涂 樸,嚴(yán) 鵬,竹錦霞,夏 林,何 潔

(1.四川文理學(xué)院智能制造學(xué)院，四川 達(dá)州 635000；2.貴州航天天馬機(jī)電科技有限公司，貴州 遵義 563000；3.中國石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司，四川 成都 610213)

0 引言

作為起升系統(tǒng)的支撐體，石油井架的安全性與穩(wěn)定性在很大程度上影響著石油鉆采的進(jìn)程。由于石油鉆機(jī)井架惡劣的作業(yè)環(huán)境以及搬遷、安裝等過程中其他不可抗拒因素的影響，石油井架主體鋼架結(jié)構(gòu)會(huì)逐步產(chǎn)生不同程度的腐蝕、磨損、疲勞和變形等局部或整體缺陷。這些缺陷將嚴(yán)重降低石油井架的工作壽命、工作效率、承載能力、生產(chǎn)安全系數(shù)等綜合性能，為鉆井、修井作業(yè)帶來嚴(yán)重的安全隱患[1]。

為使井架損傷能夠被及時(shí)發(fā)現(xiàn)和修復(fù)，以免釀成生產(chǎn)事故，保證生產(chǎn)的正常運(yùn)行，需要定期對(duì)石油井架進(jìn)行相關(guān)安全評(píng)定。就井架安全評(píng)定而言，國外目前主要側(cè)重于外觀勘察、簡易診斷、一般處理與預(yù)防這3個(gè)方面。其中，外觀勘察主要是針對(duì)明顯缺陷，例如截面銹蝕、桿件初始彎曲、井架整體初變形、節(jié)點(diǎn)剛性降低等[2]；簡易診斷多側(cè)重于定性分析；處理與預(yù)防局限于井架理論分析和測試研究的基礎(chǔ)。在國內(nèi)，對(duì)結(jié)構(gòu)的研究要么是以強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性理論為主的評(píng)定理論，要么是可靠性評(píng)定理論和模糊評(píng)定理論。因?yàn)榫芙Y(jié)構(gòu)本身相對(duì)復(fù)雜，且缺陷相對(duì)多樣，所以難以獲得精確評(píng)定結(jié)果的方法。因此，在實(shí)際工程中是通過井架現(xiàn)場承載試驗(yàn)測取井架的應(yīng)力、位移及結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性，并根據(jù)現(xiàn)場測試結(jié)果采用安全評(píng)定理論以線性外推的方法確定在用井架的安全承載能力[3]。但此種方法費(fèi)時(shí)耗力。

此外，井架立柱缺陷作為影響井架承載能力的最大因素，存在著一種“隱形”的缺陷[4]——內(nèi)蝕：若主立柱是管柱型材且存有孔隙，雨水就有可能通過孔隙滲透到立柱內(nèi)部，從而產(chǎn)生封閉銹蝕，在雨水銹蝕作用下，立柱壁會(huì)變薄。目前，陸地應(yīng)用較廣的是K 形井架[5]。K形井架受載時(shí),其最大受力部位為井架大腿。井架大腿的強(qiáng)度大小決定整個(gè)井架的承載能力。若其井架大腿發(fā)生局部桿件截面銹蝕，會(huì)使得截面尺寸減小，從而引起大腿應(yīng)力的變化，進(jìn)而影響整個(gè)井架的穩(wěn)定性[6]。因此，對(duì)井架大腿內(nèi)部銹蝕進(jìn)行檢測顯得尤為重要。隨著探傷科技的飛速發(fā)展，越來越多的無損探傷設(shè)備應(yīng)用在各種工程領(lǐng)域。這些檢測設(shè)備不僅可以檢查出肉眼無法察覺的工件內(nèi)部缺陷，也可以極大地提高檢查的準(zhǔn)確性和可靠性。

本文研究的目的在于設(shè)計(jì)一種攀爬機(jī)器人，以攜帶檢測設(shè)備儀器對(duì)井架主立柱進(jìn)行探傷，檢測出“隱藏”的缺陷。

1 機(jī)器人結(jié)構(gòu)與步態(tài)

1.1 機(jī)器人結(jié)構(gòu)

