凸輪自鎖原理的伸縮式管道機(jī)器人設(shè)計

研究了一種輪式全驅(qū)動管道機(jī)器人質(zhì)量的優(yōu)化問題,提出一種基于遺傳算法的質(zhì)量選擇的優(yōu)化模型,分析了輪式管道機(jī)器人在滿足拖動能力、行進(jìn)速度等性能指標(biāo)的要求下,通過輪徑、輪距、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速等參數(shù)的改變,能夠使機(jī)器人的質(zhì)量得到一個較小、較優(yōu)的數(shù)值,實現(xiàn)機(jī)器人的整機(jī)輕巧,使用方便,降低制造成本。采用遺傳算法,通過c++編制仿真程序,仿真結(jié)果證明了該算法是有效的、穩(wěn)定的。通過機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)仿真分析軟件adams進(jìn)行拖動力仿真試驗,證明了該優(yōu)化方法的正確性。

介紹了4種支承輪式管道機(jī)器人變徑方案的工作原理,比較分析得出絲杠螺母副變徑機(jī)構(gòu)具有更高的驅(qū)動效率。在此基礎(chǔ)上,基于虛功原理分析了絲杠螺母—支承桿變徑機(jī)構(gòu)的驅(qū)動特性,并應(yīng)用多體動力學(xué)仿真軟件adams對其進(jìn)行了動力學(xué)仿真驗證,結(jié)果顯示絲杠螺母—支承桿變徑機(jī)構(gòu)具有更高的驅(qū)動效率和更強(qiáng)的管徑適應(yīng)能力,并給出了其驅(qū)動電動機(jī)隨管徑變化的一般動力學(xué)特性,為支承輪式管道機(jī)器人推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

針對石油、天然氣、化工等管道的故障檢測與定位,研制了一套帶有可動攝像頭的高性價比的輪式管道機(jī)器人。系統(tǒng)以stc12le5a16s2單片機(jī)為處理核心,以基于pelco-d協(xié)議的三維云臺控制鍵盤作為操控單元、以rs485作為通信協(xié)議,以sm-s4315r舵機(jī)為動力源,采用輸出比較的算法產(chǎn)生高分辨率的pwm控制脈沖,提高了舵機(jī)控制的平滑性和連續(xù)性;以基于查表匹配結(jié)合分段匹配的差速轉(zhuǎn)向策略實現(xiàn)機(jī)器人的萬向協(xié)調(diào)運(yùn)動的控制,提高了系統(tǒng)操控的便捷性和運(yùn)行的穩(wěn)定性。樣機(jī)的測試表明,管道機(jī)器人操控靈活、運(yùn)行穩(wěn)定、攜帶方便,在小型管道機(jī)器人領(lǐng)域具有較大的應(yīng)用價值和推廣空間。

第41卷2013年第4期 本 欄 目 編 輯　 陸 秋 云 通　 用 124 可變徑管道機(jī)器人系統(tǒng)的 設(shè)計與研究 武　燕1，王才東2，王新杰2，牛志軍2 1 河南機(jī)電職業(yè)學(xué)院機(jī)械工程系　河南鄭州　451191 2 鄭州輕工業(yè)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院　河南鄭州　450002 摘要：筆者在分析管道機(jī)器人國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，針對管道機(jī)器人對不同管徑需求，提出了一種 雙履帶式可變徑管道機(jī)器人的總體方案。設(shè)計了機(jī)器人的驅(qū)動裝置、直徑調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)等關(guān)鍵部件，并設(shè) 計了機(jī)器人的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)上采用了上、下位機(jī)控制結(jié)構(gòu)，通過手動和自動2種控制模式， 實現(xiàn)機(jī)器人無級調(diào)速、前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎和圖像信息采集等功能。研究結(jié)果為可變徑管道機(jī)器人的實 用化開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。 關(guān)鍵詞：管道機(jī)器人；變管徑；穿纜；控制系統(tǒng) 中圖分類號：tp242　　　文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a　　　文章編號：1001-3954

管道機(jī)器人是特種機(jī)器人研究領(lǐng)域中的熱點.該文設(shè)計了管道機(jī)器人蠕動式移動牽引機(jī)構(gòu),采用電機(jī)驅(qū)動絲杠正反轉(zhuǎn),絲杠上絲杠螺母前移,前后兩組支撐腿臂交替支撐住管壁,從而實現(xiàn)了機(jī)器人的蠕動式前行的驅(qū)動方案,并設(shè)計了該系統(tǒng)的電控部分.模擬管道中的實驗驗證了該方案的可行性.

