復(fù)合驅(qū)動管內(nèi)機器人機構(gòu)設(shè)計及動力學(xué)特性研究.pdf

1、管內(nèi)機器人在近年來得到了廣泛的應(yīng)用，其驅(qū)動特性是影響管內(nèi)機器人應(yīng)用的重要特性。驅(qū)動力大，行走距離長，速度穩(wěn)定性好是評價驅(qū)動機構(gòu)的重要指標(biāo)。流體驅(qū)動和電機驅(qū)動管內(nèi)機器人是目前應(yīng)用廣泛的兩種類型，流體驅(qū)動的管內(nèi)機器人具有驅(qū)動力大，行走距離長的優(yōu)點，但可控性差，因而速度穩(wěn)定性差。無纜式電機驅(qū)動管內(nèi)機器人定位性能好，速度可控性好，但能源有限。因此，有必要提出一種結(jié)合兩者優(yōu)勢互補的復(fù)合驅(qū)動管內(nèi)機器人，建立相關(guān)復(fù)合驅(qū)動的理論，為復(fù)合驅(qū)動方式的應(yīng)用奠

2、定基礎(chǔ)并提供指導(dǎo)。這對提升管內(nèi)機器人的驅(qū)動特性及應(yīng)用范圍具有重要的意義。
　　首先基于復(fù)合系統(tǒng)的設(shè)計原則確定了復(fù)合驅(qū)動管內(nèi)機器人機構(gòu)的設(shè)計原則。結(jié)合流體驅(qū)動和電機驅(qū)動機構(gòu)的特點確定了機構(gòu)的總體組成，并確定了機構(gòu)的
　　方案及主要性能指標(biāo)。針對所選擇的設(shè)計方案進一步確定了機構(gòu)的總體尺寸及復(fù)合驅(qū)動的具體工作原理。然后根據(jù)總體尺寸及總體方案完成了各個部分及各個部件的具體詳細設(shè)計，包括皮碗的設(shè)計、支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計、流量調(diào)節(jié)機構(gòu)的設(shè)計、

3、電機的選擇及變徑機構(gòu)的設(shè)計等。最后完整建立了復(fù)合驅(qū)動管內(nèi)機器人的三維模型，為進一步進行相關(guān)理論研究奠定了基礎(chǔ)。
　　在所建立復(fù)合驅(qū)動模型的基礎(chǔ)上，進一步分析了驅(qū)動機構(gòu)的靜力學(xué)特性。利用有限元方法分析了皮碗的應(yīng)力應(yīng)變并進行了皮碗的模態(tài)分析。復(fù)合驅(qū)動機構(gòu)應(yīng)用于充液管道，因而利用CFD數(shù)值方法建立了完整的管道流場模型，得到了管道流場參數(shù)的時變特性。
　　通過簡化模型和建立虛擬管道，建立了虛擬樣機仿真環(huán)境，得到了機器人電驅(qū)動的動力學(xué)

4、特性。在管道流場模型的基礎(chǔ)上分析了機器人在管道中運行的完整流場動態(tài)特性，得到了流場參數(shù)時變特性。通過定性定量分析速度因素的影響，得到了機器人速度和流場速度的相互影響特性和動壓與流速的關(guān)系。
　　最后利用CFD方法建立了流體驅(qū)動力模型，并進行了復(fù)合動力學(xué)特性的研究。建立了不同開口和不同流速的流體驅(qū)動力模型，并分析了其影響特性，在此基礎(chǔ)上分析了低速以及開口復(fù)合驅(qū)動情況的動力學(xué)特性。進一步進行了交互仿真分析，驗證了理論模型及驅(qū)動原理的正