管道机器人自适应机构碟形弹簧设计分析

为了提高管道机器人的管径适应能力，增强自适应机构的空间紧凑性，本文研究了一种具有自适应和主动适应功能的履带式管道机器人。以碟形弹簧作为自适应机构动力元件，根据构建越障时的力学模型，求解管道内壁正压力，通过ADAMS软件，创建机器人对自适应机构静力学仿真模型，设计了动力元件碟形弹簧。同时基于Matlab软件得到碟形弹簧的特性曲线，并对越障过程进行动力学仿真分析。仿真结果表明，当跨越2.5 mm障碍时，自适应机构对管壁的正压力为223.43 N,验证了碟形弹簧的合理性，满足越障要求。该研究为非线性动力元件在管道机器人自适应机构的应用及分析提供了思路。     

自适应功能管道机器人圆柱螺旋弹簧优化设计

为了提高管道机器人自动适应管径变化的能力和在管道中的越障能力,本文对管道机器人中的自动适应元件——圆柱螺旋弹簧进行了优化设计。根据管道机器人自适应管径能力、越障能力及机器人自身结构对于弹簧元件的要求,选用螺旋圆柱压缩弹簧,并对其进行初步设计,建立了弹簧结构优化设计数学模型,运用Matlab优化功能对弹簧进行了优化设计。研究结果表明,优化前弹簧质量为17.1g,优化后的弹簧质量为14.5g,弹簧质量减少了10.0%,满足管道机器人在适应管径变化过程中对弹簧性能和结构的要求,减少了管道机器人由于自身重力在管道中竖直向上爬升的阻力,增强了管道机器人的爬升性能。该研究为以后管道机器人的开发奠定了理论基础。     

推力吸附爬壁机器人的优化设计与试验

介绍共轴式双旋翼推力吸附爬壁机器人,通过优化推力吸附机构和机架,增强负载能力、降低能耗、增加续航时间. 采用控制变量法控制推力吸附机构的气动参数如叶片数、桨叶安装角、间距比等,建立不同气动参数下机器人气动模型并进行流场仿真。基于仿真结果,完成推力吸附机构的优化设计;基于拓扑优化用构建响应面叠加多目标遗传优化算法（MOGA）、直接单目标自适应优化算法（AS-O）优化,完成机器人机架结构参数优化设计。与初始结构相比,机架上、下层板质量分别降低了55.62%、25.39%. 试验推力吸附机构和机器人攀爬能力,结果表明,推力吸附机构气动仿真结果可靠,上、下层旋翼旋转中心轴偏差与推力吸附机构性能关系密切,机器人具备良好壁面攀爬能力.     

支撑轮式管道机器人牵引机构结构设计

管道机器人可以在油气管道内进行特殊作业,运动方式是其核心。介绍了一种新型管道机器人牵引机构,采用支撑轮式运动方式。首先介绍了机构的整体设计和技术特点,并详细阐述了驱动机构和支撑机构的设计方案和工作原理,同时对其力学特性进行了分析。该机构行走速度快,驱动能力强,工作可靠并可以适应较大的管径变化,可以用于油气管网作业。     

巡线机器人末端执行机构的参数化设计与优化设计方法

给出了超高压输电线路巡线机器人结构方案,建立了基于巡线机器人末端执行结构几何参数的数学模型与力学模型;阐述了末端执行机构中的异形片刹车机构与末端执行器开合机构参数化设计与优化方法及实现过程;运用数值分析软件实现了末端执行机构的多目标规划和优化设计;利用有限元分析软件对优化设计前后的末端执行机构进行强度与变形分析,分析结果验证了机构模型的合理性及优化设计的可行性。     

基于动强度可靠性的输流管道动力优化设计

建立以支撑(位置、刚度)和截面几何特性为设计变量,以结构重量极小化为目标,以动强度可靠性指标和固有频率为约束的管道动力优化模型.针对某类管道,对支撑位置、刚度和管径进行优化分析,得到了支撑、截面参数和管道动力特性之间的关系.计算结果表明此优化方式是合理有效的.经过优化,提高了首超可靠度,减轻了结构重量,降低了动应力,增强了管道的抗振能力.     

