復(fù)合驅(qū)動(dòng)管內(nèi)機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及動(dòng)力學(xué)特性研究.pdf

1、管內(nèi)機(jī)器人在近年來得到了廣泛的應(yīng)用，其驅(qū)動(dòng)特性是影響管內(nèi)機(jī)器人應(yīng)用的重要特性。驅(qū)動(dòng)力大，行走距離長，速度穩(wěn)定性好是評價(jià)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的重要指標(biāo)。流體驅(qū)動(dòng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)管內(nèi)機(jī)器人是目前應(yīng)用廣泛的兩種類型，流體驅(qū)動(dòng)的管內(nèi)機(jī)器人具有驅(qū)動(dòng)力大，行走距離長的優(yōu)點(diǎn)，但可控性差，因而速度穩(wěn)定性差。無纜式電機(jī)驅(qū)動(dòng)管內(nèi)機(jī)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(bǔ)的復(fù)合驅(qū)動(dòng)管內(nèi)機(jī)器人，建立相關(guān)復(fù)合驅(qū)動(dòng)的理論，為復(fù)合驅(qū)動(dòng)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(jī)器人的驅(qū)動(dòng)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(jì)原則確定了復(fù)合驅(qū)動(dòng)管內(nèi)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則。結(jié)合流體驅(qū)動(dòng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)確定了機(jī)構(gòu)的總體組成，并確定了機(jī)構(gòu)的
　　方案及主要性能指標(biāo)。針對所選擇的設(shè)計(jì)方案進(jìn)一步確定了機(jī)構(gòu)的總體尺寸及復(fù)合驅(qū)動(dòng)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(gè)部分及各個(gè)部件的具體詳細(xì)設(shè)計(jì)，包括皮碗的設(shè)計(jì)、支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、

3、電機(jī)的選擇及變徑機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)等。最后完整建立了復(fù)合驅(qū)動(dòng)管內(nèi)機(jī)器人的三維模型，為進(jìn)一步進(jìn)行相關(guān)理論研究奠定了基礎(chǔ)。
　　在所建立復(fù)合驅(qū)動(dòng)模型的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析了驅(qū)動(dòng)機(jī)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(jìn)行了皮碗的模態(tài)分析。復(fù)合驅(qū)動(dòng)機(jī)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(shí)變特性。
　　通過簡化模型和建立虛擬管道，建立了虛擬樣機(jī)仿真環(huán)境，得到了機(jī)器人電驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)

4、特性。在管道流場模型的基礎(chǔ)上分析了機(jī)器人在管道中運(yùn)行的完整流場動(dòng)態(tài)特性，得到了流場參數(shù)時(shí)變特性。通過定性定量分析速度因素的影響，得到了機(jī)器人速度和流場速度的相互影響特性和動(dòng)壓與流速的關(guān)系。
　　最后利用CFD方法建立了流體驅(qū)動(dòng)力模型，并進(jìn)行了復(fù)合動(dòng)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(dòng)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(dòng)情況的動(dòng)力學(xué)特性。進(jìn)一步進(jìn)行了交互仿真分析，驗(yàn)證了理論模型及驅(qū)動(dòng)原理的正