摘要：为解决内河船体壁面坞内或水下人工清洗附着物费用昂贵且周期长的问题,设计一种履带式水下清洗机器人。通过建立机器人的静力学模型,求解机器人所需静态稳定条件下的最小吸附力,借助Maxwell仿真求解优化限定尺寸下,采用N-S正反充磁和Halbach磁路的成组永磁体最佳性能的尺寸参数。结果表明,优化后Halbach磁路成组的永磁体可以满足油漆层和附着物总厚度不超过10 mm,而N-S正反充磁成组的磁体只能满足总厚度不超过6 mm的安全附壁。制造功能样机实验验证了机器人可以满足10mm以内间距的附壁要求,为下一步机器人的工程性应用奠定基础。

摘要：为提高管外机器人的负载能力与越障能力,设计一种永磁吸附履带式管外爬行机器人。建立机器人在管道上的静力学和动力学模型,得到机器人在轴向和周向稳定运动时的吸附力条件。利用Ansoft Maxwell对比分析磁性履带组中永磁铁2种不同布局方式,选定合适的布局方式并计算该布局方式下磁性履带组在轴向和周向运动时能够提供的吸附力,验证了磁性履带组设计方案的合理性。最后基于ADAMS进行了运动仿真,得到越障过程中质心变化规律,验证了机器人具有良好的越障性能。

摘要：针对轮式永磁吸附爬壁机器人吸附效率较低的问题,设计了一种基于Halbach阵列的新型弧形永磁吸附模块,研究其吸附特性并进行优化。运用ANSYS Maxwell软件对新型吸附模块进行有限元仿真分析,研究Halbach弧形永磁体阵列在聚磁一侧的磁感线分布规律;为了减少弱磁侧的磁感线泄漏,在传统的Halbach永磁阵列基础上,在弱磁侧增加了轭铁装置;通过对弧形磁体阵列的角度、宽度、厚度及轭铁的厚度对吸附力的影响的研究,采用控制变量法并利用ANSYS Maxwell对新型弧形永磁吸附模块的关键结构尺寸进行优化,设计了永磁吸附模块的最优尺寸。结果表明,经过优化后的吸附单元的总体质量降低,但单位质量吸附力增大,磁能利用率大幅度提高,为轮式爬壁机器人的优化设计提供依据。

摘要：为实现永磁间隙吸附式爬壁机器人在复杂空间曲面上的可靠吸附与灵活运动,在分析爬壁机器人复杂空间曲面运行须解决的关键问题的基础上,基于爬壁机器人的多体动力学仿真和样机试验,设计了采用多体柔性吸附系统的间隙吸附式爬壁机器人,即爬壁机器人由轮式移动机构和吸附系统组成.吸附系统安装在轮式移动机构的底盘上,且和壁面是非接触的。吸附系统由多个相互独立的吸附装置构成,每个吸附装置通过具有2转动自由度的连接机构和轮式移动机构连接,并由被动的万向滚动轮部分或完全支撑在壁面上,各吸附装置在吸附力的作用下可自调节相对于壁面的位姿。对多体柔性吸附系统的曲面适应性进行优化。仿真及试验结果表明,多体柔性吸附爬壁机器人可自适应壁面形貌和曲率的变化,它在表面是复杂空间曲面的壁面上运行时的吸附和运动性能接近在平整壁面上运行时的相应性能,吸附可靠且运动灵活。

摘要：为解决爬壁机器人的永磁轮吸附力无法改变、作业完成后很难从壁面取下的问题,设计了一种磁力可开关的永磁轮。采用Maxwell软件对永磁轮的吸附单元进行了参数化优化设计,使得爬壁机器人的永磁轮能以较小的质量提供400 N左右的吸力,并能关闭磁力以便工作人员将爬壁机器人从壁面分离。

摘要：为解决传统爬壁机器人在海上风电塔筒立面的作业效率低下和吸附力不足问题,根据模块化设计方法,提出一种可同时用于表面漆膜检测及运维的模块化履带式爬壁机器人。本文详细介绍作业机器人的结构组成及原理,为防止机器人发生滑落和倾覆现象,对其进行力学分析;构建间隙式永磁吸附模型,利用Maxwell软件与传统磁路设计进行参数化仿真对比,并分析气隙和壁厚对机器人吸附力的影响;通过样机平台模拟实验和真实作业,表明机器人能以稳定运动姿态实现塔筒高空及水下作业,验证了其模块化作业的可行性,并同时具备较强的吸附能力和越障能力。

摘要：根据永磁吸附履带式爬壁机器人的结构特点和运动环境特点,分析该机器人在大半径转向运动下的灵活性.由静力学平衡方程、运动学方程和动力学方程,基于直线运动总功率与转向运动总功率之比的相对功率来定义机器人转向运动灵活系数kA,进而讨论机器人转向运动灵活系数与安全系数的相互关系,优化安全系数的选择范围.根据该安全系数选择范围而设计的履带吸盘完全满足爬壁机器人长时间实际安全应用的要求.

摘要：为解决大型球罐压力容器表面三层高强度环氧漆打磨问题,设计了一款大型球罐壁面除漆机器人,并对其开展了实验研究。机器人主要包括爬壁吸附系统和自适应打磨系统。通过对海尔贝克阵列永磁体研究,仿真分析履带结构永磁体吸附力与工作间隙的关系,研发了一款吸附稳定、越障性能优越的爬壁吸附系统;针对弧形壁面打磨情况,设计了一款基于电流反馈的自适应打磨系统,并分析金属丝打磨辊力学模型,研发多样金属丝打磨辊。对机器人进行测试,打磨效果良好,机器人可以对环氧漆打磨并露出金属光泽,且是人工打磨效率的3~10倍。该研究为球罐高强度环氧漆打磨提供了新打磨工具,保证了打磨质量,提高了打磨效率。

摘要：为提升船舶外板的喷涂作业效率,解决喷涂过程中因漆雾和挥发性有机化合物(VOCs)的产生而造成环境污染的问题,设计一种自带VOCs和漆雾回收模块的爬壁式喷漆机器人。介绍该爬壁式喷漆机器人的结构和工作原理并对其进行受力分析,防止机器人作业过程中发生打滑和倾覆的失效形式,同时采用Maxwell软件针对永磁体与工作壁面之间的间隙大小对吸附力的影响进行仿真分析。通过Adams虚拟样机仿真软件分析并制作该型机器人样机,开展验证试验。结果表明,该爬壁式喷漆机器人能以稳定姿态在船舶外板上喷漆作业,具有VOCs和漆雾回收功能。

摘要：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。