本文主要以JJ225/45-K型井架為攀爬對(duì)象完成相關(guān)設(shè)計(jì)。該井架高度為45.2 m，井架大腿采用320 mm×200 mm×5 mm的矩形鋼，鋼架整體采用Q345鋼材[6]。機(jī)器人結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 機(jī)器人結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic diagram of robot structure

該機(jī)器人主要由吸附模塊、旋轉(zhuǎn)平臺(tái)、電推桿、搭載平臺(tái)、橫向移動(dòng)臂、縱向移動(dòng)臂等部件組成。整個(gè)機(jī)器人呈對(duì)稱布置。其攀爬動(dòng)力源為搭載平臺(tái)兩側(cè)的電推桿。旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的作用在于：①空間翻轉(zhuǎn)步態(tài)中為兩側(cè)縱向移動(dòng)臂提供擺動(dòng)輸出；②控制吸附模塊的吸附面朝向攀爬面。縱向移動(dòng)臂用于越障步態(tài)與空間翻轉(zhuǎn)步態(tài)的姿態(tài)調(diào)節(jié)；橫向移動(dòng)臂用于空間翻轉(zhuǎn)步態(tài)姿態(tài)調(diào)節(jié)以及正常攀爬步態(tài)偏移修正。

1.2 機(jī)器人三種步態(tài)

1.2.1 正常步態(tài)

機(jī)器人正常步態(tài)如圖2所示。初始時(shí)，兩足均處于吸附狀態(tài)，如圖2(a)所示；隨后，前吸附足停止吸附，并與搭載平臺(tái)共同運(yùn)動(dòng)至極限位置，如圖2(b)所示；接著，前吸附足吸附，后吸附足釋放，后吸附足回收至極限位置，如圖2(c)所示；如此往復(fù)循環(huán)，即實(shí)現(xiàn)整個(gè)攀爬過程。

圖2 機(jī)器人正常步態(tài)示意圖Fig.2 Schematic diagram of normal gait of robot

1.2.2 越障步態(tài)

當(dāng)機(jī)器人臨近凸起的段與段或桿與桿之間的螺栓連接區(qū)域時(shí)，可以采用越障步態(tài)直接越過障礙。機(jī)器人越障步態(tài)如圖3所示。其運(yùn)動(dòng)過程如下。

①在縱向移動(dòng)臂的作用下，搭載平臺(tái)被上舉到一定高度，如圖3(a)所示。

②前吸附足提升至可以越過障礙物的高度，如圖3(b)所示。

③在推桿推力的作用下，前吸附足向前移動(dòng)并跨過障礙物，如圖3(c)所示。

④后吸附足與障礙物之間還存在一定的距離，需要采用正常攀爬步態(tài)進(jìn)行攀爬過渡，直到后吸附足攀爬到合適的越障位置，如圖3(d)所示。

⑤后吸附足運(yùn)動(dòng)至合適的越障位置后，采用與前吸附足一樣的越障方式進(jìn)行障礙，如圖3(e)所示。

⑥雙吸附足均吸附在攀爬面上，搭載平臺(tái)下放，完成整個(gè)越障過程，如圖3(f)所示。

圖3 機(jī)器人越障步態(tài)示意圖Fig.3 Schematic diagram of robot obstacle climbing gait

1.2.3 空間翻轉(zhuǎn)步態(tài)

當(dāng)機(jī)器人攀爬至橫撐桿與主弦桿相連接處時(shí)，無法繼續(xù)進(jìn)行直線攀爬，需要通過空間翻轉(zhuǎn)步態(tài)來越過阻礙。機(jī)器人空間翻轉(zhuǎn)步態(tài)如圖4所示。

圖4 機(jī)器人空間翻轉(zhuǎn)步態(tài)示意圖Fig.4 Schematic diagram of the robot spatial flipping gait

機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過程如下。

①搭載平臺(tái)在電機(jī)作用下沿縱向移動(dòng)臂抬升至指定位置，如圖4(a)所示。

②首先，縱向移動(dòng)臂在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的作用下帶動(dòng)搭載平臺(tái)旋轉(zhuǎn)90°。然后，搭載平臺(tái)在絲桿導(dǎo)軌作用下，沿橫向移動(dòng)臂移動(dòng)，如圖4(b)所示。

