船舶壁面除锈爬壁机器人的研究

爬壁机器人属于特种作业机器人的一种,在核工业、石化企业、建筑行业、消防部门、修造船等领域均有广泛的应用。自二十世纪六十年代出现以来,一直受到世界各国的关注。本文研究的船舶壁面除锈爬壁机器人是结合本实验室与南通中远船务工程有限公司的合作项目“船舶壁面超高压水射流除锈机理与成套设备技术研究开发”而开展的,旨在研制出能够进行船舶壁面超高压水射流除锈的爬壁机器人,其在修造船领域具有广阔的应用前景。 论文首先系统综述了爬壁机器人的国内外研究发展概况,在此基础上,针对船舶除锈对爬壁机器人的功能要求,提出了采用永磁吸附、履带行走以及交流伺服电机驱动的除锈爬壁机器人本体结构方案;根据这一方案,研究设计了除锈爬壁机器人本体结构中的吸附机构、驱动系统、传动机构以及用于除锈作业的真空除锈器;根据船体型线模型建立了爬壁机器人在船体表面上的一般空间位姿,对处于任意空间位姿下的爬壁机器人的静态受力与稳定性进行了系统的研究,并对理论研究结果进行了仿真分析,得到了爬壁机器人在船体表面上的可靠吸附与永磁吸附单元磁吸附力之间的定量关系;根据理论力学相关知识,对除锈爬壁机器人的动态受力与驱动平衡进行了深入的研究,并结合仿真分析,得到了爬壁机器人在运动过程中其驱动系统所需满足的条件;最后根据船舶除锈对爬壁机器人的控制要求,确定了控制系统采用上下位机两级分布式的控制方案,并分别对上下位机控制系统的硬件和软件作了详细地设计。在此基础上,搭建了爬壁机器人控制系统的硬件实物,并进行了相关实验测试,为实现爬壁机器人的运动控制打下了基础。