鐵罐外壁爬行機構設計【含CAD圖紙+文檔】

鐵罐外壁爬行機構設計【含CAD圖紙+文檔】,含CAD圖紙+文檔,鐵罐,外壁,爬行,機構,設計,cad,圖紙,文檔 本科畢業(yè)論文(設計)開題報告 論 文 題 目：鐵罐外壁爬行機結構設計學 院 ： 業(yè) 、 班 級 ： 姓 名： （職稱）： 年 1 月 2 日填 畢業(yè)論文（設計）開題報告要求 開題報告既是規(guī)范本科生畢業(yè)論文工作的重要環(huán)節(jié)，又是完成高質量畢業(yè)論文 （設計）的有效保證。為了使這項工作規(guī)范化和制度化，特制定本要求。一、選題依據(jù) 1. 論文（設計）題目及研究領域； 2. 論文（設計）工作的理論意義和應用價值； 3. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢。二、論文（設計）研究的內容1.重點解決的問題； 2. 擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路）； 3. 本論文（設計）預期取得的成果。三、論文（設計）工作安排 1. 擬采用的主要研究方法（技術路線或設計參數(shù)）； 2. 論文（設計）進度計劃。四、文獻查閱及文獻綜述 學生應根據(jù)所在學院及指導教師的要求閱讀一定量的文獻資料，并在此基礎上通過分析、研究、綜合，形成文獻綜述。必要時應在調研、實驗或實習的基礎上遞交相關的報告。綜述或報告作為開題報告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通順， 較全面地反映出本課題的研究背景或前期工作基礎。 五、其他要求 1. 開題報告應在畢業(yè)論文（設計）工作開始后的前四周內完成； 2. 開題報告必須經(jīng)學院教學指導委員會審查通過； 3. 開題報告不合格或沒有做開題報告的學生，須重做或補做合格后，方能繼續(xù)論文（設計）工作，否則不允許參加答辯； 4. 開題報告通過后，原則上不允許更換論文題目或指導教師； 5. 開題報告的內容，要求打印并裝訂成冊（部分專業(yè)可根據(jù)需要手寫在統(tǒng)一紙張上，但封面需按統(tǒng)一格式打印）。 1 一、選題依據(jù) 1. 論文（設計）題目 鐵罐外壁爬行機結構設計 2. 研究領域 機械設計制造及其自動化—機械設計 3. 論文（設計）工作的理論意義和應用價值 壁面爬行機器人作為極限作業(yè)的一種特殊機器人，越來越受到人們的重視，原因是使用爬壁機器人不僅可以代替人進行危險作業(yè)，而且可以把人們從惡劣的工作環(huán)境中解脫出來。在核工業(yè)、石化行業(yè)以及造船業(yè)等領域的某些特殊作業(yè)環(huán)境中，存在著一系列操作復雜、環(huán)境惡劣等嚴重限制人類作業(yè)的因素，因此，人們也更多地寄希望于爬壁機器人來對儲罐進行視覺檢查、測厚及焊縫探傷、圓柱形大罐或球形罐的內外壁面進行檢查或噴砂除銹、噴漆防腐、噴涂船艦體的內、外壁等工作，從而達到完成作業(yè)同時也保護人類自身安全的雙重目的。 各石油化工企業(yè)都擁有大量的儲油、儲水罐，大部分直徑都在 20-50 m，甚至達100 m 的超大儲罐，高 10-20 m，為了延長使用壽命，需要對這些儲罐進行定期除銹噴涂防腐工作，工作任務繁重。目前這些工作仍然以傳統(tǒng)的搭設腳手架作業(yè)方式為主， 但人工噴涂的質量不易保證，涂料浪費嚴重，另外儲罐內可能殘存有害氣體，影響噴涂工人的身體健康。 