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飞机蒙皮检测爬壁机器人结构设计与运动分析

诸葛晶昌 曾昭鹏 徐鋆 吴军

诸葛晶昌,曾昭鹏,徐鋆, 等. 飞机蒙皮检测爬壁机器人结构设计与运动分析[J]. 机械科学与技术,2021,40(4):641-648 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200084
引用本文: 诸葛晶昌,曾昭鹏,徐鋆, 等. 飞机蒙皮检测爬壁机器人结构设计与运动分析[J]. 机械科学与技术,2021,40(4):641-648 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200084
ZHUGE Jingchang, ZENG Zhaopeng, XU Jun, WU Jun. Mechanical Structure Design and Motion Analysis for Wall-climbing Robot of Aircraft Skin Detection[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2021, 40(4): 641-648. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200084
Citation: ZHUGE Jingchang, ZENG Zhaopeng, XU Jun, WU Jun. Mechanical Structure Design and Motion Analysis for Wall-climbing Robot of Aircraft Skin Detection[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2021, 40(4): 641-648. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200084

飞机蒙皮检测爬壁机器人结构设计与运动分析

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200084
基金项目: 国家自然科学基金青年基金(52005500)、国家重点实验室开放课题(PILAB1707)、天津市教委科研项目(2018KJ242)、中央高校基本科研业务费(3122019088)及国家自然科学基金青年项目(61405246)
详细信息
    作者简介:

    诸葛晶昌(1981−),副教授,硕士生导师,研究方向为检测技术及民航特种装备,12315414@qq.com

    通讯作者:

    吴军,副教授,硕士生导师,j_wu@cauc.edu.cn

  • 中图分类号: TH69

Mechanical Structure Design and Motion Analysis for Wall-climbing Robot of Aircraft Skin Detection

  • 摘要: 针对传统的飞机蒙皮检测技术效率低、工作周期长、识别率差等问题,提出了一种能够自主完成飞机蒙皮检测工作的螺旋桨推力吸附式爬壁机器人。首先,以爬壁机器人应用背景为基础,进行了机器人的机械结构设计,以履带传动作为其移动机构,设计了相应的履带变形机构,提升其自适应越障性能,并利用螺旋桨提供其反向运行吸附力;其次,分析了其爬坡运动稳定性;最后,建立了机器人的运动学模型,分析了其越障能力,论证了其应用于飞机蒙皮检测的可行性。
  • 图  1  爬壁机器人结构示意图

    图  2  丝杠螺母移动距离与履带上扬角度的关系

    图  3  滑移距离与连杆仰角关系

    图  4  机器人在蒙皮下表面行驶时受力分析

    图  5  $\alpha = 0^\circ $时下表面行驶时受力分析

    图  6  爬壁机器人纵向爬坡示意图

    图  7  连杆最大仰角时纵向爬坡示意图

    图  8  连杆抬起角度不同情况下的质心分布图

    图  9  机器人横坡运动示意图

    图  10  爬壁机器人履带侧壁效应示意图

    图  11  机器人运动模型示意图

    图  12  直线运动分析

    图  13  机器人转向运动分析

    图  14  机器人跨越凸台越障过程

    图  15  机器人越障高度示意图

    表  1  机器人初步设计参数

    名称参数
    车体尺寸$m \times n \times k$ ${\rm{350}}\;{\rm mm} \times {\rm{270}}\;{\rm mm} \times {\rm{170}}\;{\rm mm}$
    驱动轮直径${d_1}$ ${\rm{35}}\;{\rm mm}$
    从动轮直径${d_2}$ ${\rm{35}}\;{\rm mm}$
    支撑轮直径${d_3}$ ${\rm{80}}\;{\rm mm}$
    履带轮宽度c(包括挡边) ${\rm{13}}\;{\rm mm}$
    履带宽度$b$ ${\rm{50}}\;{\rm mm}$
    支撑轮间距离${D_1}$ ${\rm{160}}\;{\rm mm}$
    连杆${l_{\rm{2}}}$ ${\rm{104}}\;{\rm mm}$
    连接杆${l_5}$ ${\rm{65}}\;{\rm mm}$
    上调节杆${l_1}$ ${\rm{185}}\;{\rm mm}$
    丝杠长度$l_s$ ${\rm{130}}\;{\rm mm}$
    丝杠与支撑轮中心距离${h_1}$ ${\rm{125}}\;{\rm mm}$
    驱动轮与从动轮间距离${D_2}$ $3{\rm{10}}\;{\rm mm}$
    电机输出减速器传动比ig $1:2$
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    表  2  机器人性能指标

    机器人重量6 kg左右
    最大纵向爬坡角度 50°左右
    理论跨越障碍物高度 ${\rm{90}\; }{\rm{mm}}$
    运行速度 ${ {0} }{\rm{.1} }\;{\rm{m/s}}$
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-09-17
  • 网络出版日期:  2021-04-16
  • 刊出日期:  2021-04-16

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