摘要
随着环保法规的日趋严格，传统人工喷砂除锈技术已不能满足船舶除锈的需求。为了解决这一技术难题，迫切需要研制出一款用于船舶除锈的爬壁机器人代替人工作业。爬壁机器人通过搭载清洗装置进行除锈，需要具备吸附能力、负载能力和越障能力，本文对此展开研究。 本文提出了一种新型船舶除锈爬壁机器人的结构设计方案，并对其关键设计方案进行了介绍。根据实际工作情况，建立了机器人发生向下滑移失稳和纵向倾覆失稳的力学模型，并对其进行受力分析。根据分析结果，计算出单个吸附单元所需提供的最小吸附力为597.6N，为吸附单元的设计提供了理论依据。 根据机器人不同的运动姿态，建立了机器人直行和转弯运动的力学模型，并对其进行受力分析；根据分析结果，计算出单侧履带所需的最小驱动扭矩为197.7N·m，为机器人驱动元件选型提供依据。针对机器人运动中出现轨迹偏移的情况，对机器人进行转向特性分析，得到了转向中心偏移量ε与转向角δ之间的关系，并计算出最大偏移量为72.65mm,为控制系统添加位移补偿提供了理论依据。 根据机器人对吸附力的要求，建立其磁场理论计算模型。运用Ansoft Maxwell软件对其进行仿真分析，验证其结构设计的合理性，并分析出结构参数L、W、H、h、g与吸附力F之间的关系；采用多因素设计的方法，对其结构参数进行优化设计，优化后的吸附力为628N,提升了21.4%，并通过了实验验证。 基于上述研究，最终研制出爬壁机器人样机，并进行了现场除锈性能测试，样机能够满足船舶除锈要求。
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