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一种斜拉桥缆索检测机器人的设计和有限元分析含6张CAD图

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一种缆索检测机器人的设计和有限元分析Three-dimensional modeling and finite element analysis of a cable inspection robot摘 要斜拉桥的定期维护对桥梁结构的安全至关重要。桥架上的大部分荷载是由缆索支撑的,因此对缆索的检测显得尤为重要。在本文中,设计了一种可以方便、安全地检测缆索,可以在斜拉桥缆索上自由攀爬的机器人。机器人由3个相同的模块组成,以120分开在一个框架周围的缆索,每个模块有两个功能机构,即驱动,粘附。机器人由电机驱动六个软滚轮在缆索上自由移动。本文通过在solid works中对电机驱动方式的缆索机器人制作了零件模块的3D图以及装配图的3D图,并且进行运动分析和力分析,使其能以28m/min的速度沿着直径范围在60160mm的圆柱形或类似形状的斜缆索上自由攀登的缆索检测机器人。关键词:斜拉桥缆索;攀爬机器人;三维建模;有限元分析ABSTRACTThe regular maintenance of cable-stayed bridges is very important to the safety of the bridge structure. Most of the load on the bridge is supported by cables, so the detection of cables is particularly important.In this paper, a kind of robot which can detect the cable easily and safely and climb freely on the cable of cable-stayed bridge is presented.The robot consists of 3 identical modules, separated by 120 in a frame around the cable, each module has two functional mechanisms, namely drive, adhesion.The robot is driven by an electric motor on six soft rollers which move freely on the cable.In this paper, the use of SolidWorks for the motor driven cable robot to establish a part diagram, assembly diagram, and the motion analysis and force analysis, so that it can be 28m/min speed along the diameter range of 60160mm cylindrical or similar shape of the cable detection robot freely climbing.Keywords: The cable of cable-stayed bridge;Climbing robot;3D modeling;Finite element analysisV目录第一章 绪论11.1研究背景11.2缆索机器人在国内外的发展现状21.2.1国内研究背景21.2.2国外研究背景31.3论文研究的主要内容6第二章 机器人的结构设计与分析82.1机器人工作原理82.2设计要求82.3机器人总体结构、主要零件及机构的设计92.3.1机器人总体结构设计92.3.2机器人主要零件及机构的设计92.4机器人受力与动力学分析122.4.1 机器人受力分析122.4.2 机器人动力学分析142.4.3附着条件的计算152.5电机的选型162.5.1 电机的分类162.5.2伺服电机和步进电机:162.5.3电机的计算与选型182.6 本章小结20第三章 机器人的三维建模213.1 solidworks软件的介绍213.2运用solidworks进行三维建模213.2.1 solidworks三维建模方法213.3运用solidworks进行装配253.4机器人3D模型263.5本章小结27第四章 机器人主要零件的有限元分析284.1 solid works有限元分析简介284. 2有限元分析流程284.3推杆的有限元分析294.3.1推杆受力模型的建立294.3.2生成网格和求解324.3.3结果分析和输出334.4机器人推杆的优化设计364.5机器人总质量体积的计算384.5本章小结39第五章 结论405.1 总结405.3 本章小结41致 谢42参考文献44第一章 绪论1.1研究背景桥梁在许多国家建造,用于承载行人、重物、铁路或车辆交通,跨越自然障碍,如海峡、山谷、岛屿等。然而,桥梁的一个或几个小部件的薄弱加固或破损可能会对相关部件和桥梁造成较大的损害,并导致灾难性的事故。特别是悬索桥的镀锌或不锈钢缆索线,由于直接暴露在雨、雪、雪等环境中,直接受到腐蚀条件的影响。通过定期检查,尽早发现缆索上的缺陷,以防止进一步溃坝是必要的。桥梁是重要的国家资产,应妥善维护,确保公共安全。桥梁工程的最新进展已允许桥梁的设计和建造结构比以往任何时候都更长和更细。特别地,大跨度斜拉桥要求高维修与可靠和高效的检查方法。斜拉桥和缆索悬索桥是现在主要的缆索桥梁。悬索桥由许多子系统组成,包括塔、锚固、缆索、加劲梁和板。桥梁缆索系统是由主缆、吊索和斜缆索组成的一个重要子系统。钢丝绳通常由高强度碳素钢制成,其强度比普通结构钢强5 - 10倍。在桥架缆索的维护中,只有少数部件被认为是可修复的,如高密度聚乙二醇聚乙烯(HDPE)缆索护套,氯丁橡胶靴和聚合环。在锚固附近或自由跨度的主张力单元存在腐蚀或疲劳损伤的情况下,修复受损的主张力单元几乎是不可能的。因此,预防性维护对于保证缆索系统的安全至关重要。为了实现这一目标,发展可靠的检测方法是必要的,以评估材料和结构条件的缆索系统。在美国,公路桥应该每两年进行一次目测。结构健康监测(SHM)技术也被用于桥梁状态评估。然而,现有的桥梁状态评估方法存在一定的技术局限性。例如,在锚固处附近,由于这些锚索是用浆液密封的,所以通常看不到支撑处的锚索。