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摘 要
爬壁机器人是机器人的一种，也是属于极限作业机器人，主要应用在垂直壁面、球形体表面上，在搭载相应的设备后，完成壁面的清扫、探伤、喷漆、敷设管道等多种作业。研究爬壁机器人的目的是为了最终让其代替人类在石化企业、建筑行业、消防部门、造船等领域中的危险作业。它的研究和开发有着广阔的前景和良好的经济效益和社会效益，受到人们的重视。本文的研究目的是设计可靠性高、适应性强、控制简单、能够自主移动动避障、自动作业的爬壁机器人[7]。
研制罐体壁爬行机器人对企业的发展具有重大的意义，为了解决其若干关键技术问题，本文初步建立了爬壁机器人系统的结构形式，采用永磁轮吸附与可控磁吸盘吸附相结合的方式进行吸附控制，并对机器人的运动学、动力学问题进行分析和仿真，主要研究内容如下：
1.研究磁吸附轮式爬壁机器人的整体结构，提出了磁性轮与磁性吸盘联合控制磁力的吸附方式，设计出罐体壁爬行机器人的总体结构。
2．针对机器人在罐体底面及侧面典型危险位置进行了静力学和动力学分析，提出了磁力控制方案和差速转向控制方式，并建立了爬壁机器人的运动学模型[11]。
关键词：爬壁机器人,磁吸附，运动学模型
ABSTRACT
The wall-climbing robot is one kind of special robots for special assignments which is mainly used for climbing the vertical wall or spherical wall.and taking the corresponding devices for such functions as wall-cleaning, testing, painting, pipeline-laying. It is in the purpose of replacing humans to work in such risky environments as petrochemical enterprises, construction industry, the fire department, ship-building industry and so on. Its research and development will bring good economic benefits and social values. In this paper, the purpose of the study is to design a highly reliable and widely applicable climbing-robot that can automatically move and avoid obstacles.
Studying tank wall-climbing robot is great significance to the development petrochemical enterprises. In order to solve some key technical issues, the paper established the structure of wall-climbing robot system, adopted the adsorption controlled which combine permanent magnetic wheel adsorption with controlled adsorption plate manner, and then analyzed and simulated the robot kinematics, dynamics, the main research contents are as follows:
1. Studied overall structure of wall-climbing robot magnetic wheel adsorption, proposed the adsorption method which combined magnetic wheel and magnetic plate, designed the overall structure of the tank wall-climbing robot.
2. Carried out static and dynamic mechanical analysis on typical dangerous location of tank bottom and side when the robot is working, proposed magnetic control program and established kinematics and dynamics models of wall-climbing robot.
Keywords: wall-climbing robot, magnetic adsorption, dynamic model
目录
1.绪论 1
1.1选题背景及其意义 1
1.2国内外研究现状与发展趋势景 2
1.3研究内容 6
2.总体方案确定 7
2.1方案选择 7
2.2移动方式实现 8
2.3最终方案确定 9
3 探伤车主要部件的设计与校核 11
3.1车轮电机选型 11
3.2 蜗轮蜗杆计算 13
3.3 轴的设计与校核 18
3.4 轴承使用寿命的计算 23
3.5滚珠丝杠副 24
4 结论与展望 29
4.1课题总结 29
4.2课题展望 29
参考文献 30
致谢 31
1绪论
在煤和石油等化石燃料日益枯竭的今天，化石燃料带来的环境问题日益突出的今天，寻找新型能源的要求势在必行，迫在眉睫，历数现阶段有潜力的新能源：水能，风能，太阳能，核能，地热，潮汐能等。而众多新型能源又各自受到各种缺陷与限制，只有核能因为具有资源丰富、清洁、核燃料能量密度高等诸多优点，未来将受到越来越广泛的应用，由于核燃料高度辐射，发展核电总是绕不开安全问题。自1951年12月美国实验增殖堆1号（EBR-1）首次利用核能发电以来，在60余年的核电发展史上，人类曾发生过前苏联切尔诺贝利核电站事故与日本福岛核泄漏两次严重事故，给当地带来了近乎毁灭的灾难。核燃料的高辐射注定了在检验核电筒体焊缝等安全问题时由人操作会带来巨大的人生安全，因此在核电发展中，若是以机器检测壁面的焊缝问题，可在最早时间内将安全情况传递给工作人员，及时进行一系列的措施来应对，大大降低了人的生命威胁概率。
1.1选题背景及其意义
随着科学技术的日益发展与人类安全意识的不断提高，人们对生产安全的要求也越来越高，使得机器人在各个领域中都得到了广泛的应用和发展。以机器人代替人类从事各种危险、繁重、重复、单调及有毒有害的工作是当今社会发展的一个趋势。而爬壁机器人是移动机器人领域的一个重要分支，它能在壁面与顶部上灵活移动，并完成一定的极限任务。目前，国内外许多家科研机构都在这一领域展开了研制开发工作。总体概括起来，爬壁机器人主要用于以下几个方面：
(1)核工业：对核废液储罐进行视觉检查、测厚及焊缝探伤等工作；
(2)石化工业：对立式金属罐或球形罐的内外壁面进行检查或喷砂除锈、喷漆防腐；
(3)建筑行业：喷涂巨型墙面、安装瓷砖、壁面清洗、擦玻璃等；
(4)消防部门：用于传递救援物资，进行救援工作；
(5)造船业：用于喷涂船体的内外壁等[16]；
而运用于核电筒体上的爬壁探伤仪，其本质就是爬壁机器人，它可在垂直壁面移动，完成壁面的焊缝探伤检测作业。核电是利用核能发电，一旦发生核泄漏，在壁面上进行探伤的工作人员会吸收到大量的核辐射，直接严重危害到人的生命。所以若是以机器检测壁面的焊缝问题，可在最早时间内将情况传递给工作人员，可及时进行一系列的措施来应对，因此大大降低了人的生命威胁概率。
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