论文部分内容阅读
爬壁机器人作为一种高空极限作业装置,在执行作业任务过程中需不停的变化位置,这要求其移动机构具有良好的运动性能,同时吸附机构能够提供稳定可靠的吸附力。因此,在设计阶段建立爬壁机器人虚拟样机模型对它的运动性能进行仿真,并针对吸附机构进行改进,可以在很大程度上规避设计上的缺陷,提高爬行性能,增强爬壁机器人在恶劣工作环境下吸附的稳定性。本文以自行设计的一种步履式气动爬壁机器人为研究对象,开展了如下几个方面的研究:(1)步履式气动爬壁机器人的设计及其力学分析。设计出一种步履式全气动爬壁机器人,给出其静态稳定吸附的条件,并基于牛顿欧拉法建立其各个运动过程中的动力学模型。(2)基于ADMAS和AMEsim联合的爬壁机器人运动仿真。通过ADMAS和AMEsim分别建立了爬壁机器人虚拟样机模型和气缸出力等效模型,获得爬壁机器人爬行各分解动作中的气缸输出力;再利用STEP函数对气缸输出力进行模拟,将获得的STEP函数输入至虚拟样机模型实现了爬壁机器人的运动仿真,验证了设计的正确性和可行性。(3)真空吸盘的结构改进。采用多腔设计原理,改进了普通扁平吸盘的内部结构,通过Ansys fluent14.0建立了普通吸盘和经改进后吸盘的流道模型,并模拟其在发生泄漏时的吸附状态,通过对比验证了经改进后的吸盘在发生泄漏时具有更强的吸附力。(4)爬壁机器人气压回路设计。分析了步履式爬壁机器人的工作原理,并提出了其气压回路设计应该满足的要求;设计了调速回路和真空破坏回路,并绘出了爬壁机器人的气压回路总图。在此基础上,本文成功研制出一种步履式气动爬壁机器人,爬行实验表明:爬壁机器人移动比较灵活,在静止状态下和行走过程中都具有稳定可靠的吸附能力,并具备一定的越障能力。