差動(dòng)式自適應(yīng)管道機(jī)器人的設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、當(dāng)前管道運(yùn)輸作為一種高效、安全、環(huán)保的物資輸送方式被人們所廣泛應(yīng)用。管道在使用過程中不可避免的出現(xiàn)老化、腐蝕、開裂等問題，為了滿足對(duì)管道進(jìn)行維護(hù)和檢測(cè)的需求，管道機(jī)器人隨之產(chǎn)生，它廣泛的應(yīng)用于管道內(nèi)部清理、異物探測(cè)、缺陷探傷等諸多方面。隨著管道的應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，對(duì)管道機(jī)器人管內(nèi)作業(yè)的要求也逐漸提高。因此設(shè)計(jì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、驅(qū)動(dòng)效率高、運(yùn)行靈活的管道機(jī)器人成為機(jī)器人研究的一個(gè)重點(diǎn)。
　　為了實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在管道內(nèi)部的高效作業(yè)，設(shè)計(jì)了一

2、種采用單電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)并具有自主差動(dòng)特性和自適應(yīng)變徑特性的管道機(jī)器人系統(tǒng)。管道機(jī)器人采用差動(dòng)式速度輸出結(jié)構(gòu)，使機(jī)器人在彎管中行進(jìn)時(shí)，可以經(jīng)由差動(dòng)機(jī)構(gòu)自主調(diào)節(jié)各個(gè)驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而消除驅(qū)動(dòng)輪與管壁之間由于位移差所產(chǎn)生的相對(duì)滑動(dòng)；機(jī)器人將外部支撐輪與彈簧機(jī)構(gòu)相配合，組合成可變徑的機(jī)械結(jié)構(gòu)，當(dāng)機(jī)器人在管道內(nèi)部運(yùn)行中遭遇障礙物或有一定尺寸的管徑變化時(shí)，機(jī)器人能夠利用變徑機(jī)構(gòu)來(lái)適應(yīng)外部環(huán)境的改變。機(jī)器人擁有的六個(gè)輪子，采用前三輪輔助支撐、后三輪驅(qū)動(dòng)

3、的配置方式同時(shí)作用于管壁，進(jìn)而保證機(jī)器人在不同結(jié)構(gòu)類型的管道環(huán)境中作業(yè)的穩(wěn)定性。
　　本文通過對(duì)機(jī)器人結(jié)構(gòu)的分析，理論推導(dǎo)管道機(jī)器人變徑機(jī)構(gòu)工作狀態(tài)受力方程，得出機(jī)器人運(yùn)行時(shí)驅(qū)動(dòng)輪與管道內(nèi)壁之間的力學(xué)關(guān)系。構(gòu)建機(jī)器人在管內(nèi)的運(yùn)動(dòng)位姿模型，研究機(jī)器人在不同位姿條件下通過彎管時(shí)的整體運(yùn)動(dòng)特性和內(nèi)部傳動(dòng)特性，得出模型運(yùn)動(dòng)過程中驅(qū)動(dòng)輪角速度與其他變量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。分析各個(gè)差動(dòng)輪系輸出軸之間的力矩關(guān)系與轉(zhuǎn)速關(guān)系，進(jìn)而說(shuō)明差動(dòng)式自適應(yīng)管道機(jī)