在自由跨距中,使用小车和滚动装置来访问缆索,这对检查员来说不是最安全的方式。目前缆索检测方法的局限性可以通过新兴的机器人技术来克服。机器人技术通常与强大的无损检测(NDT)技术相结合用于目前的检测方法难以达到的桥梁缆索系统。现行缆索桥架维护方法索桥的维护。可靠的检测方法是保证斜拉桥结构和使用安全的关键。桥梁维修机构采用了不同层次的检查,包括常规检查、定期检查、紧急检查和深入检查。据查询相关的规定24,桥梁应该每两年检查一次。例如在韩国,桥梁机构每2年必须进行检查一次,每5年进行深入检查。在桥梁的检查中,重要的是要观察过度磨损、断线、腐蚀和点蚀、润滑状态、芯状况等。必须使用适当的诊断方法了解缺陷和恶化的原因。常见的缆索缺陷包括表面锈蚀、断面损失、疲劳开裂和碰撞损伤。用无损检测方法检查缆索。桥架缆索检测的挑战主要是由于缆索系统的可访问性有限。检查人员通常很难看到缆索束内的情况。锚固区灌浆的缆索很难检查。由于桥索难以接近,对自由跨度的桥索进行目视检查和无损检测具有挑战性。早期发现内部损伤在预防性检查中是至关重要的。然而,用目测方法很难检测到桥索内部的劣化。韩国南海大桥主缆复包过程中,发现主缆跨中底部及侧跨锚固区附近存在腐蚀。在缆索带处发现电线断裂,如果在缆索改造工程中没有发现,将会造成严重的结构失效。一些无损检测方法,如磁性,超声波,X射线测试,已被用于检测这种内部恶化。目前,人工目测法是主要的检测方式26。但是这种方法并不能保证检查员的安全,而且由于探测中由的人员需要靠近高海拔的缆索,经常会造成人员伤亡。因此,自动化缆索检测是非常可取的。一个机器人就可以替代人们爬上缆绳,检查员可以通过新娘甲板上机器人的摄像头对缆绳的状态进行无线监控。此外,如果在机器人上安装无损检测(NDT)单元等检测传感器,检测员可以获得关于缆索状态的更精确数据。通过使用该机器人系统,在探测中可以确保其安全性,并获得可靠的缆索状态数据。各种攀爬机器人的研究已经在世界范围内展开。1.2缆索机器人在国内外的发展现状 1.2.1国内研究背景近年来,中国建造了许多斜拉桥7-8,包括1997年的青马大桥、2008年的苏通大桥和2009年的西堠门大桥23。昂船洲大桥因其独特的组合塔和双空气动力桥面设计,被认为是桥梁建造的技术纪念物品25。中国的一个一线城市上海,在其中的交通大学,成功设计了通过气体蠕动和通过电动机方式为动力的斜拉桥缆索检查机器人的测试品12,并且在现场进行了测试9。东南大学设计了一个三边轮式爬升机器人并且进一步研制了一个双边轮式机器人1。一种爬索机器人被重庆交通大学的刘朝涛等人研发成功18。赵淑娟等人研讨出了一种采用步进电动机的斜拉桥缆索检测机器人,整体类似三角形19。2019年,宁波交通工程建设集团有限公司的徐懋刚提出了一种新的斜拉桥缆索检测机器人设计思路28,即缆索检测自爬行机器人,介绍了自爬行机器人的工作运行的原理,为斜拉桥缆索检查维修提供了有力的技术支持。2018年,深圳大学的黄文清设计了一种新型的缆索检测机器人27,该机器人基于电池系统运行,通过无线控制实现了升降,悬停等功能,其工作原理如图1-1-1所示。图1-1-1新型缆索检测机器人工作原理1.2.2国外研究背景斜拉桥的建造和维护趋势港口桥。越来越多的摘要桥被建造在世界各地,特别是在发展中国家。悬索桥和斜拉桥的施工技术最初在美国在日本和德国,然后通过Akashi-Kaikyo桥的重大建设项目,一座是缆索悬索桥,还有塔塔拉桥,一座是斜拉桥。在东南亚国家,缆索承建桥的规模正在迅速增长10。在韩国,南海大桥建于1973年作为第一个缆索斜拉桥,和Jin-Do大桥建于1984年作为第一个缆索斜拉桥。管道检测机器人,Li等人开发了一种用于涂装管道结构的缆索气动攀登维护机器人2。一个名称叫做秋田县立的日本的大学开发了一款探测通道内部表面的机器人4。该机器人可以通过6个磁腿轮穿越法兰,攀爬垂直法兰,并沿着管道的底部移动。Mavis ReCreator机器人是一个由Tiefenbach GmbH开发的缆索攀登机器人6。该机器人有五个模块用于缆索涂层维护,包括涂层清除、清洁、修复、涂层和移动3。一种爬杆机器人(UT-PCR)由伊朗德黑兰大学开发5,它可以在法向上运动和抓紧缆索的功能。其总结构是三个相同的模块组成,呈三角形连接,6个橡胶轮子都通过拉簧夹紧缆索,使结构更加的稳固,工作更加稳定。图1-2-1四足机器人26在韩国,Kyeong Ho Cho等人提出了一种能够快速攀爬极点的四足机器人26,如图1-2-1。机器人能够很容易地从极点分别,因为它移动仅由于之间的摩擦,它的脚和极点,没有任何粘附机制。定向聚合物杆(DPS)是为了提高四足机器人足部的摩擦力而研制的。虽然DPS有助于增加摩擦力,但对于运输一个检查装置来说,摩擦力仍然不够。采用吸力系统作为一种新方法来产生附着力。然而,应用于缆索攀登是困难的,因为吸力可能损失的曲面,如缆索。为了实现稳定的攀爬,研究了各种抓手型攀爬机器人11,其中大多数机器人具备许多自由度。这些类型的攀爬机器人甚至可以在弯曲的管道等复杂结构上移动13,但控制过程很耗时。考虑到由于悬索桥吊索过长,抓手式攀爬机器人不适用14。永久磁铁网也用于粘接油箱或管道15。在这种情况下,磁力应该大到足以支撑一个机器人和一个检查设备的重量。使用大量的磁铁或增加磁铁的大小可能是获得足够的磁性的解决方案,但也许会增大机器人的重力。研究了两种通过液压或气压获取粘附力的机器人系统16-17。对于这类机器人,需要额外的压缩仪器,它们相当重。一个更重的机器人可以在缆索上造成损伤年。换句话说,一个较轻的机器人被推荐用于缆索攀登。人们已经研究了许多种更简略、更轻的攀登机器人20-21。介绍了一种新的攀爬方法22,该方法通过机器人自身重量产生的力矩来产生粘着力。如果机器人的重量过重,或者机器人的质量中心与缆索中心的距离过远,可能会导致粘附力过大。由于机器人的滚动阻力过大,电机的过载是导致机器人失效的主要原因。为攀爬树木,研制了一种采用齿轮式车轮的机器人。该机器人可以通过齿轮式车轮产生足够的粘附力。然而,齿轮类型的车轮造成相当大的损害对树的锋利的牙齿。另外,如果齿轮式车轮适用于缆索攀爬机器人,由于缆索与车轮之间的摩擦力比较低,可能导致攀爬粘附力不足。车轮驱动和线性执行器-粘附型机器人系统可能适用于缆索攀登,但弹簧要简单得多,因为需要线性执行器进行连续控制,以产生适当的粘附力。因此,通过相关研究工作表明,基于车轮和弹簧的爬索机器人是一种快速、轻量化的解决方案。韩国某研究员提出了一种用于对悬索桥吊索进行目视检查的爬缆机器人。该机器人由3个相同模块组成。CFRC缆索截面图(直径84mm)。规则组装120分开在一个框架周围的缆索。每个模块都有驱动、粘接、安全着陆三种功能机构,专门用于灵活、安全的缆索操作。