【摘 要】
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随着工业自动化技术的高度发展,对工业设备的运维管理提出了更高的要求,然而设备内部结构通常较为紧凑,空间狭小复杂且可能存在障碍物遮挡,使得监测及维护作业困难,传统人工巡检作业困难、效率低,不能实现巡检自动化。在工业狭小复杂及非结构化空间设备运维管理环节,基于连续型机器人理论研究了一种可近距接近或进入工业设备内部进行监测维护的超冗余监测蛇形臂。首先,对工作空间环境及性能指标进行分析,提出了一种基于线驱
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随着工业自动化技术的高度发展,对工业设备的运维管理提出了更高的要求,然而设备内部结构通常较为紧凑,空间狭小复杂且可能存在障碍物遮挡,使得监测及维护作业困难,传统人工巡检作业困难、效率低,不能实现巡检自动化。在工业狭小复杂及非结构化空间设备运维管理环节,基于连续型机器人理论研究了一种可近距接近或进入工业设备内部进行监测维护的超冗余监测蛇形臂。首先,对工作空间环境及性能指标进行分析,提出了一种基于线驱动的超冗余监测蛇形臂,对蛇形臂结构及驱动系统进行了设计优化,所研究蛇形臂由7个模块关节串联构成,每关节由3根驱动线并联控制。结合性能指标,利用几何分析法对超冗余蛇形臂受力情况及驱动力进行了分析,选定了电机类型及通信方式,完成了驱动机构及驱动箱设计。驱动机构为丝杆滑块机构,具有结构简单、运动精度高等优点,且具备自锁功能。驱动箱中各驱动机构呈圆周布置,保证各驱动线受力情况相似,进而提高蛇形臂运动精度。其次,对超冗余蛇形臂进行运动学分析,针对关节驱动线长度变化求解,构建了多关节间的解耦运动学方程。通过MATALB Robtics Toolbox和Simscape对蛇形臂关节运动进行仿真,验证了轨迹规划正确性及蛇形臂关节空间与操作空间运动学分析的正确性,并利用MATLAB对蛇形臂工作空间进行了仿真分析。基于超冗余蛇形臂控制要求,确定运动控制系统总体方案,控制系统包含:上位机,核心控制器,驱动系统,姿态采集系统及姿态控制杆。对关节运动误差进行详细分析,设计了蛇形臂运动姿态采集系统,并提出运动误差补偿方法。最后,搭建了超冗余蛇形臂原理样机,进行圆弧轨迹运动验证了误差补偿方法的有效性。通过开展原理样机空间运动实验,验证了所研究超冗余蛇形臂在狭小复杂及非结构化空间中的灵活运动能力。该论文有图95幅,表8个,参考文献61篇。
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