三軸差動式管道機器人驅動單元彎管通過性

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

介紹了基于單向運動機構的伸縮式管道機器人工作原理,對管道機器人整機系統(tǒng)進行合理簡化,得到等效系統(tǒng)模型。根據等效模型,分析直流伺服電機、滾珠絲杠,以及單向運動機構的動力學行為。為了研究系統(tǒng)的輸入電壓信號和輸出的運動速度之間的關系,建立了機器人系統(tǒng)的完整框圖模型。利用matlab對機器人系統(tǒng)進行仿真,分析不同輸入信號下系統(tǒng)的響應特性,為管道機器人的機構設計和控制器設計提供理論依據。

課程設計 螺旋式管道機器人 機器人總體方案設計 1設計方案過程及特點 按照上述的過程方案，由三維建?？梢赃M一步確定機器人的可靠外形結構。 安裝加工出的理想外形經過安裝調試環(huán)節(jié)成為完整的機器人，最后完善整個樣機 使其在螺旋管道內能順利工作，幫助人們順利解決難題。 2機械結構 一、當前狀況 目前國內外已研制出的管道機器人類型很多，從機械結構來區(qū)分主要有以下 幾種移動方式： （1）活塞移動式，其原理類似于活塞在汽缸內的運動，即把管道看作汽缸， 把具有一定彈性和硬度的機器人看作活塞。在結構上，機器人其后面的流體壓力 大于前面的壓力時，在壓差的作用下，機器人克服了管壁與活塞之間的摩擦阻力 而向前運動。機器人可以攜帶各種傳感器，一邊行走一邊用于管道檢測。 圖4整體設計流程圖 （2）滾輪移動式，利用滾輪驅動式的行走結構，以電機作原動機，為了增 加牽引力，一般采用多輪驅動式，由于

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

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器人.分析了該機器人的機構組成及工作原理,研究了其運動學和力學特性.實驗證明,該機器人測量精度達到0.002mm,多次測量的重復性誤差小于0.002mm,并且可靠性高.

介紹了4種支承輪式管道機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構具有更高的驅動效率。在此基礎上,基于虛功原理分析了絲杠螺母—支承桿變徑機構的驅動特性,并應用多體動力學仿真軟件adams對其進行了動力學仿真驗證,結果顯示絲杠螺母—支承桿變徑機構具有更高的驅動效率和更強的管徑適應能力,并給出了其驅動電動機隨管徑變化的一般動力學特性,為支承輪式管道機器人推廣應用奠定了基礎。

研究了一種輪式全驅動管道機器人質量的優(yōu)化問題,提出一種基于遺傳算法的質量選擇的優(yōu)化模型,分析了輪式管道機器人在滿足拖動能力、行進速度等性能指標的要求下,通過輪徑、輪距、轉矩、轉速等參數的改變,能夠使機器人的質量得到一個較小、較優(yōu)的數值,實現機器人的整機輕巧,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,仿真結果證明了該算法是有效的、穩(wěn)定的。通過機械系統(tǒng)動力學仿真分析軟件adams進行拖動力仿真試驗,證明了該優(yōu)化方法的正確性。

第41卷2013年第4期 本 欄 目 編 輯　 陸 秋 云 通　 用 124 可變徑管道機器人系統(tǒng)的 設計與研究 武　燕1，王才東2，王新杰2，牛志軍2 1 河南機電職業(yè)學院機械工程系　河南鄭州　451191 2 鄭州輕工業(yè)學院機電工程學院　河南鄭州　450002 摘要：筆者在分析管道機器人國內外發(fā)展現狀基礎上，針對管道機器人對不同管徑需求，提出了一種 雙履帶式可變徑管道機器人的總體方案。設計了機器人的驅動裝置、直徑調節(jié)機構等關鍵部件，并設 計了機器人的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)上采用了上、下位機控制結構，通過手動和自動2種控制模式， 實現機器人無級調速、前進、后退、轉彎和圖像信息采集等功能。研究結果為可變徑管道機器人的實 用化開發(fā)奠定了基礎。 關鍵詞：管道機器人；變管徑；穿纜；控制系統(tǒng) 中圖分類號：tp242　　　文獻標志碼：a　　　文章編號：1001-3954

排水管道機器人通常采用模塊化設計,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器人各模塊現有技術特點,并結合智能控制技術,展望未來排水機器人發(fā)展方向。

為提高伸縮式管道機器人的負載能力,研制一種基于凸輪自鎖原理的伸縮式管道機器人,牽引力不受限于某一固定摩擦力,可隨外載荷的增大而增大。應用分析力學原理導出單向鎖止機構各參數應滿足的關系式,并給出可適應管徑變化的凸輪輪廓設計方法,計算出移動機構系統(tǒng)的響應時間,提出一套系統(tǒng)的管道機器人設計理論方法。利用提出的設計方法研制試驗樣機,并在管道中成功進行一系列試驗。研究成果提升了伸縮式管道機器人的負載能力與管道適應性,完善了基于自鎖原理伸縮式管道機器人的設計理論。

