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.     

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。     

螺旋推进管道机器人的驱动头与保持架调节机构设计

为了使基于螺旋推进的管道机器人能在微小的管径中获得较大的牵引力,介绍了不同的螺旋驱动头与保持架调节机构.分析了每种调节压紧机构的力学特性,并给出了计算结果,比较了各种调节机构的优缺点.应用机械系统动力学仿真软件ADAMs,建立了管道机器人的虚拟样机,通过计算机仿真得到机器人输出牵引力的仿真数据,为研制微小型螺旋式管道机器人提供,设计依据.     

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.     

复杂管道清理机器人结构创新设计

论述了管道机器人的研究现状,对几类典型管道机器人性能进行对比分析。创新设计了一款适用于清理中小型管道的清洁机器人。该装置由电机、履带行走机构、直径调节机构和清理机构组成。电缆传输信号控制机器人在管道内行走;通过直径调节机构调节机器人尺寸以适应不同管径变化。该机器人可两节串联使用以实现清洁力度的调节,配合气压杆装置调节刷头压力以增强清理效果,可适用于不同管径及污染程度的输水管道,具有良好的应用前景。     

支承轮式管道机器人变径机构动力学分析

介绍了4种支承轮式管道机器人变径方案的工作原理,比较分析得出丝杠螺母副变径机构具有更高的驱动效率。在此基础上,基于虚功原理分析了丝杠螺母—支承杆变径机构的驱动特性,并应用多体动力学仿真软件ADAMS对其进行了动力学仿真验证,结果显示丝杠螺母—支承杆变径机构具有更高的驱动效率和更强的管径适应能力,并给出了其驱动电动机随管径变化的一般动力学特性,为支承轮式管道机器人推广应用奠定了基础。     

一种自适应多功能智能管道机器人设计

针对现有管道机器人功能单一、适应性差的问题,设计了自适应多功能智能管道机器人。采用SolidWorks对机器人进行了三维建模,分析了机器人的工作机理,对控制系统进行了研究。采用ANSYS有限元分析软件对支撑结构进行了分析。对变径机构主动轮部分进行了运动学建模,得到了N20电机与管道机器人行进速度的函数关系及N20丝杆电机转速与管道机器人开合灵敏度的函数关系。对机器人外径调节范围和空载行进速度进行了试验,制作了实物样机,经试验测试表明：机器人单节高度为80 mm,质量为0.7 kg,主动轮外径可调节范围为60.16～240.33 mm,空载行进速度为0.21 m/s,主要支撑结构均满足设计要求。该机器人具有结构简单、制造成本低、功能多元、主动适应管径变化的特点,不仅为管道类机器人的创新设计提供了有效解决方案,而且为海洋管道的安全性检测做出了贡献。     

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.     

管外喷涂机器人的行走系统设计

管外喷涂机器人的行走系统采用双驱动轮式行走方式,设计了管外喷涂机器人的行走系统及行走轮的管径适应调节与锁紧装置,该行走系统能适应于管径变化范围在60mm以内的管外机器人,该行走系统具有可避障、管径自适应调节、结构简单等优点.     

双轮履带式管道机器人防侧倾机构研究

针对双轮履带式管道机器人在管道中运动不稳定、容易侧倾的问题,设计一种履带式管道机器人防侧倾机构。基于Solid Works软件,建立履带式管道机器人三维模型,进行防侧倾装置及传动系统设计。研究防侧倾装置不同管径适应性,并对管道机器人进行了受力分析。研究结果表明:该防侧倾机构结构简单、适应性能、损伤便捷、性能可靠,能够实现双轮履带式管道机器人的平稳作业,具有良好的工程应用价值。     

In-pipe inspection robot with active pipe-diameter adaptability and automatic tractive force adjusting

