履带式爬壁机器人受力分析与稳定性仿真研究-论文.pdf

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1、第32卷第7期机电工程Vo1．32No．72015年7月JournalofMechanical&ElectricalEngineeringJu1．2015DOI：10．3969／j．issn．1001—4551．2015．07．008履带式爬壁机器人受力分析与稳定性仿真研究术熊雕，刘玉良(浙江海洋学院船舶与海洋工程学院，浙江舟山316022)摘要：针对机器人壁面上运动的稳定性问题，对永磁履带式爬壁机器人的结构特点和壁面受力进行了分析。为了便于受力分析，提出了载荷分布系数的新定义，建立了爬壁机器人的静力

2、学模型、直线运动模型及转弯运动模型。利用Matlab软件对永磁铁吸附力、电机所需转矩、壁面倾角、载荷分布系数之间的关系，以及爬壁机器人的壁面受力进行了理论推导和数值仿真。研究结果表明，磁铁的吸附力指标主要决定于履带载荷分布系数和壁面倾角，磁铁的吸附力大小对转弯运动的灵活性有很大的影响，电机转矩要求主要决定于磁铁吸附力和壁面倾角。机器人运动模型的仿真结果与相关文献的实验结果一致，验证了运动模型的有效性，确定了影响稳定性的主要参数，给爬壁机器人的优化设计提供了依据。关键词：爬壁机器人；受力分析；载荷分布系

3、数；设计优化中图分类号：TH16；TH122；TP242文献标志码：A文章编号：1001—4551(2015)07—0929—05Forceanalysisandstabilitysimulationontrackedwall—climbingrobotXIONGDiao，LIUYu-liang(SchoolofNavalArchitectureandOceanEngineering，ZhejiangOceanUniversity，Zhoushan316022，China)Abstract：Aimin

4、gatthemotionstabilityforthetrackedwall—climbingrobot，thecharacteristicsoftherobotandtheforcebetweentherobotandwallwereresearched．Inordertofacilitatetheforceanalysis，anewdefinitionofloaddistributioncoeficientofthetl_ackwasproposed。thestaticmodeloflinearm

5、otionandturningmotionwereestablished．Therelationshipbetweenthemagneticadsorptionforce，walinclina—tionangleandtheloaddistributioncoeficientoftherobotandtheforcebetweentherobotandwallweresimulatedwithMatlabsoftwareintheend．Theresultsindicatethattherequire

6、mentsofadsorptionforceforsinglemagnetmainlydependsontheloaddistributioncoeficientofthetI_ackandwallinclinationangle，themagnetadsorptionforcehasagreatinfluenceontheturningmotionflexibility．therequirementofthemotortorquemainlydependonmagneticadsorptionfor

7、ceandwallinclinationangle．Theresultsofsimulationareingoodagreementwiththeexperimentalobservationofrelatedliteratureandthemodelofturningmotionwasconfirmed，themainparametersthatafectmotionstabilityweredetermined，whichprovidesthereferencebasisfortheoptimiz

8、ationdesignofthewallclimbingrobot．Keywords：wall-climbingrobot；forceanalysis；loaddistributioncoeficient；designoptimization式、履带式等结构类型，其中履带式应用较为广泛。O引言相对于多足爬壁机器人，履带爬壁机器人的优点在于爬壁机器人可搭载多种工具在垂直墙壁上移动，移动速度更快，但缺点是路面适应性较差。履带机器能够执行高难度任务，在石化、能