具有自适应能力管道机器人的设计与运动分析

提出并研制一种基于自适应移动机构的管内探查机器人.通过对机器人传动机构的设计,实现了在不增加驱动电动机数量的前提下,机器人具有适应不同管道直径的能力.机器人的传动机构能够在管道直径改变时,自动地改变行走部件的输出形式以克服障碍,完成越障任务.在没有应用链式多节构型的情况下,机器人配备一个驱动电动机就能够完成越障任务,改善了传统螺旋驱动式机器人越障能力不高的问题,同时也提高了对驱动电动机的使用效率.为了分析试验中发现的机器人保持架自转现象,对机器人进行运动分析,并由分析结果对相关部分进行改进.试验结果表明,该机器人能够在内径为190 mm和180 mm的管道中行进,并能够顺利通过两节管道间形成的同心台阶障碍,验证了自适应移动机构的行走能力.     

具有差动运动功能的管道机器人设计与分析

研制一种具有差动运动功能的环境自适应轮式管道机器人——三轴差动式管道机器人,该机器人在通过弯管时可根据管道环境利用三轴差动机构自动调节各驱动轮的转速,从而提高机器人通过弯管时的运动柔顺性.为分析三轴差动式管道机器人的运行状况,通过建立机器人在弯管内运行的精确位姿模型,求得机器人驱动轮轮心以及驱动轮与管壁接触点的位置;以位姿模型为基础对机器人各驱动轮的速度进行分析,得到机器人过弯管时各驱动轮的理论速比关系.对机器人驱动轮与管壁的正压力进行分析,并建立机器人的牵引力模型.搭建管道试验环境进行机器人的差速试验和牵引力试验,测试值与理论分析基本一致,说明三轴差动式管道机器人具有良好的弯管通过性能,适合于在工程管道中应用.     

一种高压室巡检机器人移动机构设计

针对高压配电室内部环境特点及巡检任务需求,提出了一种兼具平稳性高、定位准确及移动速度快的新型轨道式巡检机器人移动机构。介绍了包含差速机构及被动适应导向机构的轨道式移动车体机构构型,分析了移动车体的工作原理及行走过程。以提高运动稳定性为目标,对移动车体及轨道的关键结构参数进行了优化,基于优化结果在SOLIDWORKS中完成了移动车体的三维实体建模,然后在ADAMS环境下对移动车体进行了过弯运动仿真。仿真结果表明,移动车体具有沿着直轨和弯轨组合轨道上平稳运动的能力,验证了移动车体机构设计的可行性、合理性及可靠性。     

六独立轮驱动管内检测牵引机器人

研制了一种用于海底管道内检测系统的无缆自治型轮式牵引机器人模拟样机。介绍了机构组成及工作原理,并分析了动态行走特性。机器人采用内置电动机及传动机构的全主动轮杆式结构,包括六只驱动臂杆和机架杆。每只驱动臂杆的首端直接安装一对主动轮,由其内的一台电动机单独控制。六只驱动臂杆周向60°等间距排列在机架的外层空间,且首尾交替、轴向交错布置,形成六独立轮双截面驱动方式。位于内层中心的机架杆,两端布置力封闭可调机构,产生驱动轮与管壁的主动预紧或解锁。该机器人具有体积小、结构紧凑、牵引力大的特点。试验证明,适合作小直径管道检测系统的理想牵引装置。     

新型微型挖掘机的履带行走装置的开发

一种新型微型挖掘机的履带行走装置,通过驱动轮机构提供动力转动并带动履带行走,这样引导轮也与驱动轮同步转动,从而履带就可以顺利的行走。结构紧凑,安装方便,牵引附着性能好、牵引力大、接地比压低、稳定性好、爬坡能力强,作用效果明显,制作成本低。     