為保護工人的身體健康，提高噴涂質量，節(jié)約能源，提高勞動生產(chǎn)率等，本論文的研究圍繞在石油、石化的大型儲罐上實施機器人作業(yè)這一目標，開展壁面爬行機器人平臺的研究，探索更加合適的機器人運動形式，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和運行效率，以便逐步實現(xiàn)替代人工作業(yè)的目的。 4. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢 壁面爬行機器人（簡稱爬壁機器人）是一種能夠在壁面爬行作業(yè)的特殊機器人， 它集機構學、傳感技術、控制和信息技術等為一體，可以代替人進行危險作業(yè)。近幾十年來，隨著科技的不斷進步爬壁機器人的研究已經(jīng)取得了巨大進步，在各個行業(yè)中也得到了越來越廣泛的使用。 2002 年，日本的三菱重工集團研發(fā)出一種輪式永磁吸附爬壁作業(yè)機器人。該機器人具有多種用途，可以攜帶噴槍、刷子和攝像頭等完成噴涂、清洗和檢測工作。噴涂機構安裝在機器人的尾部，由夾持器和噴槍組成，機器人的運動路徑就是噴涂軌跡， 爬壁機器人直線行走形成一字形噴涂軌跡。 1998 年，哈工大研制成功了一種爬壁噴涂機器人，采用永磁吸附、履帶驅動方式，它是專門為石油化工行業(yè)的大型儲罐設計的，移動速度 2-8 m/min，負重大于 30kg， 11 攜帶噴涂工具可完成罐壁噴砂除銹、噴涂防腐、測厚等工作。 2006 年，山東科技大學機器人研究中心，針對大型儲罐的除銹噴涂設計出一種新型油罐噴砂/噴涂設備。該設備安裝有與油罐輪廓線相似的對稱布置的導軌，導軌上對稱布置兩個機器人，其機械手具有俯仰、伸縮和噴槍劃圓功能，作業(yè)時，導軌帶動兩個噴涂機器人沿油罐周向運動，半圈后，由鋼絲繩牽引軸向上升 150-200mm，再反向周向噴涂，如此反復動作完成油罐的壁面涂裝作業(yè)，形成螺旋線周向軌跡，涂層質量較好。 2011 年，山東科技大學機器人研究中心針對船舶造修業(yè)的除銹噴涂作業(yè)研究出另外一種噴涂機器人。它有移動底座、水平移動導軌、豎直移動導軌、柱坐標移動裝置及噴槍機構組成，可以實現(xiàn)船艙內各個平面和曲面的噴涂作業(yè)。移動機器人到達指定位置，噴槍一方面繞自身旋轉畫圓，另一方面沿水平導軌移動，形成螺旋線直線噴槍軌跡，涂層質量較均勻。 二、論文（設計）研究的內容 1. 重點解決的問題 (1) 鐵罐外壁爬行機的結構設計，根據(jù)機爬行機的工作需求確定高效的工作方式， 工作原理并選擇和設計合理的機械結構，利用理論知識進行設計及計算爬行機的工作特性，控制參數(shù)，最終得出設計結果。 (2) 分析鐵罐外壁爬行機運動方式 2. 擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路） (1) 查閱資料，了解做研究課題的研究意義、研究概況和發(fā)展趨勢； (2)利用現(xiàn)有的研究成果及理論知識進行創(chuàng)新，做出總體方案設計； (3)設計計算爬行機的運動方式，確定各個機械元件的型號尺寸； (4)進行爬行機的結構設計。 3. 本論文（設計）預期取得的成果 通過學習及查閱有關資料掌握鐵罐外壁爬行機的工作原理以及其機構的設計, 了解現(xiàn)在鐵罐爬壁機的發(fā)展趨勢、相關技術的對比及市場前景。通過自主設計并選擇最合理的方案設計能夠得到以下結果： (1) 鐵罐外壁爬行機工作原理及總體方案設計； (2)主要部件的結構設計（裝配圖、零件圖） (3)設計說明書； (4)鐵罐外壁爬行機相關的一篇外文翻譯（2000 字以上）。 