除交流供电的缆绳外,机器人采用无线控制方式。此外,由三个摄像头组成的视觉传感器系统提供了一个360缆索实时传输给操作者的视觉图像,并由一个软滚轮制成的里程表测量机器人的位移,以确定其在缆索上的位置。最初,该机器人的设计目的是对吊索进行目视检查,但它的应用不受限制,因为它可以携带超过9公斤的有效载荷。因此,该机器人能够在某个位置上实时传输缆索表面的视觉图像,同时进行爬升和下降。2020年3月,韩国的金在焕,徐东宇等人开发用于清除缆索桥停留时积雪的检测机器人,机器人可根据缆索直径范围灵活调整,以应用于清理积雪29。1.3论文研究的主要内容论文通过分析研究和总结,提出了一种可以达到28m/min 的速度沿着缆索直径大约在60160mm 的圆柱缆索上安全自由爬动的缆索检测机器人具体研究内容主要包括下面的几点:一、缆索检测机器人结构的设计。通过仔细查看任务书的要求,广泛阅读相关资料,最终结合实际考虑,本论文设计了一种缆索检测机器人,具体结构介绍如下:1.为了简化结构减轻重量,采用对称框架式结构2.机器人的整体由三个相同的模块构成,通过固定装置连接起来,固定装置通过三个长度相等的固定杆和外接圆组成,爬行装置上下两边通过连接支架紧密连接在一起,爬行装置由气缸,推杆和轮子组成。夹紧装置通过气缸产生法向的推力推动推杆,从而使得轮子可以紧紧的贴附于缆索的表面。这样特殊的结构,使得机器人总结构连接合理,运动起来的时候也不会左右摇晃,可以稳定的运行。3.为了使机器人可以安全的运行,所以将提供驱动力的电机采用相同的型号。4.对机器人在攀登时和下降时进行静力学分析,然后在攀登和下降运动时的受力分析,最后求出缆索检测机器人可以正常紧贴着缆索稳定工作的电机条件。5.通过了解电机的分类以及工作原理,然后通过计算结合实际对电动机进行选择。二、缆索检测机器人的3D模型。通过分析缆索检测机器人的结构特性,攀登时和下降时的受力分析以及攀登和下降运动时的受力分析,然后运用SolidWorks进行3D建模。进行本体结构设计,爬行机构设计,驱动系统设计和气缸等零件的设计,最后进行装配,装配检查。三、缆索检测机器人的有限元分析。1.把零部件的3D模型导入SolidWorks中2.简化模型3.分配材质4.定义系统单位5.增加必要元素6.施加载荷和约束等7.增加连接类型8.模型理想化9.定义分析10.创建网络根据分析的结果,以使机器人结构更加的稳定,质量最轻为目的,对关键的零件推杆进行材料的优化,使得机器人结构更加的稳定,使用时间更长久。规定机器人的材料,然后通过solidworks计算出机器人的总体积,总质量,最终确定符合设计要求。第二章 机器人的结构设计与分析2.1机器人工作原理目前斜拉桥的索型主要有圆柱、平行六边形棱柱和螺旋六边形棱柱,但以圆柱为主。缆索由多种不同形式的单丝组成,外表是由PE材料(乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂)构成,普通地缆索长度很长,倾斜的角度大致在三十度到九十度之间。外层以聚乙烯作为保护层。缆索检测机器人想要在缆索上攀登,机器人的电机需要有足够的动力来使驱动机器人,以及需要足够的加紧力使得轮子与缆索之间产生的摩擦力能够抵消机器人自身的重力。从另外一个角度,由于桥梁过往车辆和江面大风引起的缆索振动,以及缆索的大倾角和大挠度,针对这一应用背景,斜拉桥缆索检测主要有两种方法:一种是采用人工检测缆索;二是采用人工检测缆索;其次,在缆索表面自动检测中的应用。前者成本高、效率低、安全性差,但应用广泛。在役缆索表面自动检测虽然可以克服上述缺点,但仍处于萌芽的时期。该方法可以自由地攀登大多数尺寸的缆索,而且可以载着摄像头在缆索上自由地攀登,从而可以安全地完成检验电缆的任务。本文提出了一种由斜拉桥机器人进行全向缆索检测的简单可靠方案。2.2设计要求一种能以二到八毫米每分钟的速度沿着缆索半径大小在三十到八十毫米的斜拉桥缆索上安全自由攀爬的缆索检测机器人。以下是其性能参数:1移动速度: 28m/min2总 重 : 15kg3作业角度:0904作业高度:0150m5作业范围:缆索直径为 60mm160mm6驱动方式:电机驱动2.3机器人总体结构、主要零件及机构的设计2.3.1机器人总体结构设计机器人总体结构由两个对称的等边三角形以及固定圈架构成,固定圈架与等边三角形呈外接圆的关系。由于三角形具有稳定性,固定圈架使整个机器人的结构更加的稳固。机器人整体结构美观,简单,稳定,能够更好的承受外加的扭曲力,不容易变形,使机器人可以稳定的在缆索上运行工作。在对称三角形的每个顶点装有电动气缸,气缸连接着推杆,推杆链接着车轮固定架,车轮固定架连接了滚轮和主动链轮单,滚轮和主动链轮单同轴连接。气缸施加一定的推力,使滚轮可以紧贴工作表面。每组对称的气缸之间用气缸支架连接,三个气缸支架中点分别固定了型号相同的电机,电机与主动链轮相连,用链条连接主动链轮与主动链轮单。此外六根连杆连接六个车轮固定架和气缸支架下方的中间部分,控制轮子方向,以及给轮子一个支撑力,使轮子可以更好的加紧缆索。电机驱动主动链轮然后通过链条驱动主动链轮单和滚轮,从而使机器人可以安全平稳运动。由于机器人在正常运行过程中的速度范围在28m/min,并且要求运动稳定,所以用同步带传动来作为驱动系统,既可以有较大的减速比,还可以满足速度要求。 2.3.2机器人主要零件及机构的设计I.固定圈架的设计固定圈架的三维模型如下图2-3-1所示,固定圈架是由一个等边三角形和一个外接圆组成的,这样的结构使机器人整体受力更加的均匀,可以承受较大的外力也不会变形,使得机器人更加的稳固。图2-3-1机器人固定圈架II.爬行机构的设计爬行机构主要是由电机,气缸,气缸支架,车轮固定架,链条,连杆以及轮子等构成,其三维模型如下图2-3-1所示,气缸施加夹紧力使得轮子可以充分夹紧缆索表面,从而依靠电机来提供驱动力,使得机器人可以正常爬行工作。图2-3-2机器人爬行机构III.夹紧机构的设计夹紧机构主要是由气缸组成,其三维模型如下图2-3-3所示,夹紧机构原理是通过气缸来提供一个法向的夹紧力,推动推杆,从而推杆推动轮子,使轮子和缆索之间产生摩擦力使得机器人可以安全稳定地在高空的缆索上工作运行。图2-3-3机器人夹紧机构IV.安全回收装置斜拉桥缆索检测机器人在高空作业,如果遇到突发状况,不能正常工作。或者机器人在缆索上移动过程中,可能会卡在缆索上或掉落地面,也就是说,在机构的设计中应该考虑机器人的安全检索。为了满足这些要求,需要对机器人进行优化。要求机器人的机构需要具备以下三个主要功能单元:驱动单元、粘附单元和安全着陆单元。1)驱动单元,以产生足够的驱动扭矩。