機械自適應管道機器人驅動系統(tǒng)的設計與研究.pdf

1、管道作為一種經(jīng)濟、高效和安全的物料輸送手段一直被人們所關注，為提高管道壽命，預防管道老化、腐蝕、斷裂等問題的發(fā)生，管道機器人作為滿足高效準確的故障診斷、檢測及維修手段應運而生，其廣泛地應用于管道缺陷探傷、防腐涂層檢測及涂敷、管內異物識別及清除、管內加工等諸多領域。隨著科學技術水平不斷提高，管道機器人的應用范圍要求越來越廣，但現(xiàn)有的管道機器人系統(tǒng)僅能適應有限作業(yè)范圍，因此管道機器人的大范圍應用推廣受到一定限制。所以，如何提高管道機器人的管

2、道環(huán)境適應能力、驅動效率及機動靈活性，成為專家和學者研究的重點。
　　本文結合國家“863”計劃課題“三軸差動式管道機器人自適應驅動技術研究”項目（編號為2006AA04Z236）、教育部科學技術研究重點課題“機械自適應管道機器人移動載體的虛擬樣機技術研究”項目（編號為204040）和吉林省杰出青年科學研究基金資助項目“經(jīng)濟性多功能管道機器人實用化技術研究”（編號為20040107），對管道機器人的機械自適應技術進行了分析與研究，

3、并研制了機械自適應管道機器人實物樣機。
　　機械自適應管道機器人采用一種新型的傳動機構——三軸差速機構構成中央差速單元，實現(xiàn)了管道機器人對管徑變化和彎管環(huán)境的自動適應性能，提高了機器人在不規(guī)則管中的行走能力。采用徑向輻射輪式支撐，利用平行四邊形機構組成機器人的行走單元，六個驅動輪分別安裝在三個平行四邊形支架的兩端，三個平行四邊形支架呈周向120°分布。利用絲杠螺母副和彈簧聯(lián)合構成力封閉機構，提高了機器人對管徑變化的適應能力并實現(xiàn)了

4、機器人的主動解卡功能。
　　以三軸差速輪系為研究對象，深入地研究了三軸差速技術，建立了三軸差速輪系輸入軸與三輸出軸之間的力矩傳遞關系，繪制了彎管環(huán)境約束下三軸差速輪系內部的功率流向圖，推導了三軸差速輪系的傳遞效率計算公式。以徑向輻射輪式管道機器人為研究對象，對其拖動力、封閉力等進行了理論研究，建立了徑向輻射輪式管道機器人的作業(yè)姿態(tài)角與重力產(chǎn)生的封閉力之間的關系和拖動力與預緊力及作業(yè)姿態(tài)角之間的力學關系模型。
　　利用三維設計

5、軟件Pro/E和虛擬樣機設計軟件ADAMS建立了三軸差速輪系的數(shù)字化模型，并進行了運動仿真分析，驗證了該輪系的差動功能及結構的空間對稱性；同時建立了機械自適應管道機器人的數(shù)字化模型，并進行了運動仿真分析，驗證了應用三軸差速輪系的管道機器人具有較強的彎管適應能力及管內運動的穩(wěn)定性。
　　最后，對機械自適應管道機器人進行了結構設計，加工出原理樣機，并進行了拖動力實驗和彎管通過性實驗，驗證了應用三軸差速輪系的管道機器人具有較強的驅動能力