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井架攀爬机器人设计与抗倾覆分析

钟功祥 宋华 严鹏 严陶 申伟

钟功祥, 宋华, 严鹏, 严陶, 申伟. 井架攀爬机器人设计与抗倾覆分析[J]. 机械科学与技术, 2022, 41(6): 840-848. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200419
引用本文: 钟功祥, 宋华, 严鹏, 严陶, 申伟. 井架攀爬机器人设计与抗倾覆分析[J]. 机械科学与技术, 2022, 41(6): 840-848. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200419
ZHONG Gongxiang, SONG Hua, YAN Peng, YAN Tao, SHEN Wei. Design of Derrick Climbing Robot and its Anti-overturning Analysis[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2022, 41(6): 840-848. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200419
Citation: ZHONG Gongxiang, SONG Hua, YAN Peng, YAN Tao, SHEN Wei. Design of Derrick Climbing Robot and its Anti-overturning Analysis[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2022, 41(6): 840-848. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200419

井架攀爬机器人设计与抗倾覆分析

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200419
基金项目: 

省部共建"石油天然气装备"教育部重点实验室(西南石油大学)项目 2018sts03

详细信息
    作者简介:

    钟功祥(1962-), 教授, 硕士生导师, 研究方向为石油机械工程, 973786455@qq.com

  • 中图分类号: TH122

Design of Derrick Climbing Robot and its Anti-overturning Analysis

  • 摘要: 为了提前发现并解决JJ225/45-K型井架大腿上出现的损伤、腐蚀等问题, 基于永磁体与井架大腿的吸附原理, 设计了一种可以携带检测和维修装置的井架攀爬机器人结构。首先对该井架攀爬机器人结构的攀爬足、攀爬步态加以分析, 发现越障步态和空间翻转步态容易发生倾覆; 运用Ansoft Maxwell软件对机器人吸附足永磁体磁力仿真分析, 发现初选的永磁体尺寸不满足使用要求, 调整了吸附足上永磁体的尺寸; 最后通过Adams软件对攀爬机器人进行抗倾覆分析, 验证调整永磁体尺寸后的攀爬机器人工作的安全性, 验证发现调整尺寸后的永磁体吸附足可以安全的在井架上攀爬而不会发生倾覆。
  • 图  1  机器人结构示意图

    图  2  吸附足结构示意图

    图  3  吸附足永磁排列方式

    图  4  越障步态示意图

    图  5  空间翻转步态示意图

    图  6  越障步态的力矩分析简图

    图  7  空间翻转步态的力矩分析简图

    图  8  Q345的B-H特性曲线

    图  9  吸附力和距离的关系

    图  10  不同永磁体尺寸下吸附力与距离的关系

    图  11  调整尺寸后吸附力与距离关系

    图  12  机器人模型及运动副示意图

    图  13  9 s时攀爬机器人倾覆瞬时姿态

    图  14  10 s时攀爬机器人倾覆瞬时姿态

    图  15  前10 s内接触力变化曲线

    图  16  前10 s内夹角变化曲线

    图  17  整个越障过程接触力变化曲线

    图  18  整个越障过程夹角变化曲线

    图  19  空间换面倾覆示意图

    图  20  运动状态图

    图  21  90°情况分析结果

    图  22  85°情况分析结果

    图  23  85°情况下增加吸附力后分析结果

    表  1  重力参数表

    G1/N G2/N G/N
    78.4 37.24 353.78
    下载: 导出CSV

    表  2  尺寸参数表 mm

    L1 L2 L3 L4 L5 y1 y2 y3
    200 357.5 435 524 170 140 198 535
    下载: 导出CSV

    表  3  NdFeB N35性能参数

    剩磁Br/T 矫顽力Hcb/(A·m) 最大磁能积/(kJ·m-3) 内禀矫顽力/(kA·m-1) 最高工作温度/℃
    1.17~1.12 860~907 279 ≥955 80
    下载: 导出CSV
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  • 收稿日期:  2020-09-28
  • 刊出日期:  2022-06-25

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