機(jī)械自適應(yīng)管道機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究.pdf

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

2、道環(huán)境適應(yīng)能力、驅(qū)動(dòng)效率及機(jī)動(dòng)靈活性，成為專家和學(xué)者研究的重點(diǎn)。
　　本文結(jié)合國(guó)家“863”計(jì)劃課題“三軸差動(dòng)式管道機(jī)器人自適應(yīng)驅(qū)動(dòng)技術(shù)研究”項(xiàng)目（編號(hào)為2006AA04Z236）、教育部科學(xué)技術(shù)研究重點(diǎn)課題“機(jī)械自適應(yīng)管道機(jī)器人移動(dòng)載體的虛擬樣機(jī)技術(shù)研究”項(xiàng)目（編號(hào)為204040）和吉林省杰出青年科學(xué)研究基金資助項(xiàng)目“經(jīng)濟(jì)性多功能管道機(jī)器人實(shí)用化技術(shù)研究”（編號(hào)為20040107），對(duì)管道機(jī)器人的機(jī)械自適應(yīng)技術(shù)進(jìn)行了分析與研究，

3、并研制了機(jī)械自適應(yīng)管道機(jī)器人實(shí)物樣機(jī)。
　　機(jī)械自適應(yīng)管道機(jī)器人采用一種新型的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)——三軸差速機(jī)構(gòu)構(gòu)成中央差速單元，實(shí)現(xiàn)了管道機(jī)器人對(duì)管徑變化和彎管環(huán)境的自動(dòng)適應(yīng)性能，提高了機(jī)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(jī)構(gòu)組成機(jī)器人的行走單元，六個(gè)驅(qū)動(dòng)輪分別安裝在三個(gè)平行四邊形支架的兩端，三個(gè)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(gòu)成力封閉機(jī)構(gòu)，提高了機(jī)器人對(duì)管徑變化的適應(yīng)能力并實(shí)現(xiàn)了

4、機(jī)器人的主動(dòng)解卡功能。
　　以三軸差速輪系為研究對(duì)象，深入地研究了三軸差速技術(shù)，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(guān)系，繪制了彎管環(huán)境約束下三軸差速輪系內(nèi)部的功率流向圖，推導(dǎo)了三軸差速輪系的傳遞效率計(jì)算公式。以徑向輻射輪式管道機(jī)器人為研究對(duì)象，對(duì)其拖動(dòng)力、封閉力等進(jìn)行了理論研究，建立了徑向輻射輪式管道機(jī)器人的作業(yè)姿態(tài)角與重力產(chǎn)生的封閉力之間的關(guān)系和拖動(dòng)力與預(yù)緊力及作業(yè)姿態(tài)角之間的力學(xué)關(guān)系模型。
　　利用三維設(shè)計(jì)

5、軟件Pro/E和虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)軟件ADAMS建立了三軸差速輪系的數(shù)字化模型，并進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)仿真分析，驗(yàn)證了該輪系的差動(dòng)功能及結(jié)構(gòu)的空間對(duì)稱性；同時(shí)建立了機(jī)械自適應(yīng)管道機(jī)器人的數(shù)字化模型，并進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)仿真分析，驗(yàn)證了應(yīng)用三軸差速輪系的管道機(jī)器人具有較強(qiáng)的彎管適應(yīng)能力及管內(nèi)運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性。
　　最后，對(duì)機(jī)械自適應(yīng)管道機(jī)器人進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，加工出原理樣機(jī)，并進(jìn)行了拖動(dòng)力實(shí)驗(yàn)和彎管通過性實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了應(yīng)用三軸差速輪系的管道機(jī)器人具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力