文档介绍：分类号: 密级:公开
UDC: 单位代码:10424

学位论文
钢质壁面爬行机器人的机械本体研究

孔辉

申请学位级别:硕士学位专业名称:机械电子工程
指导教师姓名:王吉岱职称:教授

山东科技大学
二〇一二年五月
论文题目:

钢质壁面爬行机器人的机械本体研究

作者姓名:孔辉入学时间:2009 年 9 月
专业名称:机械电子工程研究方向:机构创新与智能设计
指导教师:王吉岱职称:教授

论文提交日期:2012 年 5 月
论文答辩日期:2012 年 6 月 9 日
授予学位日期:2012 年 6 月 30 日
STUDY OF THE BODY STRUCTURE OF
STEEL-WALL-CLIMBING ROBOT

A Dissertation submitted in fulfillment of the requirements of the degree of

MASTER OF PHILOSOPHY

from

Shandong University of Science and Technology

by

Kong Hui

Supervisor: Professor Wang Jidai

College of Mechanical and Electronic Engineering
May 2012
声明

本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文,除了所列参考文献和世所
公认的文献外,全部是本人在导师指导下的研究成果。该论文资料尚没有呈交
于其它任何学术机关作鉴定。

硕士生签名:

日期:

AFFIRMATION

I declare that this dissertation, submitted in fulfillment of the requirements
for the award of Master of Philosophy in Shandong University of Science and
Technology, is wholly my own work unless referenced of acknowledge. The
document has not been submitted for qualification at any other academic
institute.

Signature:

Date:
山东科技大学硕士学位论文摘要
摘要
大型化工压力容器和各种大型船舶的船体等壁面材料都为钢质材料,一般都是由多
块钢板焊接而成,存在数量众多的焊缝。由于需要长时间在高盐分、高腐蚀和高受压状
态下工作,因此极易产生各种缺陷从而导致材料失效,除此之外,这些钢质壁面一般都
需要进行定期的除锈作业。为保证大型船舶和压力容器能够在安全状态下运行,企业需
要强制对其开展定期的安全检测维修以及除锈工作,而目前这些工作都是由大量工人借
助脚架、吊车等简易设备完成,工作量大,危险系数高,并且维护效果普遍不好。鉴于
此,许多工业发达国家都开始大力研究利用快速发展的机器人技术来完成这些高空高危
作业,并提高作业效率,壁面爬行机器人技术逐渐成为机器人研究领域的研究重点。
根据壁面爬行机器人的工作环境,结合国内外壁面爬行机器人技术的发展状况并在
总结各类壁面爬行机器人优缺点的基础上,提出了一种基于永磁轮行走吸附技术的新型
壁面爬行机器人的机械本体结构,解决了钢质壁面爬行机器人的灵活性不足以及轮式行
走方式引起的吸附力不足的问题。
应用磁路设计原理并结合现代永磁材料,设计了新型的永磁轮机构,并对磁场进行
了理论分析和仿真计算。建立了壁面爬行机器人在壁面吸附状态下的受力模型,对机器
人进行了安全性受力分析,验证了机器人的吸附可靠性。对不同钢质壁面厚度条件下的
永磁轮吸附状态进行了仿真分析,对仿真结果进行了比较判断,确定了壁面爬行机器人
安全运行所需的最小壁面厚度。对壁面爬行机器人爬越焊缝过程进行了动力学仿真分析,
建立了动力学数学模型。
对壁面爬行机器人样机进行了综合性能试验,取得了相应的试验数