2)附着单元,用于在车轮和缆索之间产生摩擦力,以便将机器人附着在缆索上。3)一个安全着陆单元,用于在停电情况下安全取回机器人。该机器人由三个相同的驱动模块组装在120分别在周围的框架。粘附机构主要由气缸和推杆组成,气缸给推杆提供法相的推力,从而使轮子可以与缆索夹紧。还需要增加一个机器人安全着陆机构。当附着机制当车轮与缆索摩擦不足时,即使驱动扭矩足够大,机器人也无法爬过悬挂缆索。摩擦力取决于法向力和车轮与钢索材料之间的摩擦系数。缆索形状凹凸不平,缆索长度很长。因此,机器人轮胎应采用不易断裂的材料。我们选择了三元乙丙(EPDM),它主要用于汽车轮胎。为了增加接触点,轮胎有“V”型沟槽和凸耳图案。由于缆索几乎垂直悬挂在斜拉桥的缆索上,机器人可能无法获得摩擦力来抵抗重力。因此,机器人需要产生大量的法向力来产生攀爬所需的摩擦力。此外,由于斜拉桥有不同直径的缆缆,因此需要一种适用于不同缆索直径的粘附机制。在此基础上,提出了用气缸提供法相的加紧力。无刷直流电机是通过行星齿轮系的高减速器传动比减少来增大扭矩。正常运行时,齿离合器啮合,电机扭矩通过锥齿轮箱传递到车轮。然而,在电源故障的情况下,电机轴从齿轮箱断开,因为齿离合器是脱离的。这样,驱动轮就可以自由转动,机器人就会倒退。在回收机器人时,由于自身的重量,机器人需要下落,但自由下落是不可取的。为了应对这种情况,安全着陆机构的设计和它的细节将在下一节解释。安全着陆机构的工作原理:在紧急情况下安全着陆机制情况下,也就是说,机器人是由于电源的故障,机器人是被困在缆索因为驱动电动机没有后退驱动系统,由于齿轮传动比较高,因此,机器人的检索是不可能的。为了应对这种情况,研制了一种安全着陆机构。机构配置为逆制动、盘阻尼器、正齿轮系和被动轮。盘式阻尼器的本体和盘式阻尼器的转动部分通过不同的轴相互连接。通过被动轮输入的扭矩通过直齿圆柱齿轮传动传递到与圆盘减振器本体连接的轴上。此外,与圆盘阻尼器的旋转部分相连接的轴与反向制动器的旋转部分相耦合。因此,当向机器人供电时,由于反向制动器没有锁住与盘阻尼器转动部分连接的轴,盘阻尼器的本体可以通过被动轮输入的扭矩无限制地转动。即安全着陆机构对机器人的上下运动没有影响。然而,如果电源有问题,反向制动锁住与圆盘阻尼器旋转部分相连接的轴圆盘减振器的主体由被动轮旋转。在这种情况下,由于圆盘阻尼器耗散了势能,机器人可以以恒定的速度下降,从而实现了机器人的安全回收。2.4机器人受力与动力学分析2.4.1 机器人受力分析如今,斜拉桥的缆索倾角一般在30度到近90度。所以,想要使机器人可以在所有缆索上都安全稳定地爬行,分析倾斜角度为九十度的情况即可,以下是倾斜角度在九十度情况下对机器人的静力和动力学分析。52图2-4-1 向上爬行受力分析简图图2-4-2 向下爬行受力分析简图图2-4-3为在攀爬时对机器人1、2轮的受力分析图,Fq1是1轮上所受到来自于缆索的切向反作用力(N); Fq2是2轮上所受到来自于缆索的切向反作用力(N); Fz1是连杆在z轴上对1轮的阻力(N); Fz2是连杆在z轴上对2轮的的分力(N); Ft1是机器人连杆在x轴方向对1轮的压力,Ft2是机器人杆在x轴方向对2轮的压力(N); FD1是机器人电动气缸对轮子在x轴方向对1轮的正压力,FD2是机器人电动气缸对轮子在x轴方向对2轮的正压力(N); FX1是缆索在法向上对1轮的支持力(N); FX2是缆索在法向上对2轮的支持力(N); Tf1是1轮所受到的滚动摩擦力矩(Nm); Tf2是2轮所受到的滚动摩擦力矩(Nm); TT1是机器人电动机对1轮的驱动扭矩(Nm); G1是机器人总载荷在1轮上的分力(N); G2是机器人总载荷在2轮上的分力(N); m1是1轮的质量(kg); m2是2轮的质量(kg)。2.4.2 机器人动力学分析I当机器人向上运动的动力学分析1轮和2轮受力分析如图2-4-4,由受力分析可以得到以下平衡方程:对1轮的平衡方程:对Z轴 : Fq1 =m1g+Fz1+G1 (2.1)对X轴 : FD1+Ft1=FX1 (2.2)力矩:TT1=Fq1r1+Tf1=Fq1r1+uk(Ft1+FD1) (2.3)整理得: FT1=Fq1+(Ft1+FD1)ukr1 (2.4)其中,TT1-电动机对1轮的动力转矩(NM)FT1-电动机对1轮的驱动力(N)r1-1轮的半径(m)uk-滚动摩擦因素对2轮的平衡方程:对Z轴: Fq1 =m2g+G2-Fz2 (2.5)对X轴 : FD2+Ft2=FX2 (2.6)力矩:TT2=Fq2r2+Tf2=Fq2r2+uk(Ft2+FD2) (2.7)整理得: FT2=Fq2+(Ft2+FD2)ukr2 (2.8)TT=TT1+TT2 (2.9)FT=FT1+FT2 (2.10)其中,r2为2轮半径(m)TT为电动机对1、2轮的总驱动扭矩FT为电动机对1、2轮的总驱动力II当机器人向下运动时的动力学分析1轮和2轮受力分析如图2-4-2,由受力分析可以得到以下平衡方程:对1轮的平衡方程:对Z轴 : Fq1 =m1g+Fz1+G1 (2.11)对X轴 : FD1+Ft1=FX1 (2.12)力矩:TT1=Fq1r1-Tf1 (2.13) Tf1=(Ft1+FD1)uk (2.14)对2轮的平衡方程:对Z轴: Fq2 =m2g+G2-Fz2 (2.15)对X轴 : FD2+Ft2=FX2 (2.16)力矩:TT2=Fq2r2-Tf2 (2.17) Tf2=(Ft2+FD2)uk (2.18)2.4.3附着条件的计算为了持续的抵消阻力,机器人的动力系统(电机)在运行时需要有足够的扭矩,机器人在缆索上攀登的情况下,机器人运行中的关键阻力是由主驱动轮1的滚动阻力力矩Tf1,主驱动轮2的滚动阻力力矩Tf2以及机器人在车轮上的重力产生的重力转矩:G1r1 +G2r2,电机带动轮子转动,从而产生驱动转矩。当机器人外部驱动阻力矩与机器人的驱动转矩相等时,机器人整体处于平衡状态,保持匀速运动。如果驱动阻力力矩小于驱动扭矩时,机器人将会做加速运动,因此,为了使机器人正常运行,只有机器人的驱动阻力力矩小于等于驱动力矩。因此,机器人可以正常运行条件如下: TTTf1+Tf2+G1 r1+G2 r2 (2.19)即 TTFt1+Ft2ukr1+Ft1+Ft2ukr2+G1+G2 (2.20)电动机使轮子产生一个驱动扭矩,从而导致机器人轮子与缆索之间的切向反作用力Fq1。由于车轮与缆索之间的摩擦力是有限的,所以在Fq1数值远大于摩擦力情况下,所有的轮子就会在原地打转。为了方便计算,令F为缆索与轮子之间的最大切向作用力,F与轮子法向上的力Ft1和Ft2成正比例关系,通常用以下形式表示:令FA=Ft1+FD1 , FB=Ft2+FD2 (2.21)则F1=FA (2.22)F2=FB (2.23)其中为缆索表面的附着条件系数,和摩擦系数类似,只与缆索接触表面的材料,形状等有关。