③后吸附足在縱向移動(dòng)臂的作用下進(jìn)行抬升，離開原吸附面，如圖4(c)所示。

④在橫向移動(dòng)臂的作用下，后吸附足模塊移動(dòng)至新攀爬面的合適位置，如圖4(d)所示。

⑤在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的作用下，后吸附足吸附面旋轉(zhuǎn)至新攀爬面并吸附，如圖4(e)所示。

⑥前吸附足參照相同的流程完成換面吸附，至此完成換面攀爬，如圖4(f)所示。

2 靜力學(xué)分析

2.1 永磁體排布方式選擇

永磁體的數(shù)量、大小與布置形式在很大程度上影響著整個(gè)吸附模塊的性能。吸附模塊中永磁體的基本布置形式有環(huán)形布置、矩形布置與直線布置。采用環(huán)形布置的吸附模塊，其永磁體的形心位于同一個(gè)圓上，結(jié)構(gòu)比較緊湊；采用矩形布置的吸附模塊在兩個(gè)正交方向的抗傾覆性能相差較大；采用直線布置的吸附模塊是單方向永磁體，形心都在一條直線上，當(dāng)機(jī)器人進(jìn)行側(cè)面翻轉(zhuǎn)換向時(shí)，發(fā)生傾覆的可能性最大。因此，本文所設(shè)計(jì)的攀爬機(jī)器人的吸附模塊中永磁體采用環(huán)形布置。典型的環(huán)形布置如圖5所示[7]。

圖5 典型的環(huán)形布置示意圖Fig.5 Typical annular arrangement

在確定的吸附支撐狀態(tài)下，攀爬機(jī)構(gòu)吸附模塊的抗傾覆承載能力為[8]：

(1)

式中：FS為磁體的吸附力；R0i為向量R0的元素,i=1,2,...,n,n為R0的元素個(gè)數(shù)。

R0=A-1Q0

(2)

式中：矩陣A為與工作磁塊位置(xi,yi)有關(guān)的矩陣，n×n；Q0為單位載荷向量,n×1;R0為n×1的向量。

通過MATLAB求解得到的單位圓下單位力抗傾覆能力求解結(jié)果如表1所示。

表1 單位圓下單位力抗傾覆能力求解結(jié)果Tab.1 Solution results of anti-overturning capacity of unit force under unit circle

由計(jì)算結(jié)果可以看出，采用六邊形布置的抗傾覆能力明顯大于其他幾種形式。但考慮到加工成本、吸附模塊大小和能耗問題，擬采用4個(gè)吸附磁塊，經(jīng)過比較最終采用正方形布置。

2.2 抗滑移力學(xué)分析

在整個(gè)攀爬過程中，當(dāng)前足或后足進(jìn)行單一吸附時(shí)，即機(jī)器人在蠕動(dòng)前進(jìn)的過程中，發(fā)生滑移的可能性最大。因?yàn)檎w結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，無論是前足吸附還是后足吸附，吸附模塊提供的吸附力所產(chǎn)生的摩擦力克服的重力是相同的。對(duì)后足吸附、前足釋放的狀態(tài)進(jìn)行力學(xué)分析。單足吸附時(shí)機(jī)器人受力情況如圖6所示。

圖6 單足吸附時(shí)機(jī)器人受力情況Fig.6 Force of robot during single foot absorption

若機(jī)器人不發(fā)生滑移，則有：

(3)

如圖6(a)所示，當(dāng)機(jī)器人沿外側(cè)面攀爬時(shí)，有：

(4)

如圖6所示，當(dāng)機(jī)器人沿內(nèi)側(cè)面攀爬時(shí)，有：

(5)

式中：G1為前吸附足重力大?。籊2為前縱向移動(dòng)臂重力大?。籊3為后吸附足重力大??；G4為后縱向移動(dòng)臂重力大小；G5為搭載平臺(tái)與搭載物體重力大??；F吸為后足吸附力大??；N為攀爬面對(duì)機(jī)器的支撐力大小；f為后足與攀爬面之間的摩擦力大小。

