磁吸附式核电筒体自动探伤车机构设计
34页 15000字数+说明书+8张CAD图纸【详情如下】
专利--磁轮吸附式爬壁机.pdf
专利--轮式越障爬壁机器.pdf
机器人总装图.dwg
机器人零件图7张.dwg
磁吸附式核电筒体自动探伤车机构设计论文.doc
罐体壁爬行机器人关键技术研究.caj
轮式爬壁机器人磁吸附性能及磁力控制研究.caj
轮足组合爬壁焊接机器人运动控制系统的研究.caj
钢铁墙壁面爬壁机器人的研究.caj
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
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
1.1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。
利用机器人技术进行罐体探伤作业安全可靠，而且效率高、可控性好。目前国内外已经研究、开发了各种爬壁机器人，用于施工、作业的机器人主要以磁吸附、真空吸附以及二者的复合吸附为主。可以攀爬垂直的玻璃墙幕、船体垂直壁面及储罐壁面等。负压或真空吸附对壁面的可吸附性具有一定要求，且存在高噪声等不利因素。对于绝大部分铁磁性金属结构来讲，永磁吸附是可靠性最高的工作方式，尤其是对于工作内壁凹凸不平事，难以利用负压吸附工作。永磁吸附相对于电磁吸附来讲吸附单元的重量要小得多，而且安全性不受电力供应意外的影响。机器人在大型作业面上工作时，需要携带电缆、管线、作业设备，并承受作业的反作用力，通常需要很大的吸附力。导致机器人的本体重量比较大，其中磁体是主要的重量部件。 2.1.1吸附方式
该探伤仪要想在垂直的壁面上运动，必须保证机构能够稳定吸附在壁面上，防止滑落、跌落、倾倒等不利因素的产生，因此要设计合理而可行的吸附机构。爬壁探伤仪现有的吸附方式主要分为真空吸附、磁吸附和推力吸附。由于筒体表面是导磁性材料，且凹凸不平，为了提高吸附力，选用磁吸附法。磁吸附方式又分为永磁吸附和电磁吸附。而采用磁吸附中的永磁体吸附比较安全可靠，即使突然断电，探伤仪也不会发生坠落现象，而电磁铁要实现吸附功能就要受到电源通断电的限制，另外永磁吸附可产生更强的吸附力。综合各方面因素考虑，选取永磁吸附方式。
2.1.2移动方式
爬壁探伤仪按移动功能分主要是足脚式、车轮式和履带式和框架式。车轮式移动速度快、控制灵活，但维持一定的吸附力较困难；履带式对壁面的适应性强，着地面积大，但结构复杂，不易转弯；足脚式吸附能力强，承载能力大，能跨越一定的障碍，但是移动速度慢，结构复杂，控制难度大；框架式结构简单，越障能力和带载能力均较强，但移动速度慢，有间歇性。车轮式设计简单方便，故采用车轮式。
2.1.3驱动方式
常用于探伤仪的驱动方式有液压式驱动、气压式驱动和电动式驱动。相对于电动式驱动气压驱动需要气源，稳定性差，携带负载有限，控制繁琐；液压传动构造复杂，运动速度慢，信号传递困难，并且由于采用磁盘吸附的行走方式，所以采用电机驱动的方式。电机驱动具有很多优点：电机体积小、重量轻，驱动反应快、控制性能好，正反转反应快。用于机器人控制方面的电机主要有步进电机和伺服电机。步进电机是将电磁脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。伺服电机是指在伺服系统中控制机械原件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机分为直流和交流伺服电动机两大类。而直流电机体积小、负载能力强、功率大、控制简单、易于调速等，所以选用直流步进电机的驱动方式。
2.1.4传动机构
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