磁轮式自动扫查爬壁机器人研究

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1、上海交通大学硕士学位论文磁轮式自动扫查爬壁机器人研究姓名：徐芸申请学位级别：硕士专业：机械电子工程指导教师：刘宝生;赵锡芳20050101上海交通大学申请硕士学位论文磁轮式自动扫查爬壁机器人研究摘要炼油厂加氢反应器是石化行业的重要反应容器。然而反应器在使用的过程中，由于许多的原理会引起焊缝的各种各样的缺陷。为了实现对焊缝的无损检测，目前各国都在致力于研究爬行检测机器人，它是对壁面进行在役检测有效且实用的工具。本文以磁轮式自动扫查爬壁机器人为研究对象，着重研究该机器人总体设计及布局。根据实际的环境条

2、件，研制了磁轮式超声串列自动扫查爬壁机器人，设计了用于该爬壁机器人的磁轮，并对爬壁机器人运动受力和运动控制调整算法进行了分析。本文的主要研究内容包括：1.用户要求设计了机器人总体结构。采用对称分布的轮式结构作为机器人行走机构，获得很大的附着力。用两个电机驱动两个磁轮，两个磁轮通过齿形带连接，所以都是主动轮。2.设计了一种新型的磁轮。新型的磁轮采用特殊的磁路结构，该磁轮选用稀土永磁材料，根据其磁化特点，采用“积分法”来计算稀土永磁磁轮与壁面之间间隙空间产生的磁场强度大小及分布。3.机器人受力分析和运

3、动学分析根据爬壁机器人主要应用环境，可以将机器人碰到的几种不I上海交通大学申请硕士学位论文同的情况归纳出来，分别对其进行受力分析。建立机器人小车的运动学数学模型，在此基础上，详细分析了移动机器人的基本运动形式，即直线运动、圆弧运动的实现方式，深入讨论小车圆弧运动的最下半径问题。4.介绍几种常用的机器人传感导引系统，并着重论述了本机器人的磁带导航方法。5.机器人调整运动控制算法和软硬件方案。根据机器人的运动学推导出机器人运动调整控制算法，根据控制算法得出控制软件、硬件控制方案关键词爬壁机器人，磁轮，

4、超声串列法，自动扫查II上海交通大学申请硕士学位论文ResearchofMagneticWheelAutomaticScanning&ClimbingRobotAbstractHydrogenationReactorisacriticalcontainerinoilrefinery.Someflawscausedbykindsofmechanismsmayexistalongtheweldinglineinthecontainer.Todetectflawsintheweldingline,now

5、severalcountriesareendeavoringtoresearchingclimbingrobotsthatareeffectivetoolsforwall-planeon-linescanning.Thispaperisbasedonresearchofautomaticscanning&climbingrobotanddemonstratesthegeneraldesignandlayoutoftherobot.Theresearchisbasedontheactualappli

6、cationcondition,isemphasizedontheforceanalysisandmotionadjustingalgorithm,andleadstoanultrasonictandemscanning&climbingrobotwithmagneticwheels.Keystopicsinthispaperasfollowing:1.GeneralstructurebasedonuserrequirementsSymmetricwheels,whichareconnectedt

7、hroughadentatebandandeachispoweredbyelectric-driver,areusedaspowermechanismtogainsufficientadhesionforce.2.AnewkindofmagneticwheelAspecialmagnetictrackstructureisintroducedforthiskindofnewmagneticwheelmadeofrareearthpermanentmagneticIII上海交通大学申请硕士学位论文m

8、aterial.IntegralCalculuscanbeusedtocalculatethestrengthanddistributionofthemagneticfieldbetweenmagneticwheelsandwall-planeaccordingtomagnetizationcharacter.3.RobotforceandmotionanalysisForceanalysisisdonebasedonseveralconditionsthatarepartitio