2.3 抗傾覆力學(xué)分析

發(fā)生傾覆的可能性最大的情況也是單足吸附。在單足吸附時(shí)有兩種空間姿態(tài)容易發(fā)生傾覆。其一是攀爬過程中前足釋放、后足吸附。此種情況容易使機(jī)器人在自身重力作用下繞其后吸附足下端線發(fā)生傾覆。其二是機(jī)器人在進(jìn)行空間翻供過程中，繞其后吸附足中的永磁體發(fā)生旋轉(zhuǎn)傾覆。下面對(duì)這兩種情況分別進(jìn)行受力分析。

情況一力矩分析簡圖如圖7所示。情況一：圖7(a)情況發(fā)生傾覆的可能性最大，且機(jī)器人整體將繞坐標(biāo)系z(mì)軸產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)趨勢。若發(fā)生傾覆，則必須先將吸附足中的上排永磁體掀起。其受力簡圖如圖7(b)所示。

圖7 情況一力矩分析簡圖Fig.7 Schematic diagram of torque analysis for Case 1

為使機(jī)器人不繞坐標(biāo)軸z發(fā)生傾覆，則需：

(6)

式中：L1為后縱向移動(dòng)臂重心到攀爬面的距離；H為后吸附足模塊高度；L2為搭載平臺(tái)與搭載物體的重心到攀爬面的距離；L3為吸附足中上排永磁體吸附中心到吸附足模塊最底端的距離；L4為上部分重心到吸附足上端線的距離;G=G1+G2+G5

情況二：若機(jī)器人在進(jìn)行空間翻轉(zhuǎn)時(shí)，其后吸附足中的永磁塊發(fā)生旋轉(zhuǎn)傾覆，最大的可能性是機(jī)器人在垂直位置上繞吸附足中左側(cè)某一永磁體發(fā)生旋轉(zhuǎn)。因?yàn)榕帕刑厥庑?，上下平衡式相同，以左?cè)上的永磁體中心為原點(diǎn)建立坐標(biāo)系。情況二力矩分析如圖8所示。

圖8 情況二力矩分析簡圖Fig.8 Schematic diagram of torque analysis for Case 2

要若使機(jī)器人整體不繞坐標(biāo)軸y發(fā)生旋轉(zhuǎn)，則有:

f(2l1+l2)-G4L1-Gl3=0

(7)

式中:f為摩擦力f1、f2、f3的大??；l1為永磁體的中心距；l2為對(duì)角兩個(gè)永磁體的中心距離；l3為搭載平臺(tái)與搭載物體的重心到原點(diǎn)O的距離。

尺寸參數(shù)：L1=357.5 mm,L2=435 mm,L3=170 mm,L4=524 mm,l1=140 mm,l2=198 mm,l3=535 mm,H=200 mm。

重力參數(shù)：G1=78.40 N,G2=37.24 N,G3=78.40 N,G4=37.34 N,G5=238.14 N。

通過式(4)～式(7)所列出的平衡式，取靜摩擦系數(shù)μ=0.85，最終得到機(jī)器人不發(fā)生滑移與傾覆所需的最小吸附力為2 242.30 N。

3 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

3.1 D-H參數(shù)坐標(biāo)

將所設(shè)計(jì)的機(jī)器人視為一個(gè)連桿機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)共有8個(gè)連桿、2個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和5個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié)。為方便建立坐標(biāo)系，將其等效簡化為連桿結(jié)構(gòu)圖，取初始狀態(tài)為：縱向移動(dòng)臂滑塊處于縱向移動(dòng)臂底部，橫向移動(dòng)臂滑塊處于中部，且兩吸附足處于同一軸線上。以一端吸附足的中心為基座標(biāo)，建立坐標(biāo)系。等效連桿坐標(biāo)系如圖9所示。進(jìn)一步由圖9可以得到D-H參數(shù)表，如表2所示。

圖9 等效連桿坐標(biāo)系Fig.9 Equivalent linkage coordinate system

表2 D-H參數(shù)表Tab.2 D-H parameter table

3.2 正運(yùn)動(dòng)學(xué)求解

改進(jìn)D-H法中，連桿變換可以通過4個(gè)基本坐標(biāo)變換得到。其中，每個(gè)基本坐標(biāo)變換只依賴于一個(gè)連桿參數(shù)，可以通過下面四個(gè)基本坐標(biāo)變換依次得到。

