行星轮爬壁机构的运动仿真与有限元模态分析.pdfVIP

学兔兔 第1期 (总第164期) 机 械 工 程 与 自动 化 No．1 2011年2月 MECHANICAL ENGINEERING & AUT0MAT10N Feb． 文章编号：1672—6413(2011)01—0044—03 行星轮爬壁机构的运动仿真与有限元模态分析 常萍萍 ，穆塔里夫·阿赫迈德 ，李 森 (1．新疆大学 机械工程学院，新疆 鸟鲁木齐 830047；2．河南理．7-大学机械与动力工程学院，河南 焦作 454003) 摘要：基于UG平台。以行星轮爬壁机构为研究对象，根据设计要求完成了其所有零部件的结构设计、三维建 模及虚拟装配；应用ADAMS对其进行运动仿真，得到位移～时间、角速度一时间的关系曲线，为行星轮爬 壁机构的动力学分析提供了科学依据；应用ANSYS软件进行了有限元模态分析，得到了前6阶模态和振型 图，使机构的固有频率避开了共振频率，减小了机构的振动。 关键词：爬壁机构；虚拟装配；运动仿真；模态分析 中图分类号：TP242：TP391．9 文献标识码：A 0 引言 退和转弯操作。并提出了“镜像思想”，摆脱铁壁的限 长期以来，人们就向往能在垂直峭壁上爬行，进 制，真正实现在任意墙壁上爬行的功能。 行各种作业，近年来出现的爬壁机器人实现了这种功 I 三维建模及运动仿真 能。由于在垂直陡壁上作业是非常困难和危险的，并 1．1 三维建模和虚拟装配 且超越了人的能力极限，因此在国外称此类机器人为 在行星轮爬壁机构的装配体中一共有3O多个组 极限作业机器人。它一经问世，就受到了各方的重视。 成零件，其中主要零件有10个，包括齿轮类、轴类及 英国在爬壁机器人领域取得了许多成果。2O世纪 箱体类零件等。装配时，先以机架为顶层部件，依次 90年代初RTD公司推出了轮式磁吸附爬壁机器人 装配对称的两根轴、两个电磁铁，然后装配和阵列螺 (取名Beetle)，其最高爬行速度达12 m／rain，可以每 钉，再装配两齿轮和螺母，最后装配电机轴部件、套 隔一定距离自动记录壁厚，最高爬行高度为25 m。最 筒、小齿轮等零件。图1为行星轮爬壁机构的虚拟装 近来自英国的报道，一种取名为罗布格三号的爬壁机 配图。 器人在贝德福市作演示，它有8条腿，类似巨型蜘蛛， 能负重100 kg，可越障，能将砖放人准确位置，研制者 计划将其应用于建筑行业。俄罗斯彼得堡国立技术大 学也研制成功负压吸附爬壁机器人。 我国自2O世纪9O年代以来，有许多单位成功研 制出各种类型与功能的爬壁机器人。上海交通大学研 制成功测量大罐容积的磁吸附爬壁机器人；哈尔滨理 工大学研制成功测量大罐漆膜厚度的履带复合式爬壁 机器人；哈尔滨工业大学研究所在“863计划”支持下， 于1994年研制成功核工业用的壁面爬行遥控检查机 图 1 行星轮爬壁机构的虚拟装配图 器人，最近又与大庆采油一厂合作，研制成功采油行 1．2 运动仿真 业中大量使用的储罐防腐用喷吵、喷漆履带式磁吸附 运动分析可以进行机构的干涉分析，跟踪零件的 爬壁机器人。 运动轨迹，分析机构的速度、加速度、作用力、反作 本文设计制作的行星轮爬壁机构是机械与电子完