平面冗余自由度机器人自寻优运动优化方法

为了解决平面冗余自由度机器人的运动优化问题,提出一种自寻优方法。引入"臂角"参数,建立了平面4自由度机器人逆运动学的封闭解形式;针对机器人运动过程中远离关节极限的优化任务,提出一种自寻优方法,将4自由度机器人等效为四连杆机构,将优化目标转化为虚拟转矩作用于关节上,机器人将在虚拟力作用下向着平衡状态运动,最终实现机器人的运动优化。采用自寻优方法对机器人单点位姿及轨迹跟踪进行了运动仿真,结果表明:自寻优方法可以快速、有效地实现机器人的运动优化。     

基于遗传算法的注射机增力机构的优化设计

对注射机五铰链斜排双曲肘增力机构进行运动和力学特性分析，使用遗传算法对该增力机构进行优化设计．该优化设计属于多目标函数优化问题，即以机构总长较小、机构行程比较大和力的放大倍数较大为目标函数建立优化数学模型，通过对合模力为1000kN的增力机构实例计算与传统设计方法进行比较，结果表明：行程比增加4．1％，力的放大倍数增加14．78％，机构总长减小3．6％．这对于注射机提高增力机构的运动及力学性能，减少加工制造成本方面取得了令人满意的效果．     

多运动态可重构轮履复合式机器人机械设计

针对复杂的室外地形特征,结合轮式、履带式移动机构的运动优点,提出并研制一种可重构的具有多种运动模式的轮-履复合机器人.该机器人由控制单元、两个相同的可重构车轮、翻转机构和车体组成,具有轮式、履带式、翻转式3种运动模式.轮式工作形态,机器人为两轮机器人,运行速度快,可全方位运动;履带工作状态,机器人可以适应砾石地、沙地、草地等多种复杂地形,具备较强的越障能力;翻转工作状态,履带轮整体翻转,可跨越栏杆等垂直障碍.机器人轮-履转换由车轮内部的并联四连杆机构实现,可根据地面特征选择运行模式,根据障碍类型选择越障方式.在建立运动学和力学模型的基础上,结合数字仿真方法对结构进行了参数化研究,此设计方法优化了转换机构的运动轨迹,降低了对驱动电动机的性能要求,提高了电动机的使用效率.试验表明,机器人可通过调整自身机构以合理的运动模式通过沙地、草地等路面环境,攀越阶梯和栏杆等复杂障碍,具有良好的环境适应性和越障性能,验证了该移动平台系统设计的合理性.     

基于动力学性能优化的叉车减震垫检测机构设计

为研制用于检测叉车减震垫性能的机械装置,基于机构工作目标和动力学特性,采用优化设计的方法,通过对机构中构件的质量和形状等进行优化设计以降低其运转时产生的惯性力.以满足机构工作特性及机构性能指标为优化设计的基础,以降低机构激振力为目标,建立以检测机构动力学、结构参数以及机构工作性能为基础的优化计算模型,确定机构优化设计的...     

直动从动件平面移动凸轮机构的动力学优化设计

为了消除移动凸轮机构传动不平稳性,提出一种新的平面移动凸轮廓线优化设计方法。以减小最大压力角,降低机构的驱动阻力为优化目标,通过建立直动从动件平面移动凸轮机构的优化数学模型,对凸轮轮廓曲线的形状进行了优化设计.对优化的凸轮机构动力学特性进行了仿真分析。结果表明:凸轮机构优化后较优化前,机构的最大压力角减小了10.31°,最大驱动阻力下降了38.5%,验证了移动平面凸轮机构优化设计方法的可行性。     

燃气管道机器人行走轮架多学科优化设计

燃气管道机器人作为一种集铺设、检测、修复为一体的工具在管道工程领域得到愈来愈广泛地应用.由于管道空间的局限性,在同等带载能力的情况下,机器人结构的轻量化就显得尤为重要.介绍了一种多学科耦合作用下的结构快速优化设计技术,提出将多学科设计方法应用于燃气管道机器人结构设计,实现了该机器人运动结构综合性能优化.建立行走架结构三维模型,以结构轻量化为设计目标,结构静强度、振动性能等为约束,基于多学科协同优化设计思想建立设计优化模型.通过应力分析、质量对比,结果表明,优化后的设计不仅满足强度,而且质量相比之前大幅度减轻,有利于节省成本,对于机器人的轻量化研究有重要意义.     

履带式管道机器人设计及仿真研究

针对现有管道机器人越障能力差、机械结构复杂、不便于控制操作和适应管径尺寸单一等诸多问题,本文设计了一款具有主动适应功能的履带式管道机器人。利用SolidWorks软件对该机器人进行三维数字化设计,建立了三维模型,并将该机器人模型导入Adams中,建立仿真模型。仿真结果表明,当倾斜度为0°,姿态角在0~360°范围变化,管径在200~300mm范围内变化时,随着姿态角的变大,单个履带轮所需螺旋机构驱动力呈现抛物线形曲线变化,最小值为255.22N,最大值为296.89N,经过理论计算,当管径和倾斜度固定不变,不管姿态角如何变化,螺旋机构轴向总驱动力都是828.17N,不会发生变化。但随着管径的增大,螺旋机构轴向总驱动力会逐渐减小,最大值为939.23N,最小值为494.25N,这是因为管径变大,主动曲柄与管道轴向夹角随之变大,虽然径向方向支撑力变大,但轴向方向分力减小的更多,所以合力总体减小。该研究数据结果为其以后的实验研究奠定了理论基础。     