提出了一種描述管道機(jī)器人彎道通過性的數(shù)學(xué)模型,該模型由一組組合約束構(gòu)成.通過對約束方程的分析討論,得出了規(guī)律性的結(jié)論.管道機(jī)器人在彎道處的姿態(tài)、單元體的幾何尺寸、行走輪結(jié)構(gòu)形式對其通過性都有不同程度的影響.所提出數(shù)學(xué)模型是管道機(jī)器人彎道自主行走控制策略設(shè)計和相應(yīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計的理論基礎(chǔ).

討論了管道機(jī)器人的數(shù)學(xué)模型,并且對垂直彎管和分支管道的通過性做了分析。通過建立機(jī)器人的幾何方程,使得機(jī)器人可能通過各種彎管。其結(jié)果可對機(jī)器人的動靜態(tài)特性研究提供一定的參考。

針對帶膛線身管這一特殊的測量對象,研制了一種能自動測量火炮膛線的新型管道機(jī)器人.分析了該機(jī)器人的機(jī)構(gòu)組成及工作原理,研究了其運(yùn)動學(xué)和力學(xué)特性.實驗證明,該機(jī)器人測量精度達(dá)到0.002mm,多次測量的重復(fù)性誤差小于0.002mm,并且可靠性高.

畢業(yè)設(shè)計(論文) φ700mm-φ1000mm管道機(jī)器人設(shè)計— 伸縮機(jī)構(gòu)和機(jī)身設(shè)計 所在學(xué)院 專業(yè) 班級 姓名 學(xué)號 指導(dǎo)老師 年月日 φ700mm-φ1000mm管道機(jī)器人設(shè)計——伸縮機(jī)構(gòu)和機(jī)身設(shè)計 ii 摘要 隨著機(jī)器人技術(shù)的飛速發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷的擴(kuò)大，對應(yīng)用需求 提出了新的要求，為提高機(jī)器人應(yīng)用的水平，我們研制了一套以管道清灰為目的的機(jī)器 人系統(tǒng)。 本文闡述了機(jī)器人的發(fā)展歷程，國內(nèi)外的應(yīng)用現(xiàn)狀，及其巨大的優(yōu)越性，提出具體 的機(jī)器人設(shè)計要求，進(jìn)行了本演示系統(tǒng)的總體方案設(shè)計和各自由度具體結(jié)構(gòu)設(shè)計、計算； 最后設(shè)計伸縮機(jī)構(gòu)和機(jī)身設(shè)計。 關(guān)鍵字：管道機(jī)器人、結(jié)構(gòu)設(shè)計、清灰、機(jī)械結(jié)構(gòu) φ700mm-φ1000mm管道機(jī)器人設(shè)計——伸縮機(jī)構(gòu)和機(jī)身設(shè)計 iii abstract withtherapiddevelopment

排水管道機(jī)器人通常采用模塊化設(shè)計,一般分為爬行器、電纜絞盤、上位控制單元、檢測單元、輔助裝置、圖像處理軟件等模塊。本文介紹排水管道機(jī)器人各模塊現(xiàn)有技術(shù)特點,并結(jié)合智能控制技術(shù),展望未來排水機(jī)器人發(fā)展方向。

以自行研制的一種用于水平井檢測的伸縮式油井管道機(jī)器人為對象,研究了其在充滿高溫(約150℃)高壓(約60mpa)腐蝕性污油的管道內(nèi)工作時的動密封問題,采用高耐壓高性能的車氏超高壓組合密封方案,對機(jī)器人關(guān)鍵部件的密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計。初步的實踐證明該設(shè)計能夠達(dá)到很好的密封效果,解決了伸縮式油井管道機(jī)器人在水平井工作時的超高壓動密封問題。

