立式金属罐容积检定爬壁机器人本体设计毕业论文

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1、立式金属罐容积检定爬壁机器人本体设计毕业论文1绪论1.1论文研究背景及意义立式金属罐是石油石化行业中常见的存储设备。因为外部环境的长期影响会造成金属罐容积的不断变化，所以金属罐在使用一定时间后需要对容积重新进行准确的检定。目前对立式金属罐容积检定广泛采用径向偏差测量仪。虽然该仪器使用方便、操作简单且测量成本较低，但在实际测量中却遇到很多障碍。这是因为检测人员需要爬到十几米高的金属罐顶部，在金属罐顶部边缘逐点移动径向偏差测量仪的标尺。当检测点位置较高时，很难准确定位测量标尺，以至于很难达到测量精度要求，而且

2、危险性较大[1]。如果能设计一款爬壁机器人为其携带径向偏差测量仪的标尺，按金属罐容积检测规定的运动轨迹运动，并能准确的停留在测量点上，以便检测人员做以记录和测量，那么测量的精度和安全性必将大大提高。以往国内的多所大学与科研院所研制的金属罐检测爬壁机器人多为履带式或永磁体镶嵌在车轮上的爬壁机器人。这些传统的机器人大多存在着体积过大、转向困难、容易对罐壁造成损坏的缺点，无法真正意义上实现对金属罐容积安全、稳定、快速的检定。为此，辽宁石油化工大学与中国第一计量站合作，共同研制了一款四轮驱动的吸附体与罐壁非接触的

3、轮式爬壁机器人，以实现对大型立式金属罐容积的安全和精确标定。1.2国内外研究现状和进展第一台爬壁机器人[2]是日本宫崎大学的西亮教授于1966年研制成功的。在这之后世界各国如日本、英国、韩国、德国、美国、西班牙等也都相继研制出应用于不同场所的爬壁机器人。从20世纪80年代末，在国家“863”计划和国家自然基金的扶持下，在科研工作者的努力下，我国在爬壁机器人的设计和研制领域也取得了显著成绩。74包括哈尔滨工业大学研制的履带永磁吸附爬壁机器人和轮式负压吸附壁面爬行机器人[3~6]、清华大学研制的履带式永磁吸附

4、爬壁机器人[7]、北京航空航天大学相继研制成功的“吊篮式擦窗机器人”、WASHMAN、“蓝天洁宝”、CLEANBOTI、SKYCLEAN“灵巧型擦窗机器人”、等幕墙清洗机器人[8~13]、上海大学研制的用于幕墙清洗的机器人和曲面壁面爬行机器人[14,15]、上海交通大学研制的滑动吸盘爬壁机器人[16,17]、哈尔滨工程大学研制的水下船体清刷爬壁机器人[18~21]、重庆大学研制的壁面清洗机器人[22,23]等多所大学及科研院所都设计出了各种用途的爬壁机器人。1.3几种典型爬壁机器人爬壁机器人按移动结构来划

5、分，主要可以分为：轮式爬壁机器人、履带式爬壁机器人、腿足式机器人。吸附结构可分为：真空吸附（负压吸附）、磁吸附和推力吸附三类。在设计工作中，通过对工作环境以及工作任务要求的分析，科研工作者们相继设计出各种运动结构与吸附结构相结合的爬壁机器人。以下简单介绍几种具有代表性的爬壁机器人。1.3.1轮式爬壁机器人(1)轮式、负压吸附结构轮式壁面移动机器人主要采用磁吸附、负压吸附方式等吸附结构。如图1.1所示为意大利DomenicoLongo等人研制的AliciaII轮式负压吸附壁面爬行机器人。吸附力由单滑动式吸附

6、吸盘提供，由直流电机提供驱动力，电机轴与车轮采用了垂直绞合的方式。采用双轮差速转向，自重7Kg，负载能力150N，机身直径300mm，垂直最大速度2m/s，能跨越10mm的障碍并能在曲率半径为1.8m以上的物体表面爬行[24]。如图1.2所示为美国VORTEXHC公司设计的CLIMBERIII[25]型爬壁机器人。CLIMBERIII有四个驱动轮和六个驱动轮两种型号，采用涡流驱动静态滑动式吸盘。体积大约为203mm×216mm×114mm，重量大约为1Kg，运动速度15.2cm/s。具有壁面切换功能，可以

7、实现从地面到垂直墙壁的运动，能够在建筑物外墙和飞机机体表面等场所运行。74图1.1意大利ALICIA机器人[24]图1.2CLIMBERIII机器人[25]Fig.1.1ItaliaALICIArobotFig.1.2CLIMBERIIIrobot(2)轮式、永磁吸附结构瑞士联邦理工学院研制的“Mother-Child”轮式爬壁机器人[26]，如图1.3所示。爬壁机器人有两部分组成：母体Mother由四组磁性车轮提供吸附力，其重量18Kg，能在角度大于150°的壁面过渡；子体Child质量0.8Kg，再加

8、上传感器0.3Kg，电缆0.9Kg，总重2Kg，运动速度30m/min。主要应用于管道的检测。母体Mother用于在厚度为1.5mm以上的导磁壁面上运动，当遇到壁面厚度小于1.5mm的轻薄壁面或边缘时，由子体Child机器人实现运动检测。图1.4为日本三菱重工研制的永磁吸附轮式爬壁机器人。该爬壁机器人采用非接触式的永磁吸附方式，永磁体镶嵌在本体的中部，但其自重40Kg，致使机器人转向相对缓慢，电源采用电缆传输方式。主要应用于携