管道機器人機械行走機構的設計機械設計畢業論文-資料下載頁

【導讀】分析了各種機器人管內運動方式的運動機理和特點，并結合煤氣管道環境特點。了新型的煤氣管道檢測機器人本體結構。題進行了簡略的分析研究，包括管內運動阻力、徑向調節運動、管內運動穩定性等問題。

　　

【正文】 度大約在 500530 之間，高度在 450500 之間。 圖 18 為機械行走機構后視圖： 20 圖 18 行走機構后視圖 機械裝置的寬度大約在 400410 之間。 21 5 管道機器人運動力分析 管道機器人拖纜力理論方法計算分析 拖纜作業的管道機器人在作業過程中需要提供額外的拖纜力，拖纜力的大小將直接影響機器人的最大作業距離。此外，若機 器人提供的拖纜力不夠拖動電纜，在行進過程中就會發生爬行現象。為此，需要對機器人的拖纜力進行理論計算。在推導過程中作以下假設 : (1) 電纜在管道內作等勻速運動，沒有爬行現象。 (2) 電纜為理想的柔韌體，在運動時無軸向伸長，且在入口及出口處，電纜與管壁光滑接觸。 作上述假設后，本設計重點研究機器人在水平直管道中的拖纜力計算。 如圖下圖所示， v 為電纜的運動方向， f 為電纜與管中積物的滑動摩擦系數，ρ為單位長度電纜線的重量，電纜長度為 L，在電纜上任取一長度為 dl 的單元段進行分析。 圖 19 管內電纜受力分析圖 該 單元段的平衡方程式如下： F dNf F dF? ? ? （ 51） dN dl?? （ 52） 以上兩式推出： f dl dF? ? （ 53） 對其兩邊進行積分： 210LFFf dl dF? ??? （ 54） 22 21F F f L??? （ 55） 上式即為管道機器人拖纜力計算公式 管道機器人地面力分析 假設電機功率為 P e ，考慮到傳動裝置效率 η T ，履帶主動輪的占有功率 PT ， 以主動輪上牽引力 FZT 和圓周線速度 vT形式表現。首先要克服行動裝置內阻力 Fwi ，才能克服外阻力 F wa 提供推進力，即可傳遞的牽引力。如圖 20所示 圖 20 履帶主動輪上的受力圖 主動輪功率： T e T Z T TP P g F gv??? （ 56） 主動輪上牽引力： ZT wa wiF F F?? （ 57） 推進力： Z wa R GF F gF??? （ 58） 只在具有足夠大的履帶附著系數 R? 時，推進力才能傳向行駛地面。 履帶一方面需承受地面的支撐，另一方面要承受傳 動和制動時的水平力。因此，履帶必須有反作用面積和附著力。附著力 FZ 由一個摩擦分力和一個剪切分力組成，由此可得出： Z R GF gF F F?? ? ?摩 擦 剪 切 （ 59） 這里的 R? 是附著系數，通過實驗取得， GF 是重力。 摩擦分力包括履帶和地面間的摩擦，剪切分力包含地面剪切強度。由此可知，履帶 23 附著力受到下列因素影響： （ 1）履帶材料和結構型式（如平板履 帶等）。 （ 2）地面種類，地面濕度。 （ 3）履帶著地長 /寬之比。 （ 4）行駛速度和打滑程度。 管道機器人牽引力分析 履帶牽引力可以分為履帶內牽引力和履帶外牽引力。 （ 1）履帶內牽引力 ZKiF 履帶內牽引力包括所有作用在履帶上的牽引力，即 00Z K i Z T w a w iF F T F F T? ? ? ? ? （ 510） 這里 0T 是履帶的預張緊力， ZTF 是主動輪上的牽引力。為了預防履帶出軌，履帶必須預加張緊力。 （ 2）履帶外牽引力 ZKaF 履帶外牽引力只包括克服外行駛阻力 waF 所必需的力，再由（ 59）式可得： Z K a w a R G ZF F g F F?? ? ? （ 511） 1 6 總結 管道機器人具有較大的附著力，較強的越障能力，在各種管道的通過性較好。通過履帶擺動機構擺動和自適應調節機構，使得機 器人能夠適應不同管徑的管道，彌補了履帶不能很好適應圓管的缺陷。 但本設計由于時間上的限制，沒有做到設計周密全面，還有很多工作需要繼續完成如管道機器人的具體尺寸上，和相關部件的受力分析等等。 1 參 考 文 獻 [1]蔡鶴皋 .機器人將是 21世紀技術發展的熱點 [M].中國機械工程 ,2020,11(12)： 5860 [2]蔡自興 .機器人學的發展趨勢和發展戰略 [J].中南工業大學學報 ,2020,31(專輯 )： 1 [3]蔡自興 .機器人學 [M].北京：清華大學出版社， 2020. [4] Schempf H,Mutschler E ,ChemelB .Evolution of Urban Robotic System Developments[D].In IEEE/ ASME Intenrational Conference on Advanced Intelligent Mechatronics,2020:1923 [5]Myers Use of Wlaking amp。 Climbing Robots in Nuclear Facilities. Nuclear Engineer,2020,42(1): 48 [6]蔣新松 .未來機器人技術發展方向的探討機器人 [J].機器人 ,1996,18(5)： 285291 [7]龔振邦 .從國際大環境出發在我國機器人技術和產業發展戰略上的若干思考 [J].機器人 ,1999,21(6)： 473478 [8]常玉連，邵守君，高勝 .石油工業中管道機器人技術的發展與應用前景 [J].石油機械，2020,34(9)： 122126 [9]甘小明，徐濱士，董世運，張旭明 .管道機器人的發展現狀 [J]，機器人技術與應用，2020,(6)： 510 [10]MorimitsuT,Sakata H,Nomura Study on a vibrating bristled vehicle for small pipes[D]. Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers, 1987,53(489):10221027 [11]Morimitsu T,Sakata H,Tsujimura T,Driving mechanism for vibrating bristled vehicle for smlall pipes[D].Transactions of the ASME,1988,110:8691 [12 [13 [14 [15]鄧宗全 ,陳軍 ,姜生元 .六獨立輪驅動式管內機器人的研制 [J].高技術通訊，2020,14(9)： 5458 [16]汪 勁松 ,白紹平 ,張伯鵬 .微小型移動機器人移動方式的研究 [J].機器人 . 1993,15(2)： 5558 [17] 張云偉等 .煤氣管道機器人管徑適應調整機構分析 [J].上海交通大學學報 .2020,39(6)： 950959 [18 2 [19]史美功，俞學廉編 .工業機器人 [M].上海：上海科學技術出版社， [20]劉行川 .簡明電工手冊 [M].福建：福建科學技術出版社 ,1997 [21]許洪基 .現代機械傳動手冊 [M].北京：機械工業出版社 ,1995 [22]賀建飚、廖迪洪、張彭 .履帶式機器人行動規劃技術的研究 [J].機器人 .1996， 16 (6)：329335 3 謝 辭 本論文是在 老師 的親切關懷和悉心指導下完成的，導師一方面在學習嚴格要求，另一方面則在生活上給予了真切關懷。導師對于科學研究的嚴謹的治學態度、淵博的學識、誨人不倦的精神和作風給學生留下了深刻的印象，使學生終身受益無窮。籍此論文完成之際，謹向導師致以最崇高的敬意和最衷心的感謝。 在論文完成過程中，作者得 到了 老師 的耐心指教和無私幫助，為課題研究提出了切實中肯的意見和建議，為此向各位老師表達誠摯的謝意。 感謝所有幫助過我的老師、同學和朋友。 2020 年 8 月 15 日