An in-pipe robot with active pipe-diameter adaptability and automatic tractive force adjusting is developed for long-distance inspection of main gas pipelines with different diameter series. Its physical design employs the scheme that three sets of parallelogram wheeled leg mechanism are circumferentially spaced out 120° apart symmetrically. This structural design makes it possible to realize the adaptation to pipe diameter and tractive force adjusting together. On the basis of analyzing the mechanical actions of the adaptation to pipe diameter and tractive force adjusting, the related mechanical models are established, and their control system structure and control strategy are discussed. To verify the pipe-diameter adaptability and tractive force adjusting of the robot, related field experiments are implemented in actual underground gas pipeline. The experimental results show that the theoretical analysis in this paper is valid and the prototype of this robot can work well in actual underground gas pipelines. Compared with other similar robots, this robot, which employs active mode for its adaptability to pipe diameter, can be adaptable to the wide range of gas pipeline diameters from 400 mm to 650 mm and automatically provide a stable and reliable tractive force with strong capacity of tractive force adjusting. As a mobile carrier for visual inspection and nondestructive testing to monitor block, corrosion, crack, defect, and wall thickness of main gas pipelines, its inspection range of one-time job in pipelines is extended beyond 1000 m.     

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。     

小型螺旋轮式管道机器人设计

针对管道内径为Ф100mm的微小型管道检测机器人研究,提出了基于螺旋推进原理的微小型管道机器人的解决方案。新型的旋转体和保持体结构的设计,使此管道机器人具有较大的牵引力和移动速度。机器人采用节段式设计,使得其在体积微小的同时,具有强大的功能扩展性。本文介绍了螺旋推进管道机器人的组成及工作原理,对机器人的机械结构进行了设计,并且分析了其在弯管内的几何与运动约束条件。     

管道机器人移动牵引机构设计

管道机器人是特种机器人研究领域中的热点.该文设计了管道机器人蠕动式移动牵引机构,采用电机驱动丝杠正反转,丝杠上丝杠螺母前移,前后两组支撑腿臂交替支撑住管壁,从而实现了机器人的蠕动式前行的驱动方案,并设计了该系统的电控部分.模拟管道中的实验验证了该方案的可行性.     

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。     

微小型螺旋驱动管道机器人建模与分析

介绍了基于管道内径为15mm的螺旋驱动管道检测机器人的组成及工作原理，分析了其运动力学性能及在弯管内的几何约束条件。应用机械系统动力学仿真软件ADAMS，建立管道机器人的虚拟样机。通过计算机仿真得到机器人牵引力与驱动轮位置参数和尺寸参数之间的关系数据，证明了理论分析的正确性，同时为研制微小型螺旋式管道机器人提供设计依据。     

一种水管机器人的结构和弯道通过性分析

楼房自来水旧有金属管道的内衬涂覆可有效避免水在这种管道内输送时的二次污染,从而为直饮水推广提供必要条件,但在内表面处理后没有合适的技术来进行涂覆质量的检查,利用管道机器人可以实现这一目的.文中主要讨论了直径≤50 mm,曲率半径约75 mm管道机器人的机械结构的设计,并分析了机器人在弯道处的通过性.提出了一种新型的管外驱动的方式,极大地提高了机器人的行进速度和负载携带能力.通过采用SMA(shape memory alloy)作为主动导向驱动,在视觉系统的辅助下能够顺利地通过L型和T型管道.该机器人可望具有良好的越障、转弯能力和行进速度.     

柔性蠕动管道机器人结构设计和通过性分析

为提高对管道复杂环境的适应性,实现机器人平稳可靠行走,对柔性蠕动管道机器人进行了结构优化设计和管内通过性分析。该机器人采用柔性弹簧轴驱动和单向轮机构,靠自身的结构自适应性实现蠕动行走,并能在一定范围内自主适应管道内径和形状的变化。通过对蠕动机器人在直线管道的运动分析和受力分析,得到了机器人的蠕动行走条件。利用ADAMS仿真软件对机器人进行了运动仿真,验证了该机器人蠕动行走的可行性和行走条件的正确性。