帶滑動式吸盤的爬壁機器人運動特性分析及其應用研究.pdf_第1頁
已閱讀1頁,還剩124頁未讀, 繼續(xù)免費閱讀

下載本文檔

版權說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權,請進行舉報或認領

文檔簡介

1、爬壁機器人 (Wall Climbing Robot,WCR) 是一種在壁面環(huán)境下作業(yè)的自動化機械裝置,可將人從危險、繁重的工作中解脫出來,并能有效降低成本、提高作業(yè)效率和自動化水平.根據(jù)吸盤的壁面運動特點分類,WCR 可分為帶普通吸盤和帶滑動式吸盤 (Sliding Suction Cup,SSC)兩種機構形式.與普通吸盤通過交替吸附方式實現(xiàn)壁面移動不同,SSC與壁面間存在相對滑動,帶 SSC 的 WCR 能連續(xù)運動,具有機構簡單、移

2、動靈活、速度快等優(yōu)點.但SSC吸附力不是越大越好,且易受壁面環(huán)境和運動狀態(tài)影響,吸附力大小一定程度上決定了該類 WCR 的壁面運動特性.因此,如何設計WCR的運動機構和SSC結(jié)構,保證在穩(wěn)定且可靠吸附的前提下獲得優(yōu)異的運動性能是研究該類WCR的關鍵問題之一.本文首先針對帶SSC的輪式WCR (Wheeled WCR,WWCR),分析了SSC吸附力和WCR自身質(zhì)量的變化對其運動特性的影響.在此基礎上,為了促進帶SSC的WCR在平面幕墻清洗

3、領域的應用,設計了 WWCR的簡化機構:一種壁面牽引滑動式清洗機器人 (Wall S1iding CleaningRobot,WSCR),并和WWCR運動特性和工作能力進行了比較.最后通過對WSCR和WWCR兩種SSC結(jié)構負壓吸附特性的對比分析,提出了進行SSC結(jié)構設計的指導原則和負壓控制方法.本文主要研究內(nèi)容如下: (1) 變SSC吸附力和變質(zhì)量情況下WWCR的動力學建模.首先建立了純滾動假設條件下基于Routh方程的雙輪差速

4、 WWCR 動力學模型,用來分析在復雜多變的壁面環(huán)境下SSC吸附力的波動對 WWCR 運動特性的影響,并可將吸附力作為輔助容許控制變量,調(diào)整和改善WWCR的運動性能;進一步將一類自身拖曳電纜或作業(yè)原料(如清洗液、油漆)等質(zhì)量或負荷隨著作業(yè)高度和進度發(fā)生變化的WCR (包括WWCR)看作變質(zhì)量物體,針對質(zhì)點動力學兩類基本問題,基于變質(zhì)量牛頓力學建立了WCR的動力學模型.最后建立了變SSC吸附力和變質(zhì)量情況下WWCR的動力學模型.仿真分析表

5、明,SSC吸附力和自身質(zhì)量的變化對這一類WCR(包括WWCR)運動特性的影響很大,建立的動力學模型為其運動控制和路徑規(guī)劃提供了理論依據(jù). (2)驅(qū)動輪打滑時WWCR的壁面運動特性分析.SSC吸附力相對不足和重力的影響、以及吸附力和質(zhì)量的變化是造成WWCR經(jīng)常發(fā)生打滑的主要原因.采用增廣廣義坐標轉(zhuǎn)移法,兼顧驅(qū)動輪的縱向和側(cè)向滑移,建立了打滑運動學模型;分別基于小參數(shù)奇異攝動法和車輛動力學理論建立了打滑動力學模型,并基于滑轉(zhuǎn)率理論,

6、建立了WWCR的牽引力控制系統(tǒng)模型.仿真算例表明,通過對SSC吸附力和驅(qū)動力矩的協(xié)調(diào)控制,可調(diào)節(jié)打滑程度,彌補打滑引起的運動軌跡偏移.最后提出了使WWCR能量消耗最小的吸附力最優(yōu)控制問題. (3)SSC吸附力變化對WWCR.轉(zhuǎn)向運動和越障性能的影響分析.轉(zhuǎn)向能力是體現(xiàn)越障性能的主要方面,首先分析了姿態(tài)傾斜的原因,得到了WWCR的轉(zhuǎn)向運動學和動力學模型.定義了轉(zhuǎn)向阻力系數(shù)、轉(zhuǎn)向靈活度和外側(cè)輪轉(zhuǎn)向功率系數(shù)作為評價WWCR轉(zhuǎn)向運動性能

7、的指標,為SSC結(jié)構參數(shù)設計與優(yōu)化、驅(qū)動電機功率選擇和校驗提供了理論指導.針對帶三個SSC的WWCR越障過程進行了動力學分析,考察了可靠越障對SSC吸附力的要求. (4)提出了一組新穎的平面型玻璃幕墻清洗機器人結(jié)構設計原則,據(jù)此設計了多種自身無行走驅(qū)動裝置并帶有SSC的壁面牽引清洗機器人系統(tǒng)WSCR.WSCR的本體在樓頂卷揚機的牽引作用下,依靠自身重力在保持壁面吸附的同時完成移動和清洗作業(yè).介紹了目前已經(jīng)設計實現(xiàn)的兩個本體模型、

8、工作流程和機構改進措施,并提出了采用壁面牽引滑動為主、輪式姿態(tài)調(diào)整為輔運動方式的第三個本體模型;分析了WSCR本體的動力學、從動滾輪打滑、轉(zhuǎn)向和越障等運動特性,通過實驗測試了自行設計的輪式單SSC的轉(zhuǎn)向性能,得到了各指標基本隨吸附力線性變化的關系曲線.介紹了WSCR的主從分布式控制系統(tǒng)和兩個本體模型的戶內(nèi)外試驗情況.現(xiàn)場試驗表明,盡管本體運動自由度有限,但在平面幕墻清洗領域,能避免WWCR運動控制復雜、易受SSC吸附力和質(zhì)量變化的影響及

9、負載受限等缺點,和其它清洗機器人相比,具有機構簡單、成本低、工作效率高、清洗效果好、實用化程度較高的特點. (5)SSC的負壓吸附特性分析及其結(jié)構優(yōu)化設計方法.將SSC看作流體管路系統(tǒng),基于伯努利方程推導了流體流動的能量傳輸方程,得到了負壓與各工作參數(shù)的關系式.分別建立了WSCR和WWCR兩種SSC結(jié)構的流體模型,得到了在電風機開啟和關閉、越障以及遭遇壁面縫隙時的等效電路和負壓響應,并進行了對比分析.通過實驗得到了WSCR的SS

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預覽,若沒有圖紙預覽就沒有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 眾賞文庫僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負責。
  • 6. 下載文件中如有侵權或不適當內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準確性、安全性和完整性, 同時也不承擔用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

評論

0/150

提交評論