机器人想要能够正常在缆索上攀登,并且不在原地打转,轮子的Fq1不能大于F即 F1Fq1 (2.24)F2Fq2 (2.25)由上式(2.4),(2.8),(2.10),(2.20),(2.21),(2.22),(2.23),(2.24),(2.25)可以得到机器人想要正常工作不打滑稳定附着在缆索上的条件:FA+ukr1+FB+ukr2FTFAr1uk+FBr2uk+G1+G2 (2.26)2.5电机的选型2.5.1 电机的分类首先需要了解电机的分类才能根据自己的需求来确定合适的电机。总体分类为伺服的和步进的电动机。2.5.2伺服电机和步进电机:步进电动机和伺服电动机具体介绍如下表2-5-1所示。表2-5-1伺服电动机和步进电动机介绍电机类型伺服电动机步进电动机概念及功能伺服电动机:“伺服”一词源于希腊语“奴隶”的意思。“伺服电机 ”可以理解为绝对服从控制信号指挥的电机:在控制信号发出之前,转子静止不动;当控制信号发出时,转子立即转动;当控制信号消失时,转子能即时停转伺服电机也是自动控制装置中被用作执行元件的微特电机,其功能是将电信号转换成转轴的角位移或角速度。它又称执行电动机,在自动控制系统中用作执行元件,把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出步进电动机:步进电动机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。其将电脉冲信号转变为角位移或线位移,是现代数字程序控制系统中的主要执行元件,应用极为广泛。步进电机控制系统由步进电机控制器、步进电机驱动器、步进电机三部分组成。功能:1 步进电机控制器是指挥中心,它发出信号脉冲给步进电机驱动器,而步进电机驱动器把接收到信号脉冲脉冲转化为电脉冲2 驱动步进电机转动,控制器每发出一个信号脉冲,步进电机就旋转一个角度,它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。控制器可以通过控制脉冲数量来控制步进电机的旋转角度,从而准确定位。工作原理伺服电动机:伺服主要靠脉冲来定位,基本上可以这样理解,伺服电机接收到1个脉冲,就会旋转1个脉冲对应的角度,从而实现位移.1 因为,伺服电机本身具备发出脉冲的功能,所以伺服电机每旋转一个角度,都会发出对应数量的脉冲,这样,和伺服电机接受的脉冲形成了呼应,或者叫闭环。2 如此一来,系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机,同时又收了多少脉冲回来,这样,就能够很精确的控制电机的转动,从而实现精确的定位,可以达到0.001mm。步进电动机:步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。1 在非超载的情况下,电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响,即给电机加一个脉冲信号,电机则转过一个步距角。2 由于这一线性关系的存在,加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。区别1、转矩不一样,伺服的转矩会比步进电机的转矩大承受的负载也会不一样。2、转数不一样,如:750W的伺服电机它的转数是3000转,但是步进电机可能只有300转左右,转数越低电动缸的速度就会越慢。3、外形尺寸,伺服电机和步机电机的尺寸会有很大的差别,步进电机的尺寸会断很多,对空间有限制的可以采用。4、系统不一样,伺服电机和步进电机的系统各有差异,根据客户的反馈步进电机会比伺服电机程序复杂一点。5、价格不一样,价格是伺服电机会比步进的贵,但是伺服的很多功能步进电机是满足不了的。两种电机各有优势与缺点,伺服电动机再价格上虽然没有步进电机有优势但是它的转数和转矩会比较有优势,选择使用步进电机的一般都是对负载和速度没有很高要求的才会去选择步进电机。2.5.3电机的计算与选型机器人的轮子材料时橡胶,缆索外表的材料是聚乙烯,通过查阅书籍,最终选择附着系数0.5,滚动摩擦因素k =0.0015,机器人总重量G =13kg ,由公式(2.1),(2.2),(2.5),(2.6),(2.26)再结合机器人实际情况分析得:FAG1+m1g-Fz1其中 Fz1=Fz2=G2+m2g-Fq2 Fq2=FBukr2整理的: FAG1+m1g -(G2+m2g)+FBukr2 = 15G+FBukr2式中,由于机器人的结构比较特殊,G1+m1g -(G2+m2g)= 15G (G为缆索检测机器人的总重量),Ft1=1.5Ft2最终得到: FA90.5N综合考虑,取FA=100N,FB=70N由机器人想要正常工作不打滑稳定附着在缆索上的条件:FA+ukr1+FB+ukr2FTFAr1uk+FBr2uk+G1+G2式中,G1+G2 15G 计算得:58NFT49N综合考虑选取FT=54N电机功率(P)公式为:P=FTv60K(W)其中,FT为机器人正常运行工作时所需的动力V为机器人正常运行工作时的速度 为链条的传动效率大约为95K为电动机功率的储备系数,一般为1.6-1.8,取K=1.7则P=FTv60K= 548600.951.7=12.88W因此选择电机的功率P=20W结合实际情况考虑,工作的要求以及成本,选用57BYGH207步进电机,其参数如表 2-5-2表 2-5-2 步进电机参数型号相数电压(V)电流(A)静转矩(Nm)定位转矩(Kgcm)重量(kg)长度(cm)57BYGH20724.41.150.90.70.65572.6 本章小结本章节主要阐述了综合实际考虑和缆索检测机器人的设计要求,设计了一种可以自由的在缆索上攀登地机器人结构,并且介绍了其工作原理。对本机器人还进行受力分析和运动学分析,然后经过推导得到了机器人想要正常工作不打滑稳定附着在缆索上的条件。还介绍了电机的分类,经过计算,结合实际和成本综合考虑,选出了电动机的型号。第三章 机器人的三维建模3.1 solidworks软件的介绍SolidWorks是世界上最早专门对Windows用户研发的CAD一类的3D软件.通过此软件,使用者可以方便快捷地设计模型,所需要的时间上也能很大的减少。使用solidworks软件进行三维建模优点:1. 可以自动生成A0、A1、A2、A3等尺寸图纸的工程图。2. 可以随时更改三维零件图,操作更加的快捷方便。3. 有很多智能的操作,自动化操作,如智能尺寸。4. 