船舶除锈机器人转向运动学分析.pdf

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1、第7期机械设计与制造2014年7月MachineryDesign&Manufacture189船舶除锈机器人转向运动学分析孙玲，弓永军，王祖温，张增猛(大连海事大学船舶机电装备研究所，辽宁大连116026)摘要：根据船舶壁面除锈的工作要求，设计了一种能够在船舶壁面上运动的自动控制履带式超高压水射流爬壁除锈机器人。主要研究履带式除锈机器人附壁的转向运动学问题。介绍了船舶壁面除锈机器人的组成及特点，推导出船舶壁面爬行机器人的直线运动及瞬心转向运动学模型。运用matlab软件对机器人的转向运动学模型进行分析，表明除锈机器

2、人转向要通过左右两行走机构的速度差实现，且其合运动速度受到一定的外力影响。通过实验发现，磁吸附力对转向灵活性有影响。关键词：船舶除锈；机器人；运动学；瞬心模型中图分类号：TH16文献标识码：A文章编号：1001—3997(2014)07—0189—03SteeringKinematicsAnalysisonShipRustRemovalRobotSUNLing，GONGYong~un，WANGZu-wen，ZHANGZeng-meng(InstituteofShippingElectromechanicsEquip

3、ment，DalianMaritimeUniversity，LiaoningDalian116026，China)Abstract：Accordingtotheworkrequirementsofs^wallcleaning，itdesignsakindofautomaticcontroltrackedrobotwhichCanclimbsonthewallandremovesrustwithuhralhighpressurewaterjet．Thesteeringkinematicsproblemoftherob

4、otisstudied．Thecompositionandcharacteristicoftherobotisintrodaced，andthekinematicsmodeloflinearmotionandtheinstantaneouscentersteeringoftherobotderivated．SteeringkinematicsmodelisanalyzedwithMatlabsoftware．andtheresultshowsthatsteeringmovementavailablebydifere

5、ntspeedwithtwotravellingmechanism，andthemovementspeedafectedbysomeexternalforce．thelaboratorystudyshowsthatsteeringfiexibilityoftherobotinfluentbythemagneticadsorption．KeyWords：ShipRustRemoval；Robot；KinematicsModel；InstantCenterModel1引言2除锈机器人结构分析目前，壁面作业机器人作为移动

6、机器人的一个重要分支，其根据船舶除锈的工作环境和功能需求，所设计的船舶壁面工作条件比较特殊，主要应用于高空危险作业，如油罐检测机器除锈机器人的结构，如图1所示。由图1可知，机器人主要由左、n右行走机构、清洗盘、气动控制系统、主框架等组成。行走机构主、高楼清洗机器人口、船舶清洗机器人圈等高空作业行业。提出的除锈机器人是以船舶壁面除锈作为应用背景。传统要由履带、气动马达、主动链轮、从动链轮、链轮调节机构、永磁吸的船舶除锈方法有手工除锈、机械除锈、化学除锈等。但是传统附机构等构成。清洗盘主要由清洗盘外壳、旋转喷头、喷嘴、

7、气动的除锈方法工作效率低，对环境有一定的污染。针对这些问题，旋转机构等组成。气动控制系统则由气动比例换向阀、气动换向设计了一种以高压水射流作为除锈介质的船舶除锈机器人，利用阀、控制电路及气动接头等组成。高压水射流的冲击剥离作用，使船舶表面上的锈蚀、海藻、残余涂机器人采用履带式的行走方式在壁面上运动；由于船舶壁层等从钢板上脱离下来，达到清洗船舶表面的目的。与传统的除面的材料为钢板，机器人采用间隙式的永磁吸附结构和真空吸附锈方法相比，具有无环境污染、效率高、不腐蚀金属等优点。两种方式吸附于壁面；机器人的动力元件为气马达

8、，通过比例气针对船舶除锈机器人自动化控制的研究，其运动学分析是动控制阀控制气马达的转速和方向，从而控制机器人前进、后退实现自动控制的基础，目前，大部分壁面运动机器人的运动学分和转向运动；由于机器人主要在船舶壁面进行除锈作业，因此要析都采用非顺心运动学模型[10-121，即机器人在转向时其运动顺心随身携带高压水射流清洗盘进行除锈除漆作业，清洗盘与船舶壁在机器人