①Oi-1坐標(biāo)系繞xi-1軸旋轉(zhuǎn)ai-1。

②Oi-1坐標(biāo)系沿xi-1軸移動(dòng)ll-1。

③Oi-1坐標(biāo)系沿zi軸旋轉(zhuǎn)θi。

④Oi-1坐標(biāo)系繞zi軸轉(zhuǎn)動(dòng)di。

則從Oi坐標(biāo)系到Oi-1坐標(biāo)系的變化矩陣為：

(8)

基于此，坐標(biāo)系{n}相對(duì)于{0}的齊次變換可表示為幾個(gè)相鄰齊次變換連乘的形式：

(9)

3.3 逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解

逆運(yùn)動(dòng)學(xué)是指在末端位置確定的情況下求出關(guān)節(jié)變量的變化大小。逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的解比較復(fù)雜，即使處于同一個(gè)位置和方位的末端也可能存在多個(gè)解，甚至當(dāng)末端處于某些特殊位置時(shí)還會(huì)出現(xiàn)無解的情況[9]。在已知末端位姿變換矩陣的情況下，求解其關(guān)節(jié)變量的值的過程稱之為運(yùn)動(dòng)學(xué)反解。根據(jù)矩陣相乘原理，有：

(10)

代入相關(guān)矩陣，求解得到：

(11)

將式(11)代入正運(yùn)動(dòng)學(xué)求得的位姿變換矩陣(1,1)，可求得：

(12)

(13)

(14)

由矩陣元素(3,4)相等，可得:

pxsinθ1-pycosθ1-d2=d6

(15)

結(jié)合式(14)中左右矩陣(2，4)元素相等可以看出，d2和d6之和是一個(gè)固定值，但二者的解卻不唯一。同理，結(jié)合式(5)～式(12)中左右矩陣(1，4)元素相等，可以看出d5和d3之和也是一個(gè)固定值，即d5+d3=-pxcosθ1-pysinθ1，但二者的解也不唯一。因此，不再對(duì)d5和d3進(jìn)一步求解。

4 機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)空間分析

分析機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)空間是機(jī)器人研究設(shè)計(jì)過程中的一個(gè)重要步驟，同時(shí)運(yùn)動(dòng)空間也能用于評(píng)價(jià)機(jī)器人是否具有靈活的姿態(tài)。運(yùn)動(dòng)空間通常被視為關(guān)節(jié)空間變量與運(yùn)動(dòng)空間的映射，表示為：

W(P)={P(q):q∈Q} ?R3

(16)

式中:W(P)為運(yùn)動(dòng)空間；P(q):q(G)為運(yùn)動(dòng)學(xué)正解的位置分量；q為廣義關(guān)節(jié)變量；R3為三維空間。

現(xiàn)在求解機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)空間的方法總體上分為三種：解析法、圖解法以及數(shù)值法。解析法通過反復(fù)包絡(luò)求取空間邊界曲線，可以采用函數(shù)精確地表達(dá)出空間邊界，但其表達(dá)式復(fù)雜，因此多適用于關(guān)節(jié)數(shù)≤3的機(jī)器人。圖解法以幾何圖形繪制的方式求取空間邊界，其優(yōu)勢在于直觀性較強(qiáng)，但處理多關(guān)節(jié)機(jī)器人時(shí)需要進(jìn)行特殊的分組處理。數(shù)值法利用計(jì)算機(jī)的計(jì)算與圖形處理能力求取機(jī)器人空間邊界曲面上的特征點(diǎn)，進(jìn)而構(gòu)成邊界曲線，繪制出邊界曲面。其缺點(diǎn)是計(jì)算量較大。但隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，該方法在求取運(yùn)動(dòng)空間方面的優(yōu)勢愈發(fā)突出[10]。本文采用數(shù)值法中的蒙特卡洛法進(jìn)行機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)空間求解。蒙特卡洛法的原理如式(16)所示，其實(shí)質(zhì)在于對(duì)關(guān)節(jié)變量采用均勻分布進(jìn)行隨機(jī)組合，即給予一定數(shù)量的符合關(guān)節(jié)變化范圍要求的隨機(jī)量，再利用正運(yùn)動(dòng)學(xué)求解的結(jié)果計(jì)算出末端坐標(biāo)值。這些坐標(biāo)值所在的范圍區(qū)間近似地模擬了機(jī)器人末端的運(yùn)動(dòng)空間。換而言之，隨機(jī)變量取得越多，越能模擬出實(shí)際的運(yùn)動(dòng)空間。主要步驟如下。