庞大的零件库,制作三维零件更加的简单。3.2运用solidworks进行三维建模3.2.1 solidworks三维建模方法运用solidworks三维建模方法以及具体操作过程如下表3-2-1所示:表3-2-1 solidworks三维建模方法及操作过程solidworks三维建模方法solidworks三维建模具体操作过程1.确定模型结构组成主要是确定各零件和机构之间是如何连接的。2.确定主动参数主动参数能够独立变化的参数,分析模型的功能,工作的方式来确定。主动参数一般只有几个,称之为主参数或主约束;其他的约束是由图形结构特征确定或与主约束有确定关系,称它们为次约束。3.确立建模思路从模型的功能及主动参数去确立建模思路;首先,观察模型的结构,选取合适的基准;其次,理清楚各尺寸间的关系;最后,建立缆索检测机器人模型。4.选取建模方法SolidWorks建模步骤有一定的程序,其顺序是:选择绘图平面、输入草图、绘制草图、标注和添加几何关系、特征生成等。建模时的原则是:(1)基准的重要性,即模型基准与设计基准统一;(2)主要特征在前,次要特征在后;(3)先做外形,再做内部结构;(4)先做整体,后做细节;(5)简化建模步骤;(6) 避免使用高级建模功能5.基准的选取基准是指用于设计参考的标准。不同的基准选择将直接影响模型的建立和后期的修改。SolidWorks中有四种基准面:基准面、基准轴、坐标系和参考点。(1)基准面在选择绘图平面时就有下列几个平面可选取:默认的三个基准面;利用基准面命令所建立的基准面;它由要绘制的零件的特征平面直接选择。(2)基准轴基准轴通常用于创建特征的基准,通常用于创建基准面、圆阵列或同轴装配。SolidWorks提供五种基准轴创建命令。(3) 坐标系坐标系主要与“测量”和“质量属性”工具一起使用,或作为生成阵列的基准,或将SolidWorks文件导出为其他格式。(4) 参考点参考点主要用于空间定位,可以用来创建曲面造型,辅助创建基准面或基准轴。6.草图的绘制(1)约束的应用1 约束是对几何元素大小、位置和方向的限制,分为尺寸约束和几何约束两类。尺寸约束限制元素的大小,并对长度、半径和相交角度的限制;几何约束限制元素的方位或相对位置关系。2 设计过程可视为约束满足的过程,设计本质上是通过提取产品有效的约束来建立其约束模型并进行约束求解。设计过程中的约束主要来自三个方面:功能、结构和制造。3 功能约束是对产品所能完成的功能的描述;结构约束是对产品结构强度、刚度等的表示;制造约束是对制造资源环境和加工方法的表达。4 在产品设计过程中必将这些限制综合成设计目标,并将它们映射成为特定的几何/拓扑结构,从而转化为几何约束。(2)尺寸约束1 尺寸约束,就是用计算的方法自动将尺寸的变化转换成几何形体的相应变化,并且保证变化前后的结构约束保持不变。对于绘制草图,通过尺寸标注可以建立几何数据与其参数的对应关系。2 尺寸约束与设计意图密切相关,是特征功能的具体体现。通常Solidwork都提供多种尺寸标注形式,一般有线性尺寸、直径尺寸、半径尺寸、角度尺寸等,另外注意尺寸链的应用。尺寸约束还需了解“约束联动”3 约束联动分为:图形特征联动、相关参数联动图形特征联动就是保证在图形拓扑关系(连续、相切、垂直、平行等)不变的情况下,对次约束的驱动。所谓相关参数联动就是建立次约束与主约束在数值上和逻辑上的关系。(3)几何约束1 几何约束就是要求几何元素之间必须满足的某种特定的关系。将几何约束作为构成几何/拓扑结构的几何基准要素和表面轮廓要素,可以导出各形状结构的位置和形状参数,从而形成参数化的产品几何模型。2 对产品的几何约束主要包括两个方面:拓扑约束和尺寸约束。拓扑约束指对产品结构的定性描述,它表示几何元素之间的固定联系,如对称、平等、垂直、相切等,进而可表征特征形素之间的相对位置关系。3 这些关系拟抽象为点、边、面间九类有向关系,每一类关系有其相应的谓词,包括“相同”、“平行”、“垂直”、“相交”、“偏移”等等。通常,在特征形状确定之后这种联系不允许发生变化或修改或由用户交互指定4 也就是说,特征定义本身就是对图形特征联动的隐含表达,因此,在其参数化中无需再考虑图形特征联动,这是基于特征参数化区别于传统参数化的特征之一。5 在某些特殊场合,必须能处理其变异。通常Solidworks中的几何约束主要包括水平、竖直、平行、垂直、相切、等长度、等半径、重合、同心、对称等等。经过上述表格对如何三维建模的具体介绍,如何对缆索检测机器人进行三维建模,具体操作如下表3-2-2所示:表3-2-2 solidworks三维建模方法及操作过程在solidworks对机器人建模方案在solidworks对机器人建模具体操作1.对零件进行三维建模1、首先,新建零件,点击草图绘制下的3D草图。2、按Ctrl+1(切换到前视基准面),画一个矩形。3、然后按Ctrl+3(切换到左视基准面)或者移动鼠标旋转,点击构造线捕捉顶点画一条直线。4、退出草图,点击拉伸凸台,所选轮廓为矩形,方向为另一条构造线,此时的拉伸凸台和2D草图的拉伸凸台是一样的。随后编辑草图,捕捉到作为方向构造线的角度尺寸,均改为605、退出3D草图,此为3D草图下可以完成的凸台。为了更直观一些,小编点击了窗口命令下的视口命令,然后选择四视图。此凸台用2D草图建模是无法完成的,只能建立基准面再放样操作完成。6、在四视图的窗口下,我们更直观的看到3D草图下绘制的凸台。2.对每个零部件进行三维建模重复1.操作过程3.3运用solidworks进行装配SOLIDWORKS中有自上而下和自下而上两种建模的方式,他们都有自己的适用范围。他们的具体过程以及优点如下表3-3-1所示:表3-3-1 Solidworks三维模型装配Solidworks三维模型装配方式自下而上自上而下.操作步骤在装配环境下,其过程如下:零件草图零件装配体在装配环境下,其过程如下: 1. 装配草图零件草图零件装配体2. 零件的草图零件的部分装配的部分生成新零件草图生成的新的零件装配的完整优点I 方便使用现有零件进行装配体设计。II 设计师可以专注于零件设计。III 分量之间相互独立,使得模型重构过程中的计算更加容易。IV 单独定义单个零件的特征和尺寸,以便于将完整尺寸生成工程图纸。I 在设计的时候可以借用其他的几何特征,整个装配体与零件都是在一个文件中,新增零件以虚拟零件的形式存在于装配体中,并没有单独的文件。II 在设计完成之后可以保存为独立的零件文件。适用范围自下向上设计法对于先前建造、现售的零件,或者对于诸如金属器件、皮带轮、马达等之类的标准零部件是优先技术。这些零件不根据设计而更改其形状和大小,除非选择不同的零部件。自上向下在装配环境参考引用生成零件,适用于小部件可以,已定型部件可以,其余较大部件不适用。