論文根據(jù)集中空調(diào)管道清掃的特點,設(shè)計了一種新型的空調(diào)管道機(jī)器人,并以自行研發(fā)的集中空調(diào)管道機(jī)器人樣機(jī)為例,介紹了其傳動機(jī)構(gòu)、運(yùn)動機(jī)構(gòu)的設(shè)計,系統(tǒng)功能的實現(xiàn)以及由些引出來上位機(jī)與下位機(jī)的通信方式的問題。設(shè)計中采用三輪三角形布置的輪式移動載體,選用rs-485作為通信電氣標(biāo)準(zhǔn),實現(xiàn)51單片機(jī)控制端與pc機(jī)的通信。在操作員的遠(yuǎn)距離遙控操作下,空調(diào)管道機(jī)器人在管道內(nèi)部自動行走,并攜有操作機(jī)構(gòu)和輔助設(shè)備(ccd攝像機(jī)、管道清潔掃等),進(jìn)行一系列管道清掃作業(yè)。

針對管道機(jī)器人的工作特點,提出了一種管道機(jī)器人視頻監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)采用光纖傳輸視頻和數(shù)據(jù)的復(fù)合信號,利用視頻光端機(jī)進(jìn)行信號的復(fù)合和分離,基于directshow框架開發(fā)視頻采集系統(tǒng),通過modbus協(xié)議完成主機(jī)與管道機(jī)器人的數(shù)據(jù)通信,從而實現(xiàn)了管道內(nèi)部視頻圖像的實時采集和管道機(jī)器人的實時監(jiān)控。

上海交通大學(xué) 碩士學(xué)位論文 電纜管道機(jī)器人視頻監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā) 姓名：戚偉 申請學(xué)位級別：碩士 專業(yè)：電力電子與電力傳動 指導(dǎo)教師：黃成軍;江秀臣 20080101 上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 -i- 電纜管道機(jī)器人視頻監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā) 摘要 隨著城市電網(wǎng)的大規(guī)模建設(shè)，電力電纜采用自動化敷設(shè)方法，可以 避免人工敷設(shè)帶來的效率低下、操作不便等諸多問題，改善電纜敷設(shè)質(zhì) 量，延長電纜使用壽命，保證客戶可靠用電。 本文介紹了一種新型可靠的電纜管道機(jī)器人系統(tǒng)，通過前端的攝像 監(jiān)測裝置實時監(jiān)視管道前方及管壁的圖像，不僅能在機(jī)器人穿越管道的 同時，完成敷設(shè)電纜的要求；而且能夠?qū)艿乐械耐两堅M(jìn)行清掃， 有效地促進(jìn)電纜排管土建質(zhì)量及電纜施工中的敷設(shè)質(zhì)量，為電纜敷設(shè)提 供了有效的輔助手段。通過該儀器的使用，能夠降低電纜損傷事故、延 長電纜使用壽命，具有廣泛的社會及經(jīng)濟(jì)效益。 本文涉及的電纜管道機(jī)器人系

針對管道機(jī)器人在后退過程中需要借助人手動來收線的問題,提出了一種智能化的電纜絞盤系統(tǒng),它是通過管道機(jī)器人爬行器和絞盤間電纜的恒張力控制來實現(xiàn)的。由此建立了基于模糊控制的恒張力模型,并利用matlab軟件對張力控制系統(tǒng)進(jìn)行了仿真研究,結(jié)果表明該方法是可行的,基于模糊控制的恒張力系統(tǒng)在機(jī)器人系統(tǒng)中具有很好的應(yīng)有價值。

提出了一種內(nèi)螺旋管道機(jī)器人(簡稱內(nèi)螺旋機(jī)器人)。設(shè)計了該機(jī)器人的結(jié)構(gòu),建立了機(jī)器人的動力學(xué)方程,數(shù)值計算了機(jī)器人在管道內(nèi)運(yùn)行時管道內(nèi)壁所受的壓力、機(jī)器人的軸向推進(jìn)力和液體對機(jī)器人的周向阻力矩。結(jié)果表明,當(dāng)驅(qū)動為外磁場驅(qū)動時,內(nèi)螺旋機(jī)器人軸向推進(jìn)力和周向阻力矩都會增大,但對管道壁的損傷也會增大。以機(jī)器人軸向推進(jìn)力和能效指標(biāo)為優(yōu)化目標(biāo),采用正交優(yōu)化方法得到一組最優(yōu)的內(nèi)螺旋槽幾何參數(shù)。根據(jù)內(nèi)螺旋機(jī)器人的工作原理,設(shè)計制造了內(nèi)螺旋驅(qū)動樣機(jī),該樣機(jī)在充滿201甲基硅油管道中的運(yùn)行實驗證明了內(nèi)螺旋機(jī)器人的可行性。提出的內(nèi)螺旋機(jī)器人表面光滑,能懸浮運(yùn)行,對管壁的損傷小,可用于人體內(nèi)腔的微細(xì)管道中。