一种管道机器人的结构设计与性能分析

为使机器人具备在立体管道网络中的工作能力,如在90°倾角的管道中攀爬或下行、竖直状态下的悬停作业、通过弯道时不发生侧翻、在运动过程中与管内障碍物不发生刚性碰撞等特性,提出一种新型管道机器人结构,该机器人适应可适应±5mm管径作业。为保持过弯时驱动的同步性,进一步提出一种等距传动机构,同时对机器人通过弯道时的状态进行了分析。对所构型的机器人结构进行了结构与力学特性分析,描述了其在水平、水平过弯、竖直通过弯道典型运动状态下的力学特征,对机器人过弯时进行了运动仿真,最后完成了机器人在立体管道中运行的实验验证。     

SL1400沙滩车牵引通过性分析

为了解决沙滩车辆在沙地通过能力的问题,结合车轮沙土相互作用的力学分析,给出了切线牵引力和行驶阻力的计算公式,以挂钩牵引力和牵引系数作为通过性的评价指标。本文的研究方法可以预测SL1400沙滩车能否在沙地完成行走作业,避免车轮滑转下陷。     

折叠轮腿式管道机器人结构设计与仿真分析

针对现有轮腿式管道机器人存在的管径适应能力与运动平稳性之间的矛盾,提出了将折叠式平行四边形机构引入到机器人的轮腿结构中,在保证运动平稳性的前提下,扩大了机器人适应的管径范围。同时,对该机器人的越障能力和变径能力以及弯管内通过性进行了分析计算,并进行了三维建模与运动仿真分析,验证了本设计的合理性与可行性。该机器人具有适应能力强、过弯灵活、攀爬能力强、驱动效率高等特点。     

管道机器人适应不同管径的三种调节机构的比较

为了使管道机器人能够适应管径为400～650mm的管道,介绍了3种适应不同管径的常用调节机构.分析了每种调节机构的力学特性,给出了计算结果,比较研究了各种调节机构的优缺点.针对工程需要,选用了滚珠丝杠螺母副调节机构,滚珠丝杠上的筒式压力传感器保证驱动轮和管道内壁间的压力始终处于稳定的范围,使管道机器人具有充裕并且稳定的牵引力,牵引力的实验表明该调节机构具有1404N的牵引力输出.该调节机构能很好地适应管径为400～650mm的管道.     

基于凸轮自锁原理的伸缩式管道机器人设计

为提高伸缩式管道机器人的负载能力,研制一种基于凸轮自锁原理的伸缩式管道机器人,牵引力不受限于某一固定摩擦力,可随外载荷的增大而增大。应用分析力学原理导出单向锁止机构各参数应满足的关系式,并给出可适应管径变化的凸轮轮廓设计方法,计算出移动机构系统的响应时间,提出一套系统的管道机器人设计理论方法。利用提出的设计方法研制试验样机,并在管道中成功进行一系列试验。研究成果提升了伸缩式管道机器人的负载能力与管道适应性,完善了基于自锁原理伸缩式管道机器人的设计理论。     

管道机器人自适应管径调节机构的研究与仿真

设计了一种管道机器人自适应管径的调节机构,采用丝杠螺母作为机构的调节方式,研究了机器人适应不同管径时调节机构的力学性能以及机器人在圆形管道内行走时调节机构上的车轮运动状态,并以机器人适应管径为φ445mm～φ558mm为例,利用Matlab仿真软件,对机构做了运动学仿真,通过仿真得到了丝杠有效转矩T和连杆与水平方向夹角以及机器人牵引力F和丝杠导程P参数之间的关系.仿真表明,设计的调节机构能适应管径变化,也能保持机器人牵引力稳定.     

差动式自适应管道机器人的驱动特性研究

为解决管道机器人过弯时驱动轮与管壁间的相对滑动问题以及机体对管径尺寸的适应问题,设计了采用一个电机进行驱动并具备差动能力和自适应变径能力的管道机器人。分析了机体差动机构的传动特性,理论推导了管道机器人变径机构工作状态时的受力方程,得到了机器人运行时驱动轮与管壁之间的力学关系式。构建了机体管内运动模型,并分析了机体在不同位姿条件下,模型中各轮的运动参数变化情况。建立机器人在组合管中运动的虚拟样机模型,通过仿真实验对机体的差动特性进行了验证,结果表明机器人可以无干涉过弯,并展现出了良好的驱动性能。     

