3 負載輪結(jié)構(gòu)
        2.3.4 鏈輪傳動結(jié)構(gòu)
        2.3.5 履帶張緊結(jié)構(gòu)
    2.4 可變磁力吸附機構(gòu)設(shè)計
        2.4.1 吸附方案設(shè)計
        2.4.2 可調(diào)磁力吸附機構(gòu)設(shè)計
    2.5 力學建模分析
        2.5.1 爬壁機器人空間位姿分析
        2.5.2 運動受力分析
        2.5.3 磁吸附單元吸附力總體要求
    2.6 驅(qū)動與傳動機構(gòu)設(shè)計
    2.7 本章小結(jié)
第3章 Halbach方型陣列磁吸附單元結(jié)構(gòu)設(shè)計和分析
    3.1 基于Halbach方形陣列的新型變磁力吸附單元的結(jié)構(gòu)方案
    3.2 磁性材料的選擇
        3.2.1 永磁材料的選擇
        3.2.2 軟磁材料的選擇
    3.3 Halbach陣列數(shù)學模型分析
    3.4 Halbach陣列磁吸附性能有限元分析
        3.4.1 有限元分析數(shù)學模型
        3.4.2 COMSOL三維有限元分析
    3.5 不同磁路對比
        3.5.1 相同氣隙長度的磁性能比較分析
        3.5.2 不同氣隙長度的磁性能比較分析
    3.6 本章小結(jié)
第4章 Halbach方型陣列-磁輪耦合分析及尺寸優(yōu)化設(shè)計
    4.1 吸附單元特性研究
        4.1.1 不同陣列周期對吸附力的影響
        4.1.2 幾何尺寸對吸附力的影響
        4.1.3 磁軛厚度對吸附力的影響
    4.2 磁鐵耦合分析
        4.2.1 磁輪的磁吸附效應
        4.2.2 磁輪與Halbach磁塊的耦合作用
        4.2.3 磁輪的排列優(yōu)化
    4.3 磁吸附單元的優(yōu)化模型
        4.3.1 Halbach方型陣列優(yōu)化目標
        4.3.2 優(yōu)化參數(shù)
        4.3.3 優(yōu)化過程與結(jié)果分析
    4.4 本章小結(jié)
第5章 Halbach方型陣列磁性能與機器人行走可靠性實驗研究
    5.1 Halbach方型陣列吸附力測試實驗
        5.1.1 磁吸附單元硬件實現(xiàn)
        5.1.2 萬能測力機實驗平臺搭建
        5.1.3 實驗結(jié)果及分析
        5.1.4 可調(diào)磁力控制分析
    5.2 爬壁機器人的樣機制作
        5.2.1 支撐機架材料的選用
        5.2.2 履帶固定板材料選用
        5.2.3 履帶鏈節(jié)材料選用
        5.2.4 磁輪軸材料選用
        5.2.5 簡化移動機構(gòu)及關(guān)鍵件分析
        5.2.6 履帶固定側(cè)板加工仿真及制作
        5.2.7 整體框架加工及組裝
    5.3 爬壁機器人的樣機實驗
    5.4 本章小結(jié)
總結(jié)與展望
    總結(jié)
    展望
參考文獻
攻讀碩士學位期間取得的研究成果
致謝



本文編號：3784753