地面移动与杆状物攀爬巡检机器人的结构设计与能力分析

来源 :沈阳航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:redblackzhu
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在日常生活中,对设备进行检测检修从而保证其正常运转至关重要,设备在受环境条件、人为作用以及设备老化等因素的影响下会出现各种安全隐患问题,直接影响人民的正常生活和社会稳定运转。因设备所处的环境不同,如地面摆放及杆上按置等,所以人们为了检修往往需要付出非常多的时间和成本,以及会危及到人身安全。随着机器人科技的蓬勃发展,人们提出了多种巡检机器人来代替工人解决此类问题,国内外许多学者在巡检机器人领域开展了广泛研究。本文针对目前巡检机器人普遍存在的功能单一、环境适应性差、越障能力不足和驱动能力欠佳等问题,设计出了一款既能实现地面移动,通过状态转换又能实现杆上攀爬多用途的六足巡检机器人。针对需实现地面行走、状态转换以及杆上攀爬这一系列动作,提出了一款由三个轮指可大幅度开合的可调模块和一个能够大角度俯仰及偏航的二自由度并联杆机构串联在一起的巡检机器人结构方案。并通过在可调模块上加入了悬挂和被动轮机构来实现机器人的顺利攀爬,结合杆机构协同配合有效的实现了机器人环境自适应与行走攀爬等基础功能运作。通过建立静力学模型来分析机器人的攀爬驱动力,并推算出其可攀登的最大杆角度与杆状物直径之间的关系。同样通过力学建模得出了本机器人在必要的几个越障阶段下能够正常运作的约束条件,并阐述了该新型机器人的环境自适应能力。根据该机器人现实运行环境来对其并联杆机构参数进行了全局优化,从而得出杆机构在最大曲率工作环境中运作的最优解。并在此基础上对机器人的并联杆机构进行了运动学分析,通过软件仿真模拟计算最终得出二自由度并联杆机构的工作空间。加工并装配了功能样机,对地面行走、转弯、杆上运作及环境自适应能力等进行了多次验证实验。实验证明本多用途机器人拥有较好的地面移动和杆上攀爬的能力,并且拥有不错的环境自适应能力,为该机器人之后更长远的研究打下根基。
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