基于动力学性能优化的叉车减震垫检测机构设计

为研制用于检测叉车减震垫性能的机械装置,基于机构工作目标和动力学特性,采用优化设计的方法,通过对机构中构件的质量和形状等进行优化设计以降低其运转时产生的惯性力.以满足机构工作特性及机构性能指标为优化设计的基础,以降低机构激振力为目标,建立以检测机构动力学、结构参数以及机构工作性能为基础的优化计算模型,确定机构优化设计的目标函数,为自主研制开发实用、高效与可持续发展的减震垫性能检测装置提供了理论基础.     

正交优化法在区域供冷系统管网优化设计中的应用

以管网年折算总费用最低为目标,选取管径、冷水流速、管道保温层厚度作为优化变量,将用户冷负荷需求和合理冷水流速范围作为约束条件,建立区域供冷系统管网优化目标函数,并采用正交优化方法进行优化计算。以株洲市神农城区域供冷管网为例进行计算,结果表明:管网设计参数对管网经济性的影响排序依次为:d(管径)、v(流速)、δ_t(保温层厚度),且三者都是不可忽视的主要因素;株洲市神农城区域供冷系统管网优化设计参数组合为d_e=300 mm,v_e=1.06 m/s,δ_(te)=0.057 m,年折算总费用为282 729元;正交优化法可以作为区域供冷系统管网优化设计的工具,适合一般工程技术人员使用。     

曲柄摇杆机构结构多体运动学分析及其优化

为了实现对曲柄摇杆机构优化,文中运用矢量解析法建立了曲柄摇杆机构的数学模型,对其进行理论运动学分析,运用动力学仿真软件ADAMS的参数化建模建立曲柄摇杆机构的物理模型并进行运动仿真分析,验证模型的正确性.结果表明:通过优化设计,获得了满足目标的最佳模型,使原来曲柄摇杆机构的压力角从15.813 8°减小到了12.457 0°,提高了曲柄摇杆机构行程的机械效率.     

仿蝗虫跳跃机器人的后腿跳跃机械结构设计

依据蝗虫身体结构及其运动特点,采用齿轮、凸轮传动,弹簧储能等机构部件,构建仿蝗虫跳跃机器人三维模型。用摆动从动件凸轮的柔性膝关节模拟半月板的能力释放,建立了以基圆半径最小作为优化目标,按压力角优化的数学模型,确定了仿蝗虫机器人后腿跳跃机构尺寸。仿真结果表明：通过MATLAB绘制凸轮的理论与实际廓线,使体积在优化后降低了22%,通过ADAMS的接触应力分析,确定了凸轮副最大承载力不应低于15KN。此设计研究确定了仿蝗虫机器人的后腿跳跃机械结构尺寸,减小蓄力凸轮体积,为其下一步系统结构优化设计奠定基础。     

基于CATIA的管道清洁机器人设计与研究

针对管道内径为200mm-250mm的管道清洁机器人设计,提出了基于螺旋推进原理的管道机器人的设计方案,运用三维建模软件CATIA进行实体建模,并对自适应管道机器人的机械结构进行了设计与研究。同时,通过CATIA,Analysis对管道机器人关节薄弱处进行校核优化,用以提高机器人运行的可靠性及较好的完成工作目标。     

基于ADAMS的肘杆式机械压力机仿真优化分析

以肘杆式机械压力机为研究对象,运用ADAMS软件建立了该冲压机构的虚拟样机模型.以该压力机工作过程中最大压力角最小为优化设计目标,通过确定设计变量、建立目标函数和约束函数对机构模型进行了仿真优化.优化结果表明,压力机工作过程中最大压力角较优化前减小了36.6169°,优化效果明显,说明得到了机械效率较高的机构模型.     

基于ADAMS八连杆冲压机构的参数化设计与优化

以八连杆冲压机构为研究对象,在ADAMS平台上建立其参数化模型并进行仿真,获得冲头的运动特性曲线。以冲头最大加速度取得最小值为目标进行优化设计,得到该冲压机构较为理想的结构参数。研究表明,优化后冲头的最大加速度降低了51.9%,这有利于冲头在冲压过程中减少振动和冲击,延长机器的使用寿命。