大型压力容器无损检测用爬壁机器人的研究

• 作 者: 张捷
• 机 构: 南京工业大学
• 出 处: 南京工业大学
• 发表日期: 2014年期
• 关键词: 爬壁机器人 三角履带轮 动力学仿真 压力容器 无损检测

大型压力容器作为一种高温、高压下工作的特种设备，长期使用易产生缺陷甚至发生事故，为保证其安全运行，须定期进行安全检测。爬壁机器人对在役压力容器无损检测意义重大，因此其研究成为机器人领域一大热点。本文提出一种新型爬壁机器人，采用三角形车身结构，两个三角履带前轮和一个万向后轮，能很好适应压力容器的圆柱形或球形壁面。本文主要研究工作如下:　　根据吸附对象是大型压力容器，属于铁磁性材料，选择永磁吸附方式;根据三点确定一个平面的公里，提出三角式车身结构;结合车轮式爬壁机器人和履带式爬壁机器人的优点，提出三角履带轮式运动方式;此外，提出三角履带轮与车身间的双铰链连接方式，从以上几个方面保证爬壁机器人与圆柱面、球面稳定和可靠贴合。然后根据人孔尺寸等实际情况合理确定三角履带轮式爬壁机器人的尺寸，并利用Pro/e软件完成以上设计的建模工作。　　给出爬壁机器人总体控制方案和无线遥控模块设计，以“单片机+AMR处理器”作为机器人运动控制系统，并对电池、电机等重要部件选型。　　对爬壁机器人滑落和倾覆两种情况分别进行受力分析，计算出安全吸附的条件。对车身、连接件等重要零件进行有限元静态分析，讨论在受力下的应力分布与变形。结果表明，应力值在允许范围内，符合设计要求。其次，对车身进行模态分析，得出前4阶固有频率和相应振型，与外部激振频率对比，为改进和优化设计提供依据。　　引入虚拟样机技术，利用ADAMS软件对爬壁机器人做动力学仿真。将Pro/E中建好的爬壁机器人模型导入至ADAMS中，编辑各组件属性，定义约束和驱动，完成虚拟样机建立。然后设置接触和相关运动参数，进行仿真分析。同时，建立一个传统轮式爬壁机器人进行相同条件的仿真分析，对比其仿真结果可知，新型三角履带轮式爬壁机器人具有吸附稳定、贴合可靠、抗振性好等优点。