3.4机器人3D模型运用上述建立3D模型的思想和方法,通过solidworks软件给各零件之间添加几何长度的约束,检测是否会出现干涉现象,等一系列操作,完成机器人的装配模型。斜拉桥缆索检测机器人的3D模型如下图3-4-1所示。图3-4-1缆索检测机器人装配图3.5本章小结本章主要讲述了如何用solid works来设计斜拉桥缆索检测机器人3D零件模型和主要机构,在solidworks虚拟装配过程中,对零件模型和机构施加各种约束,确定各零件,机构之间没有相互干涉现象,完成斜拉桥缆索检测机器人的装配图。第四章 机器人主要零件的有限元分析4.1 solid works有限元分析简介有限元分析是使用有限单元法进行分析,是通过把一个零部件分成非常多的模块,然后求解,求解过程用到了有限单元法。运用solidworks进行有限元分析的优势有以下几点:1. 可以打开其他软件制作的零件,然后进行仿真。2. 当求解过程比较慢时,电脑可以自动运行求解,直到求解出结果,大大缩减了使用者的时间。3. 用实物去实验,费时费力,花费也大,通过solidworks仿真省时省力,且不需要花费。4. 分析后得到的结果都是经过大量实验后得到的数据,所以仿真后的结果具有真实性。4. 2有限元分析流程1. 有限元分析流程及关键步骤如下表4-2-1所示:表4-2-1有限元分析流程及关键步骤有限元分析流程作用1.创建算例对模型的每次分析都是一个算例,一个模型可以包含多个算例。2.应用材料指定模型的材料属性,如铝合金、钢材等,同时对屈服强度等进行设定或者默认值。3.添加约束模拟真实情况下模型的装夹安装方式,对模型添加夹具进行约束。4.施加载荷对现实工况环境下作用在模型上的载荷进行集中体现。5.划分网格对模型进行离散化,便于得到精确的解值。6.运行分析求解了模块中的位移大小、应变和应力的数值等。7.分析结果进行分析结果的解释和应用。4.3推杆的有限元分析4.3.1推杆受力模型的建立1、设计零件推杆零件模型设计如图4-3-1所示,设计完后需要进行模型的简化,这一部分会对后续网格划分,求解速度等工作有很大的影响。 图4-3- 1推杆模型2、打开solidworks仿真插件simulationI、静态力分析,依次新算例,静态命令,设置如图4-3-2所示图4-3- 2静态力分析命令II、定义零件的材料材料设置这里使用1060铝合金作为推杆上面两个销轴半圆柱面的材料,静力分析主要用到材料的密度、弹性模量、泊松比、屈服极限,具体参数如下表4-3-1。表4-3-1具体材料属性及取值属性数值质量密度(kg/m3)2700泊松比0.33弹性模量(N/m2)6.91010屈服强度(N/m2)2757200设置如图4-3-3所示图4-3- 3材料属性设置III、添加夹具,模型必须有合理的约束,使之无法移动由于推杆受到压力作用,这里将推杆底部进行约束,设置如图4-3-4所示。图4-3-4模型约束设置IV、定义外加载荷推杆上面两个销轴半圆柱面加载共500N载荷,设置如图4-3-5所示图4-3-5对推杆施加载荷设置4.3.2生成网格和求解1 生成网格,点击运行算例的子列(运行算例下方的倒三角),再选择生成网格,自动化分网格,软件便会自动化分网格。网格数量越多,计算后得到的数值越准确。2 求解,求解就是运行算例,点击运行算例软件会自动求解,然后生成应力应变位移图。 这里使用默认的网格设置对推杆进行划分,得到网格参数图如下图4-3-6所示,节点数11460,单元总数7494。图4-3- 6 网格参数推杆网格如下图4-3-7所示。图4-3-7网格划分4.3.3结果分析和输出首先通过求解出的结果生成应力云图,位移云图,应变云图。I.位移云图如图4-3-8所示将推杆底部进行约束,推杆上面两个销轴半圆柱面加载共500N载荷的位移分布图,从图中可以看出最大位移位于推杆的两个销轴位置,大小为6.87110-7mm。图4-3- 8位移云图II.应力云图如图4-3-9所示将推杆底部进行约束,推杆上面两个销轴半圆柱面加载共500N载荷的应力分布图,从图中可以看出最大应力是26.04Mpa小于材料1060铝合金的屈服极限值275.7Mpa,符合设计要求。图4-3- 9应力云图III.应变云图如图4-3-10所示将推杆底部进行约束,推杆上面两个销轴半圆柱面加载共500N载荷的应变分布图,从图中可以看出最大应变3.11010-8图4-3- 10应变云图推杆静力分析结论:通过Solidworks对推杆进行静力分析,推杆使用1060铝合金材料,将推杆底部进行约束,推杆上面两个销轴半圆柱面加载共500N载荷。通过分析,从应变云图中可以看出最大应变3.11010-8,从位移云图中可以看出最大位移位于推杆的两个销轴位置,大小为6.87110-7mm。从推杆应力云图中可以看出最大应力为26.04Mpa小于材料1060铝合金的屈服极限275.7Mpa,符合设计要求。4.4机器人推杆的优化设计可以从图4-3-8、图4-3-9、图4-3-10中看到分析的结果中红色部分较多,即材料容易变形,导致零件需要经常更换,易损耗。因此需要对推杆进行优化设计:将推杆上面两个销轴半圆柱材料由1060铝合金换成1023碳钢板,1023碳钢板材料的密度、弹性模量、泊松比、屈服极限,具体参数如下表4-4-1所示。得到优化后的推杆的应力云图,位移云图,应变云图,如下图4-4-1、图4-4-2、图4-4-3所示。表4-4-1具体材料属性及取值属性数值质量密度(kg/m3)7858泊松比0.29弹性模量(N/m2)2.0491011屈服强度(N/m2)282685049图4-4-1应力云图图4-4-2位移云图图4-4-3应变云图优化后的推杆静力分析结论:通过Solidworks对推杆进行静力分析,推杆使用1023碳钢板材料,将推杆底部进行约束,推杆上面两个销轴半圆柱面加载共500N载荷。通过分析,从图4-4-3应变云图中可以看出最大应变1.01410-8小于优化前的最大应变3.11010-8,从图4-4-2位移云图中可以看出优化后的推杆最大位移位于推杆的两个销轴位置,大小为2.32310-7mm小于优化前的推杆最大位移6.87110-7mm。从图4-4-1应力云图中可以看出优化后的推杆最大应力为26.29Mpa小于材料1023碳钢板的屈服极限282.7Mpa符合设计要求,且大于优化前的推杆材料屈服极限275.7Mpa。由上述分析结果可以得出:优化后的推杆材料屈服强度、应变能力都由明显增强,不易变形,使得机器人夹紧装置更加的稳固且不易损坏,从而使得机器人工作运行更加稳定,使用年限大大增加。