①根據(jù)正運(yùn)動(dòng)學(xué)所求得的結(jié)果，確定末端相對(duì)于固定坐標(biāo)系的位置向量。

②采用均勻分布在各個(gè)關(guān)節(jié)變量的變化范圍內(nèi)取個(gè)數(shù)相同的隨機(jī)值，方法如下：

θi=θimin+(θi max-θi min)×Rand(N,1)

(17)

式中:θi min、θi max分別為關(guān)節(jié)i最小、最大變化量。

③將隨機(jī)值數(shù)組代入式(8)，確定末端相對(duì)于固定坐標(biāo)系的位置向量，得到隨機(jī)變量到運(yùn)動(dòng)空間的映射。所構(gòu)成的圖形即為運(yùn)動(dòng)空間云圖。

將整體機(jī)器人視為機(jī)械臂，在不考慮井架干涉的情況下，采用MATLAB對(duì)機(jī)器人一足吸附、一足固定狀態(tài)下的前足運(yùn)動(dòng)空間進(jìn)行了求解。蒙特卡洛法求解結(jié)果云圖如圖10所示。

圖10 蒙特卡洛法求解結(jié)果云圖Fig.10 Monte Carlo method to solve the results of cloud map

由圖10可以看出，機(jī)器人前足活動(dòng)三維空間為一個(gè)圓柱體，x、y、z方向的范圍區(qū)間分別為(-350,+350)、(-400，+400)、(672,1 002)。其范圍區(qū)間大于攀爬對(duì)象尺寸，因此所設(shè)計(jì)的機(jī)器人能夠靈活地規(guī)避障礙。由于所設(shè)計(jì)的機(jī)器人結(jié)構(gòu)的特殊性，后足的立足點(diǎn)在x和y方向是與前足相吻合的；而搭載平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)空間是通過機(jī)器人雙足立足點(diǎn)不斷更新確定組成的。在實(shí)際攀爬過程中，d2與d3不能同時(shí)進(jìn)行變動(dòng)。為研究搭載平臺(tái)活動(dòng)空間，以搭載平臺(tái)中心為末端坐標(biāo)，并在d2取最大值時(shí)研究搭載平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)空間，以及在d2取0時(shí)研究搭載平臺(tái)平動(dòng)空間。搭載平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)空間和搭載平臺(tái)平動(dòng)空間分別如圖11、圖12所示。

圖11 搭載平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)空間Fig.11 Carrying platform rotation space

圖12 搭載平臺(tái)平動(dòng)空間Fig.12 Carrying platform rotation space

如圖11、圖12所示，搭載平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)空間為弧形，半徑為480 mm左右，遠(yuǎn)大于攀爬平面寬度，能夠順利實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)換面操作。平動(dòng)空間為立方體，體積為400 mm×200 mm×700 mm，活動(dòng)空間較大，能夠?qū)崿F(xiàn)較大范圍的檢測操作。

5 結(jié)論

本文以JJ225/45-K井架為攀爬對(duì)象，提出了一種井架攀爬機(jī)器人的結(jié)構(gòu)。該機(jī)器人能夠攜帶檢測設(shè)備儀器對(duì)井架主立柱進(jìn)行探傷。對(duì)機(jī)器人步態(tài)進(jìn)行了闡述，完成了靜力學(xué)平衡公式推導(dǎo)，并通過D-H參數(shù)法完成了機(jī)器人正運(yùn)動(dòng)學(xué)、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的求解，最后利用蒙特卡洛法在MATLAB中完成了對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)空間求解。研究結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的機(jī)器人能夠靈活避障和實(shí)現(xiàn)空間翻轉(zhuǎn)。所設(shè)計(jì)的攀爬機(jī)器人并不局限于石油井架的攀爬，可進(jìn)一步根據(jù)攀爬對(duì)象的尺寸參數(shù)調(diào)節(jié)攀爬機(jī)器人的尺寸參數(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)多種環(huán)境下的探傷操作。