樓房自來水舊有金屬管道的內襯涂覆可有效避免水在這種管道內輸送時的二次污染,從而為直飲水推廣提供必要條件,但在內表面處理后沒有合適的技術來進行涂覆質量的檢查,利用管道機器人可以實現這一目的。文中主要討論了直徑≤50mm,曲率半徑約75mm管道機器人的機械結構的設計,并分析了機器人在彎道處的通過性。提出了一種新型的管外驅動的方式,極大地提高了機器人的行進速度和負載攜帶能力。通過采用sma(shapememoryalloy)作為主動導向驅動,在視覺系統(tǒng)的輔助下能夠順利地通過l型和t型管道。該機器人可望具有良好的越障、轉彎能力和行進速度。

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

上海交通大學 碩士學位論文 電纜管道機器人視頻監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā) 姓名：戚偉 申請學位級別：碩士 專業(yè)：電力電子與電力傳動 指導教師：黃成軍;江秀臣 20080101 上海交通大學碩士學位論文 -i- 電纜管道機器人視頻監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā) 摘要 隨著城市電網的大規(guī)模建設，電力電纜采用自動化敷設方法，可以 避免人工敷設帶來的效率低下、操作不便等諸多問題，改善電纜敷設質 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，不僅能在機器人穿越管道的 同時，完成敷設電纜的要求；而且能夠對管道中的土建殘渣進行清掃， 有效地促進電纜排管土建質量及電纜施工中的敷設質量，為電纜敷設提 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濟效益。 本文涉及的電纜管道機器人系

論文根據集中空調管道清掃的特點,設計了一種新型的空調管道機器人,并以自行研發(fā)的集中空調管道機器人樣機為例,介紹了其傳動機構、運動機構的設計,系統(tǒng)功能的實現以及由些引出來上位機與下位機的通信方式的問題。設計中采用三輪三角形布置的輪式移動載體,選用rs-485作為通信電氣標準,實現51單片機控制端與pc機的通信。在操作員的遠距離遙控操作下,空調管道機器人在管道內部自動行走,并攜有操作機構和輔助設備(ccd攝像機、管道清潔掃等),進行一系列管道清掃作業(yè)。

針對管道機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),它是通過管道機器人爬行器和絞盤間電纜的恒張力控制來實現的。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)進行了仿真研究,結果表明該方法是可行的,基于模糊控制的恒張力系統(tǒng)在機器人系統(tǒng)中具有很好的應有價值。

提出了一種內螺旋管道機器人(簡稱內螺旋機器人)。設計了該機器人的結構,建立了機器人的動力學方程,數值計算了機器人在管道內運行時管道內壁所受的壓力、機器人的軸向推進力和液體對機器人的周向阻力矩。結果表明,當驅動為外磁場驅動時,內螺旋機器人軸向推進力和周向阻力矩都會增大,但對管道壁的損傷也會增大。以機器人軸向推進力和能效指標為優(yōu)化目標,采用正交優(yōu)化方法得到一組最優(yōu)的內螺旋槽幾何參數。根據內螺旋機器人的工作原理,設計制造了內螺旋驅動樣機,該樣機在充滿201甲基硅油管道中的運行實驗證明了內螺旋機器人的可行性。提出的內螺旋機器人表面光滑,能懸浮運行,對管壁的損傷小,可用于人體內腔的微細管道中。

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

當有纜管道機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,嚴重影響了機器人作業(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電源線載波調制解調模塊,給出了載波電路圖,制定了通信協(xié)議,描述了通信流程,從而實現了線纜內電源線與信號線的復用。該研究成果已應用于中央空調風管清潔機器人中。應用結果表明,該通信系統(tǒng)大大減輕了線纜與管壁的摩擦力,提高了管道機器人的可靠性,增大了其作業(yè)時的最大行走距離。

以介電型eap為驅動材料,設計、制作了一種結構緊湊的圓柱形驅動器。模仿自然界無足爬行生物的運動機理,設計了基于該驅動器的可伸縮移動機器人,實現機器人的向前伸縮運動,驗證了該介電型eap驅動器在該類型機器人中的實用性。

采用直立式腿部結構,以雙電機為驅動力而設計開發(fā)了一種可調頭拐彎的六足步行機器人;行走機構采用曲柄連桿機構為傳動系統(tǒng),能夠實現前行、后退、左拐、右拐、原地調頭或停止等動作.其簡單巧妙的機械機構設計、動力傳動方案和控制系統(tǒng),為將來更完善的六足機器人設計、開發(fā)、不斷拓展和深入研究提供了科學的依據.

由山東東營供電公司與上海交通大學合作開發(fā)的科技成果“基于視頻監(jiān)控的電纜管道牽引機器人”在濟南順利通過山東省科技成果鑒定委員會專家鑒定，鑒定專家認為該成果運行穩(wěn)定、可靠、實用，項目總體創(chuàng)新性強、達到了國內領先水平。該機器人將電纜敷設過程中的管道監(jiān)測和敷設拉線功能集于一身，

完成了雙驅動單元擦窗機系統(tǒng)設計。由主控制平臺(上位機)、固定平臺和懸掛平臺組成。固定平臺是整個系統(tǒng)的核心動力部分,用以完成懸掛平臺的定位,懸掛平臺用以完成自動擦洗動作。采用實驗方法確定了控制電機運動的步長,以完成懸掛平臺的準確定位。