4.5机器人总质量体积的计算本论文设计的机器人,为了满足设计要求,以质量最轻,结构稳固,运行稳定为原则,全身采用1060铝合金为框架结构以及零件结构,推杆部位采用1023碳钢板,轮子采用天然橡胶(也是大多数汽车轮胎的材料)。机器人的总体积为4756254.095立方毫米,总质量为12.842千克,表面积为1793665.258立方毫米。机器人总质量小于15千克,符合设计要求。机器人具体参数如下图4-5-1所示:图4-5-1机器人参数4.5本章小结本章主要介绍如何利用solidworks进行有限元分析,并利用solidworks中的插件仿真对关键部件进行分析、机构施加受力约束,然后对其进行结构优化。优化达到了结构更加稳定,质量更轻便的目的,为机器人的结构优化提供了理论的依据。第五章 结论5.1 总结随着国家的经济发展,桥梁也在高速发展,缆索检测机器人未来将会在桥梁缆索的检测方面被大量的应用。随着科技的进步,缆索检测机器人也会有很大的改进,然后被批量的制作应用在工业方面和斜拉桥缆索的检测当中。使用缆索检测机器人代替人工检测,效率更高且安全,将会大大的减少国家在桥梁的检测中的人力和物力,有利于国家的发展。本论文通过已有的斜拉桥缆索检测机器人及相关检测机器人研究的了解,进行自己对斜拉桥缆索检测机器人的设计及优化,设计了一种质量轻,以电缸来提供夹紧力,采用对称三角形结构的电驱动斜拉桥缆索检测机器人,主要工作内容有以下几点:1 通过查阅大量的有关斜拉桥缆索检测机器人的参考文献及相关资料,做出了自己的对斜拉桥缆索检测机器人的设计以及优化。机器人整体结构由两个对称的等边三角形以及外界圆构成固定架,并且以电缸来提供加紧力的电机驱动缆索检测机器人。其结构简单稳固,质量轻,方便调整。对对称等边三角形结构的斜拉桥缆索检测机器人进行受力分析和静态动学分析,通过分析计算得出附着条件,从而选择出合适的电机,证明了论文电机选择的合理性。通过solidworks制作出了斜拉桥缆索检测机器人的3D模型,完成了机器人的3D装配模型,并且对爬行机构,和夹紧机构做出了详细的设计。对机器人关键的零件推杆进行了静力分析,并且在机器人总质量满足设计要求的前提下对推杆进行了材料的优化,使机器人的结构更加稳固,运行更加稳定。为斜拉桥缆索检测机器人的结构设计以及的合理性提供了依据。还通过solidworks中的插件 stimulation 对机器人的关键零件推杆进行了静力分析,证明了机器人可以正常安全的工作的合理性。5.3 本章小结本章主要总结了研究本论文所作的主要工作以及设计的机器人的优缺点。本论文设计的斜拉桥缆索检测机器人结构简单,操作便捷,方便调整。但是也有很多缺点目前无法很好的解决,相信随着科技的发展,所有问题都会迎刃而解,研究出功能更强,安全稳定的斜拉桥缆索检测机器人。致 谢通过这次斜拉桥缆索检测机器人的设计,让我更多的了解到了缆索以及机器人文化,从中也学习到了很多东西。这次的毕业设计是每个人大学中最重要的事情,这其中包含了大学学习中的大部分的心血和检验我们每个人所学的成果,通过这一个学期长达几个月的学习,我不断的从各个渠道查阅资料查找文献,不断了解缆索检测机器人,在最初的一开始的时候,我所查找的范围只是仅限于大学中所学的课本中,然后通过询问老师来了解整个内容,但是最终发现这些是远远不够的,所以我接着又通过区图书馆和网络上查阅资料,更加全面的客观的了解了斜拉桥缆索检测机器人的国内外发展史以及相关构成和检测机器人的设计的展望,对缆索检测机器人的认识也更加的深入了一层。经过大学四年的大学生活的学习,我们不仅度过了紧张而又繁忙的学习时光,与此同时,在这中间,我们还学习到了非常多的知识。所以在论文结束之际,在这一重要的时刻,我们首先需要感谢我们的各个专业的指导老师,正是通过所有老师们的倾尽全力的帮助以及教导,让我有了充实的知识储备量。同时我们也可以更加安静的在学校里学习一些相关的内容知识,在学习期间学会了非常多的计算方法,也学习了solidworks等绘图软件,同时更加熟练的运用这些软件来制图。此外,我深知自己的缺陷,由于自己知识方面和研究机器人经验的不足,研究过于片面,没有过于多的认知,对知识的系统理论也不是很强,欠缺相关方面的知识。通过本次的设计,我成功的把以前许多的知识都紧密的联系起来了,形成了一个比较完整的系统体系框架,在这次的设计中,我还遇到了许多的问题,但是在老师的帮助下,我逐步克服困难,一个一个的解决问题,一步一步的完善自己的所设计的内容。使得设计的内容尽可能的更加合理化。本次设计至此,快结束了。我想借此机会感谢所有与我们专业相关的老师。正是通过近几年全体教师的辛勤教学,使我在四年的大学生活中学到了相关的专业知识,使我在设计方面有了一定的知识基础。转眼间,四年的大学时光转瞬即逝,转眼间,快毕业了。现在我已经开始为毕业前最重要的事情做准备,那就是毕业设计。在这个庄严的时刻,我要特别感谢导师的悉心指导,自从分配下来任务书,确定题目之后,就从中给予了我们很大的帮助,当我们遇到困难时,老师尽力帮助我们发现问题并解决它们,不论在论文上,还是在生活的事情上,都给予了我帮助和关心。现在我的这个论文也即将写完,在这里,我怀着万分激动的心情来到这里,我从开始着手处理这个论文,一直到现在即将顺利完成这次设计,老师与同学们都给了大量的指导与帮助,感谢他们的无私奉献。回首四年的大学生活,凡是目光所到之处,到处都充满了回忆,到处都有满满的回忆,到处都是不舍,在这个温馨而又充满快乐的大学生活中,我从中收获了各个方面的成长,在面对各种事情的处理上,在学习中对知识的了解,学习了很多关于做人做事上的道理。 其次,我还要感谢身边的朋友们,感谢长久以来,大家的相互陪伴,一起度过了山西能源学院 2021 届本科毕业设计(论文)。四年的美好时光,平时我们在生活学习上,遇到困难也是一起度过,共同克服了许多的问题,解决了很多生活上的事情。对于这次设计的期间,也是在遇到困难的时候互相帮忙,遇到有什么不理解或者有疑惑的地方,我们也互相查阅资料,互相讨论,相互帮忙解决问题。在这段时间里,他们每个人给了我很大的启发,让我从中收获了许多的以前从来没有注意到的道理,我也很珍重大家提出来的宝贵的意见,对于大家的帮助,我在此表示深深的谢意。我很高兴大家能帮助我一起面对困难,克服它们。每次遇到问题,他们总是在背后无声地鼓励着我,向我伸出援助之手,来进行帮忙,让我一次又一次的克服困难,有能力有信心应对这些问题,一个一个都解决掉。在此,感谢
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本文标题:一种斜拉桥缆索检测机器人的设计和有限元分析含6张CAD图
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