飞机油箱检查机器人结构及运动学研究.pdf

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1、硕士学位论文飞机油箱检查机器人结构及运动学研究研究生姓名：王维娟导师姓名：高庆吉教授2013年3月24日分类号：TP241.2密级：公开UDC：621.865.8学号：100229中国民航大学硕士学位论文飞机油箱检查机器人结构及运动学研究研究生姓名：王维娟导师姓名：高庆吉教授申请学位类别：工学硕士学科专业名称：导航、制导与控制所在院系：航空自动化学院论文答辩日期：2013年3月24日2013年3月24日TheStudyofStructureandKinematicsofRobotforAirplaneFuelTankInspecti

2、onADissertationSubmittedtoCivilAviationUniversityofChinaFortheAcademicDegreeofMasterinEngineeringBYWANGWei-juanSupervisedbyProf.GAOQing-jiCivilAviationUniversityofChinaMarch24,2013摘要飞机燃油泄漏不仅浪费了资源、增加了成本，而且飞机很有可能提前迫降、发生航空事故。为确保飞机能够安全飞行，机务人员需要定期地检查飞机油箱密封状态。而飞机油箱渗漏及腐蚀的检查一直

3、是民航机务维修中相当棘手的问题。目前，油箱内部的密封检查主要通过人工的方式实现。然而，油箱内遍布油渍，并混杂着油气，为易燃易爆的恶劣环境，亟需一种能够代替工作人员进入飞机油箱内部进行检测的装备。首先，依据飞机油箱的内部环境，结合连续型结构特点设计一种适用于飞机油箱检查的机器人的整体机械结构。该机器人结构结合了柔性的蛇臂机构与刚性的直线模组，可以进入油箱内部，需要具有遍历性、可达性、防爆和防腐蚀的性能；直线模组在油箱外部，需要为蛇臂机构提供基础定位、支撑及引导的功能。所设计的结构体现了内外配合、刚柔结合的特点，是机器人高效率可靠地完成

4、油箱缺陷检查的前提。其次，针对所设计的连续型机器人结构，建立了单关节及多关节运动学的求解模型。对具有柔性特征的连续型单关节采用投影曲率法建立了驱动线变化量与关节角变量两者之间的关系，通过虚坐标变换方法建立了关节角变量和关节末端位姿两者之间的关系，导出了单关节运动学的正解及逆解，对误差条件进行分析，验证提出运动学前提是可行的。在分析了单关节运动学基础上推导出多关节之间解耦运动学方程。通过运动学仿真，验证了提出虚坐标变换运动学方法的正确性。最后，依据油箱检查机器人机械结构及运动特点设计了硬件系统及软件系统。通过搭建的具有三个连续型关节的

5、实验样机，建立运动学控制算法，仿真实验验证了连续型结构对飞机油箱检查的适应性，样机实验验证了连续型关节蛇臂结构的运动能力及所提出运动学方法的正确性。关键词：飞机油箱；内漏点检查；连续型结构；线驱动；运动学IAbstractFuelleakageofAircraftwillleadtowasteofresource,increasecosts,andevenaviationaccidents.Toguaranteetheflightsafety,theperiodicallycheckoftheaircraftfueltankleak

6、sisneeded.Theleakageandcorrosioncheckofaircraftfueltankhasbeenquiteadifficultproblemincivilaviationmaintenanceefficiency.Atpresent,internalsealingtankinspectionimplementedmainlythroughartificialmeans,however,thetankismixedwithoilandgasandhastheriskofflammableandexplosi

7、ve.Therefore,It'surgenttofindasubstituteofstaffinaircraftfueltankinternalbyworkers.Atfirst,thestructureoftherobotforinspectinginternalaircraftfueltankbasedonthecharacteristicsofcontinuous-typestructurehasbeendesigned.Therobotincludessnakearmandlinermodel，andsnakearmcan

8、reachintothefueltankeverywhere,thelinermodeloutsidethetanksupportandguidancethesnakearm.Insideandoutsidewithrigid-fle