三、論文（設計）工作安排 1. 擬采用的主要研究方法（技術路線或設計參數(shù)）； 設計參數(shù)：爬壁機外形尺寸大約為 600mm×800mm×600mm，自重 10~30kg，負載重量 10~20kg，爬行速度為 80~200mm/s，清洗速度為 2~3m2/min。 技術路線： a.查閱資料，了解做研究課題的研究意義、研究概況和發(fā)展趨勢； b.制定出鐵罐外壁爬行機的總體方案設計； c.對鐵罐外壁爬行機仿真方案的具體部分進行理論計算； d.進行鐵罐外壁爬行機的結構設計; e.利用計算機輔助設計對方案進行校核。 2. 論文（設計）進度計劃 第一周至第三周：審題、查找資料、寫出文獻綜述。第四周：開題報告。 第五周至第六周：完成系統(tǒng)的方案設計。 第七周至第八周：完成系統(tǒng)結構草圖，進行運動參數(shù)設計計算。 第九周至第十周：對鐵罐外壁爬行機的設計方案進行改進、完善。第十一周至第十二周：完成所有的裝配圖和零件圖。 第十三周：總體完善，達到設計要求，完善畢業(yè)設計說明書。第十四周：制作 PPT，打印相關文件，準備答辯。 四、需要閱讀的參考文獻 [1] 黃金鳳,張陽,于江濤.罐體爬壁機器人控制系統(tǒng)硬件設計[J].機械工程與自動化,2017(02):168-170. [2] 周依霖,張華,葉艷輝,王帥,范宇.永磁吸附履帶式爬壁機器人轉向動力特性分析[J].機械設計,2017,34(02):56-61. [3] 姚秋平,柯文德,武春英.永磁式油罐爬壁機器人研制[J].廣東石油化工學院學報,2016,26(06):40-43. [4] 程楠. 具有壁面過渡能力的磁吸附爬壁機器人系統(tǒng)研究[D].中國計量大學,2016. [5] 張沖沖,閆德峰,劉超冉,劉繁,龔亮.履帶式磁動力爬壁機器人本體設計[J].機電信息,2016(09):111-112. [6] 汪興潮. 船舶除銹爬壁機器人技術研究[D].華南理工大學,2016. [7]滕迪. 負壓爬壁機器人及其控制技術研究[D].北京理工大學,2016. [8] 王偉方,唐曉強,邵珠峰.八索立式儲罐并聯(lián)機器人設計及性能優(yōu)化[J].機械工程學報,2016,52(09):1-8. [9] 黃忠,劉泉,王茂.新型爬壁機器人設計與運動特性分析[J].煤礦機械,2015,36(12):20-23. [10] 閆久江,趙西振,左干,李紅軍.爬壁機器人研究現(xiàn)狀與技術應用分析[J].機械研究與應用,2015,28(03):52-54+58. [11] 孫玲. 除銹爬壁機器人壁面行走控制技術研究[D].大連海事大學,2015. [12]周新建,劉祥勇.大型油罐爬壁機器人吸附結構的優(yōu)化設計[J].機械設計與制造,2014(09):181-184. [13] 任健,杜堅,張超,陳酉江.一種儲油罐內壁清潔機器人的設計[J].信息通信,2014(06):49-50. [14] 何富君,李浩,常忠偉,張瑞杰.儲罐爬壁噴涂機構的運動學分析[J].機械設計與制造,2014(06):210-212+216. [15] 何富君,李浩,張瑞杰,張靈聰.儲罐爬壁機器人的噴漆機構設計及 ADAMS 仿真[J].制造業(yè)自動化,2013,35(21):107-110. [16] 李浩. 儲罐爬壁機器人的噴涂機構研究[D].