簡要綜述了國內(nèi)外排水管道清淤作業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)方案,分析了各自特點和局限性。提出了一種基于組合機(jī)構(gòu)的新型蠕動式排水管道機(jī)器人。給出了機(jī)器人主要結(jié)構(gòu)組成,以及行走機(jī)理分析,建立了其行走運(yùn)動模型和驅(qū)動力矩分析模型,給出了主要影響參數(shù)以及數(shù)值分析。最后,建立了機(jī)器人的虛擬樣機(jī),完成了其虛擬樣機(jī)仿真分析。綜合理論數(shù)值分析和虛擬樣機(jī)仿真分析驗證了方案的可行性和設(shè)計理論及分析結(jié)論是正確的。該方案的排水管道清淤作業(yè)機(jī)器人具有大拖動力、作業(yè)距離長的特點。

蘇州大學(xué)的5名大學(xué)生合作發(fā)明了一種微型管道機(jī)器人。其能夠深入到核電廠蒸汽發(fā)生器的管道內(nèi)，檢查管道的安全狀況，以避免核泄露等安全事故的發(fā)生。

當(dāng)有纜管道機(jī)器人的線纜長度增加時,其重量大增,與管壁的摩擦力會變得很大,嚴(yán)重影響了機(jī)器人作業(yè)時的最大行走距離及可靠性。為了克服該缺點,本文采用kq-100e電源線載波調(diào)制解調(diào)模塊,給出了載波電路圖,制定了通信協(xié)議,描述了通信流程,從而實現(xiàn)了線纜內(nèi)電源線與信號線的復(fù)用。該研究成果已應(yīng)用于中央空調(diào)風(fēng)管清潔機(jī)器人中。應(yīng)用結(jié)果表明,該通信系統(tǒng)大大減輕了線纜與管壁的摩擦力,提高了管道機(jī)器人的可靠性,增大了其作業(yè)時的最大行走距離。

設(shè)計了通風(fēng)管道檢測機(jī)器人,介紹了該機(jī)器人的主要結(jié)構(gòu)和功能,闡述了測控系統(tǒng)的工作原理,給出了電路原理圖和軟件設(shè)計流程。該通風(fēng)管道檢測機(jī)器人還能對積塵取樣。

采用直流電機(jī)驅(qū)動蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)作為動力源，彈簧被動適應(yīng)管壁，設(shè)計出一種適用于內(nèi)徑50-70mm變半徑細(xì)小管道的修補(bǔ)機(jī)器人，機(jī)器人具有機(jī)構(gòu)靈活度高，機(jī)構(gòu)緊湊，控制簡單等優(yōu)點。

針對炮管內(nèi)壁清洗難的現(xiàn)狀,提出并設(shè)計了一種新型便攜式炮管內(nèi)壁擦洗機(jī)器人。針對炮管內(nèi)壁擦洗要求,確定了機(jī)器人的工作原理與擦洗方式;對機(jī)器人的主要結(jié)構(gòu)模塊進(jìn)行了設(shè)計,并搭建了機(jī)器人的控制系統(tǒng);采用經(jīng)典力學(xué)方法對機(jī)器人復(fù)合擦洗過程中的力學(xué)進(jìn)行了分析,得到了其驅(qū)動力矩并進(jìn)行了仿真計算;制作了便攜式炮管內(nèi)壁擦洗機(jī)器人樣機(jī),并進(jìn)行了運(yùn)動功能實驗。實驗結(jié)果表明,所設(shè)計的機(jī)器人能在炮管最大傾角為22°時進(jìn)行擦洗工作,其最大直線運(yùn)動速度能達(dá)到0.75m/min,能滿足在野外或演習(xí)現(xiàn)場使用要求。