差動式自適應管道機器人的設計與研究.pdf

1、當前管道運輸作為一種高效、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，為了滿足對管道進行維護和檢測的需求，管道機器人隨之產生，它廣泛的應用于管道內部清理、異物探測、缺陷探傷等諸多方面。隨著管道的應用領域的不斷拓展，對管道機器人管內作業(yè)的要求也逐漸提高。因此設計環(huán)境適應性強、驅動效率高、運行靈活的管道機器人成為機器人研究的一個重點。
　　為了實現(xiàn)機器人在管道內部的高效作業(yè)，設計了一

2、種采用單電機進行驅動并具有自主差動特性和自適應變徑特性的管道機器人系統(tǒng)。管道機器人采用差動式速度輸出結構，使機器人在彎管中行進時，可以經由差動機構自主調節(jié)各個驅動輪的轉速，進而消除驅動輪與管壁之間由于位移差所產生的相對滑動；機器人將外部支撐輪與彈簧機構相配合，組合成可變徑的機械結構，當機器人在管道內部運行中遭遇障礙物或有一定尺寸的管徑變化時，機器人能夠利用變徑機構來適應外部環(huán)境的改變。機器人擁有的六個輪子，采用前三輪輔助支撐、后三輪驅動

3、的配置方式同時作用于管壁，進而保證機器人在不同結構類型的管道環(huán)境中作業(yè)的穩(wěn)定性。
　　本文通過對機器人結構的分析，理論推導管道機器人變徑機構工作狀態(tài)受力方程，得出機器人運行時驅動輪與管道內壁之間的力學關系。構建機器人在管內的運動位姿模型，研究機器人在不同位姿條件下通過彎管時的整體運動特性和內部傳動特性，得出模型運動過程中驅動輪角速度與其他變量之間的對應關系。分析各個差動輪系輸出軸之間的力矩關系與轉速關系，進而說明差動式自適應管道機