東北石油大學,2013. [17]Rodrigo Valério Espinoza,André Schneider de Oliveira,Lúcia Valéria Ramos de Arruda,Flávio Neves Junior. Navigation’s Stabilization System of a Magnetic Adherence-Based Climbing Robot[J]. Journal of Intelligent & Robotic Systems,2015,78(1). [18] Chenfei Yan,Zhenguo Sun,Wenzeng Zhang,Qiang Chen. Design of novel multidirectional magnetized permanent magnetic adsorption device for wall-climbing robots[J]. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing,2016,17(7). 附：文獻綜述或報告一、引言 鐵罐外壁爬行機有著很大的發(fā)展前景,國內外也有不少組織進行研究。爬壁機器人作為移動機器人領域一個重要組成部分，由于豎直壁面爬行時，機器人受重力作用需可靠的吸附力保證機器人的安全吸附，這使得機器人的壁面運動能力有所降低，尤其是機器人的壁面過渡問題成為爬壁機器人完成大型豎直壁面檢測任務 的一大難題?，F(xiàn)如今有很多爬壁機的研究成果：將移動機構( 車輪、履帶、腿等) 與將它吸附在壁面上的吸附機構( 磁鐵、吸盤等，根據(jù)使用環(huán)境選擇) 組合起來實現(xiàn)的，它將地面移動技術拓展到垂直空間上，充實了機器人的應用范圍。 二、課題國內外現(xiàn)狀 文獻[6][11]做的是船舶除銹爬壁機器人，除銹爬壁機器人集高壓水、真空回收、氣源、電氣信號等為一體，通過防護吊墜保障機器人爬壁作業(yè)。 機器人采用履帶式行走機構，利用間隙式永磁吸附和真空吸附相結合的方式吸附于船舶壁面。除誘爬壁機器人的基本結構包括移動裝置、吸附裝置Ｗ及除鎊作業(yè)機構裝置，其主體結構框架如圖 1.1 圖 1.1 除繡爬壁機器人主體框架示意圖 履帶式爬壁機器人在轉向時由于履帶存在橫向摩擦力導致驅動力矩大，轉向困難，因此分析爬壁機器人轉向動力學并計算機器人轉向時的驅動力矩至關重要。爬壁機器人轉向是通過兩側驅動輪差速運動實現(xiàn)的，爬壁機器人的轉向半徑和轉向速度也是由兩側驅動輪的運動速度決定的。 文獻[15][16]對儲罐爬壁機器人提出了基于爬壁機器人平臺的 Z 字型噴涂軌跡的實現(xiàn)方法，在噴涂機構上采用了可轉換方位的噴槍導軌，通過噴槍導軌的方位變換以及與機器人速度的配合實現(xiàn)了相互平行的噴涂軌跡，使涂面重疊區(qū)更加合理，能夠實現(xiàn)良好的噴涂效果。以及提出了自上而下的儲罐表面涂裝軌跡規(guī)劃；根據(jù)待施工面的幾何形狀將其劃分為矩形平面和邊角平面，并進行了噴槍軌跡規(guī)劃，進一步提高了機器人的施工效率。 為了實現(xiàn)工作軌跡及噴涂工藝要求，噴涂機器人應具有 6 個自由度，以實現(xiàn)噴槍高度調節(jié)、噴涂行程轉換、噴涂速度調節(jié)、噴射角度調節(jié)、噴槍間距調節(jié)功能。分別由移動座垂直升降機構、導向架旋轉機構、水平移動機構、噴槍座旋轉機構及噴槍間距調整機構實現(xiàn)，另外爬壁機器人提供連續(xù)直線運動。爬壁噴涂機構的結構如圖1.2 所示。 