本文關鍵詞：大型鋼架結構用爬行機器人平臺關鍵技術研究

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【摘要】：爬壁機器人的研究始于上世紀六十年代,之后逐漸在工業(yè)生產中取得了應用�，F(xiàn)階段對于港口大型鋼架結構,如：橋吊、塔吊、卸船機等的防腐涂裝、檢測維護都是通過人工搭腳手架的方式進行作業(yè),該方式擁有很多弊端：第一、工人施工環(huán)境危險；第二、維護成本很高；第三、施工質量因人員技能的差異而參次不齊。為了解決上述難題,實現(xiàn)港口大型鋼架結構維護的低風險、低成本、高質量的目標,本文首先查閱了有關爬壁機器人的國內外相關文獻,并在此基礎上擬開發(fā)出一種爬行機器人平臺原理樣機,該原理樣機可攜帶必要的維護設備代替工人進行施工。根據工作的環(huán)境,此爬行機器人平臺采用坐標系式的行走方式、電磁鐵吸附的吸附方式。整個原理樣機的主運動與足部運動的動力源均采用推桿電機。這樣可以做到結構緊湊、控制簡單。其次,本文進行了爬行機器人平臺的基體、行走機構、吸附機構、視屏監(jiān)視機構的設計、防掉落機構以及維護設備的選擇；通過調研實驗,計算出爬行機器人平臺應該具備的負載能力,研究防腐漆層對電磁鐵吸力的影響；而且根據實際情況對爬行機器人平臺的空間任意姿態(tài)進行靜力平衡建模,并運用MATLAB軟件進行理論仿真,得到了爬行機器人平臺不失穩(wěn)的最小電磁鐵吸力。選擇合適的電磁鐵并對其進行負載實驗：利用ANSYS軟件進行爬行機器人平臺關鍵零部件的靜力學分析,驗證關鍵部件連接的可靠性；最后設計制作了基于OMRON CP1H PLC主控制器的控制系統(tǒng)。經過以上的研究、分析、設計之后,筆者試制了爬行機器人平臺原理樣機。通過實驗測試,證明了該爬行機器人平臺方案是可行的,完全可以達到技術要求,為港口大型鋼架維護的施工作業(yè)方式的改變打下了堅實的基礎。
【關鍵詞】：爬行機器人平臺 靜力平衡 PLC
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP242
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-19
• 1.1 課題研究背景及意義10-11
• 1.2 爬壁機器人技術研究現(xiàn)狀11-17
• 1.2.1 國外爬壁機器人研究現(xiàn)狀11-15
• 1.2.2 國內爬壁機器人研究現(xiàn)狀15-17
• 1.3 課題的研究內容17-18
• 1.4 本章小結18-19
• 第二章 爬行機器人平臺總體方案設計19-23
• 2.1 爬行機器人平臺總體設計目標19
• 2.1.1 裝置預期要求19
• 2.1.2 性能指標19
• 2.2 爬行機器人平臺總體結構方案19-21
• 2.2.1 吸附方式選擇19-20
• 2.2.2 移動方式選擇20-21
• 2.2.3 驅動方式選擇21
• 2.3 爬行機器人平臺總體方案設計21-22
• 2.4 本章小結22-23
• 第三章 爬行機器人平臺機械結構設計23-35
• 3.1 爬行機器人平臺框架基體機械結構設計23
• 3.2 X向與Y向主運動機械結構設計23-24
• 3.3 足部升降與吸附機構機械結構設計24-27
• 3.4 視屏監(jiān)視裝置機械結構設計27-28
• 3.5 噴涂設備氣動回路設計28
• 3.6 爬行機器人平臺防掉落方式選擇28
• 3.7 爬行機器人平臺運動實現(xiàn)分析28-31
• 3.7.1 平整壁面直線前進功能的實現(xiàn)29-30
• 3.7.2 平整壁面直線后退功能的實現(xiàn)30
• 3.7.3 平整壁面越障行走功能的實現(xiàn)30-31
• 3.8 爬行機器人平臺主要元件選擇31-34
• 3.8.1 推桿電機選型31-33
• 3.8.2 視屏監(jiān)視裝置選擇33
• 3.8.3 噴涂裝置配件選擇33
• 3.8.4 鋼架結構缺陷檢測裝置選擇33-34
• 3.9 本章小結34-35
• 第四章 爬行機器人平臺力學分析35-54
• 4.1 鋼架結構表面防腐漆對電磁鐵力學性能的相關研究35-38
• 4.1.1 防腐漆層對電磁鐵吸力大小影響測定實驗35-37
• 4.1.2 防腐漆層對電磁鐵摩擦系數的影響測定實驗37-38
• 4.2 爬行機器人平臺靜力學研究38-46
• 4.2.1 爬行機器人平臺負載大小確定38-40
• 4.2.2 爬行機器人平臺靜力學建模分析40-46
• 4.3 爬行機器人平臺部分關鍵零件受力分析46-53
• 4.3.1 Ⅰ號連接件47-49
• 4.3.2 Ⅱ號連接件49-51
• 4.3.3 Ⅲ號連接件51-53
• 4.4 本章小結53-54
• 第五章 控制系統(tǒng)設計與研究54-68
• 5.1 控制系統(tǒng)總體方案設計54-55
• 5.2 控制系統(tǒng)硬件設計55-61
• 5.2.1 控制系統(tǒng)的主控制單元選擇55-56
• 5.2.2 控制系統(tǒng)工作方式設定56
• 5.2.3 傳感器的選擇56-58
• 5.2.4 控制系統(tǒng)基本電路圖58-61
• 5.3 控制系統(tǒng)軟件設計61-67
• 5.3.1 PLC的工作原理61-62
• 5.3.2 編程軟件62-63
• 5.3.3 程序設計63-67
• 5.4 本章小結67-68
• 第六章 爬行機器人平臺樣機搭建與實驗研究68-76
• 6.1 機械結構的安裝與調試68
• 6.2 控制系統(tǒng)的安裝與調試68-69
• 6.3 實驗樣機的搭建69
• 6.4 爬行機器人平臺行走實驗69-72
• 6.5 爬行機器人平臺靜載實驗(帶漆壁面)72-74
• 6.6 爬行機器人平臺動載實驗(無漆壁面)74-75
• 6.7 本章小結75-76
• 第七章 總結與展望76-78
• 7.1 總結76
• 7.2 展望76-78
• 致謝78-79
• 參考文獻79-80

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