设备管线的拖动装置

在机床或机械设备上,移动部件总是在固定部件上运动,进行各种简单的或复杂的自动工作循环。在一般情况下,移动部件上各种机构的运动是由机械、电气、液压、气动或电液联合驱动和控制的,不论采取哪种驱动和控制方法,移动部件运动时往往拖着电气管线、气动管道或液压管道等动力管线一起运动。这些管线或管道大多数是软管,也可以是活动的金属硬管或其它形式。如果移动部件的行程较短,那     

微小管道机器人适应不同管径的3种调节机构的力学分析

针对内径为15 mm~20 mm的微小管道,设计了3种适应不同管径的常用调节机构。分析了凸轮推杆和丝杠螺母副调节机构的力学特性,并给出了计算结果,比较分析了各自的优缺点。根据实际需要,最终选用了丝杠螺母副调节机构,设计了能适应管径为15 mm~20 mm管道的机器人。利用机械系统动力学仿真软件ADAMS建立了机器人虚拟样机牵引力测试模型,仿真表明:该调节机构具有15 N左右的牵引力输出,且该调节机构的适应管径能力很好地满足设计需要。     

一种新型管道机器人的运动学及静力学分析

提出一种采用并联机构作为移动载体,连杆式腿足机构作为行走装置的管道机器人。创建机器人的三维实体模型,阐明了它的工作原理及行走特点;运用矢量法和虚功原理建立了机器人的运动学模型和静力学模型,得到腿部驱动力与并联机构的驱动力/约束力之间的映射关系。最后,给出数值算例验证所建理论模型的正确性。该机器人具有良好的越障、承载能力和管道适应性。     

新型无缆管道机器人关键技术的研究

油气管道健康监测中管道机器人的研发是特种机器人领域中的热点,提出了管道机器人工程实用化中几个关键技术壁垒及这几个关键问题的解决措施。机器人移动牵引机构采用电机驱动丝杠旋转,丝杠上滑架(丝杠螺母)前移,两组支撑腿臂蠕动前行方式;整个机器人系统能量供给方面采用流体推动桨叶发电,对承载的锂电池组充电以实现机器人自推进;机器人通信方面采用管道内光纤传输视频图像和数据,管道外以无线方式与上位机监控设备双向无缆通信;整个机器人系统方案的可行性在模拟环境中得到了验证。     

一种轨道车辆牵引小车的设计

介绍了一种轨道车辆牵引小车的工作原理及结构,对牵引小车的牵引能力进行计算,并通过试验进行了验证.设计的轨道车辆牵引小车具有牵引力大、质量轻、尺寸小、操作灵活方便以及作业效率高等优点,适用于轨道车辆的转场、移动和牵引作业.     

适应管径变化的管道机器人

研制了一种能适应管径变化的新型管道机器人.介绍了机器人的机构组成及工作原理,并分析了其运动学和静力学特性.机器人采用三组行星轮系作为行走部件和径向尺寸调节机构,并沿圆周均匀分布.这种设计使得机器人能够根据管径大小自适应地调节径向尺寸,从而能够在有一定管径变化的管道中工作.实验证明,该机器人的设计符合实际要求.     

推土机

GJ20075105TQ160型全液压推土机行走系统压力与牵引力关系[刊,中]/单新周…//工程机械.—2007,38(6).—34～37通过TQ160型全液压推土机的现场试验,对全液压推土机牵引力、行走系统压力进行实际测量。介绍了全液压推土机进行牵引试验的方法,论述了试验数据的处理与分析过程。图5     

一种新型步进式管道机器人的设计与运动学研究

为增大管道机器人在管道内行程、提高其负载能力和自适应管径能力,设计了基于凸轮连杆组合机构的步进式管道机器人。凸轮机构实现周向伸缩运动,步进单元与凸轮伸缩机构协调运动实现步进运动。描述了该机器人的结构组成和行走机理,建立了数学模型和虚拟样机,ADAMS运动学仿真分析,结果表明,机器人步距99.55mm,步进速度3.78cm/s,步进运动速度平稳,加速度平缓,并具有一定的管径适应能力,该机构可以应用于其他类型管道机器人予以借鉴。