圖 1.2 爬壁噴涂機構的機構圖 文獻[7]參考了國內外不同的爬壁機器人的技術基礎上，主要對爬壁機器人的移動機構，密閉的吸附機構，以及對不同的葉輪進行仿真，來實現(xiàn)了機器人能夠穩(wěn)定的吸附在壁面上并且可以在其上進行移動的操作。其中主要包括機器人的總體機構，運動系統(tǒng)，吸附系統(tǒng)，驅動電路，上位機軟件等機器人的部件從上到下依次分別是：高速無刷電機，葉輪的支撐機構，葉輪，機器人的殼體，最下面是有刷電機和驅動輪。機器人采用的是單吸盤負壓吸附方式，通過四輪驅動機構讓機器人在壁面平穩(wěn)運動， 毛刷式的密封機構保證機器人的氣體不會泄露，使其吸附可靠。高速無刷電機在機器人的殼體外面，從而可以減少對電機的負載，對機器人的傾覆力矩有降低的作用，同時可以減少對吸出的氣體的阻擋，提高機器人的性能和效率。 文獻[1]罐體爬壁機器人控制系統(tǒng)硬件設計，所實現(xiàn)的功能如下：①實現(xiàn)爬行機構前后滑塊組件抬腿、落腿；②按需要調節(jié)爬壁機器人爬行動作速度；③電磁鐵協(xié)調抬腿、落腿動作按周期性工作，為機身提供吸附力；④前行或后退過程能主動避障； ⑤打磨電機按路徑打磨壁銹。 罐體爬壁機器人控制系統(tǒng)采用施耐德一體化驅動方式，機器人本體控制部分主要由４臺直行電機、一臺轉向電機、一臺打磨電機、遠程Ｉ／Ｏ模塊以及吸附電磁鐵組成。 圖 1.3 爬壁機器人控制系統(tǒng)結構框圖 文獻[13]內壁清潔機器人的機器人單元是基于飛思卡爾 MC9S12XS12 單片機機制的四輪磁力吸附式爬壁機器人，能夠執(zhí)行前進、后退、轉彎等動作，并具有對儲油罐壁的清潔和監(jiān)測的功能；遙控器單元主要功能是控制機器人單元動作，并對視頻采集器以及清洗機構進行控制；上位機單元采用 Visul Basic6.0 編寫完成，其主要功能是接收來自視頻采集器的數(shù)據(jù)并將儲油罐內的圖像顯示在電腦屏幕上，而且能計算機器人的位置坐標，對機器人定位并顯示其行進路線，便于快速確定檢測缺陷的位置 三、發(fā)展趨勢 爬壁機器人由于其作業(yè)環(huán)境的特殊性，己經(jīng)成為機器人技術發(fā)展的熱點之一。而爬壁機器人以其綠色環(huán)保、解放人力等優(yōu)點，在船舶壁面除銹、大型儲罐清理等領域具有重要的應用價值。一般來說，爬壁機器人工作量很大，自動化改進需求迫切，但在壁面定位、路徑規(guī)劃、自動控制等方面的研究還不滿足應用要求。除繡爬壁機器人工作過程中的變負載特性，給其運動控制帶來了困難。 目前爬壁機器人不同的研究方向主要歸結于吸附方式與運動形式上兩點。根據(jù)上述研究現(xiàn)狀，大多數(shù)研究者是根據(jù)使用用途選用吸附方式，如在玻璃或光滑壁面上工作時，主要采用真空吸附或者仿生吸附，在鋼制壁面上主要采用磁力吸附，主要包括永磁吸附和電磁吸附; 而在復雜壁面上或者是彎曲壁面上大多采用混合吸附方式，目前爬壁機器人的吸附方式主要有真空吸附 磁力吸附、仿生吸附、靜電吸附、推力吸附、機械吸附。 四、存在問題 爬壁機器人經(jīng)過幾十年的研究發(fā)展，取得了一定的成績，但是從產(chǎn)業(yè)化或者是從研究應用來講，還有很大的差距，總體來看爬壁機器人技術還存在一些難以克服的問題: (1) 工業(yè)應用與樣機驗證的差距。 (2) 運動靈活性與吸附穩(wěn)定性之間的矛盾。(3) 仿生研究與功能性的背道而馳。 指導教師評閱意見（對選題情況、研究內容、工作安排、文獻綜述等方面進行評閱） 審核 意 教研室主任意見 見  簽字： 年 月 日 簽字： 年 月 日 學院教學指導委員會意見 簽字： 年 月 日公章：