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。     

管道机器人变径机构设计及垂直管道内移动可行性分析

为了提高轮式管道机器人对变径管道的适应能力和在垂直管道时的移动能力,设计了一种液压驱动的轮式管道机器人,机器人变径依靠平行四杆机构实现,变径范围为385mm~405mm;构建了静力学平衡方程,计算得出机器人在垂直管道内不下滑时变径机构需要对管道内壁提供的最小压力207.73N;利用ADAMS对管道机器人的变径机构进行动力学仿真分析,得到了临界状态下变径机构管道内壁的压力211.6301N满足最小压力207.73N和弹簧轴上的弹簧需要提供的压力1230N,机器人可以在垂直方向的管道内移动,为管道机器人的物理样机的制作奠定理论基础。     

基于ADAMS的管道机器人变径机构优化设计

为提高支撑轮式管道机器人驱动效率、改善其性能,对管道机器人变径机构进行了优化设计。通过变径原理阐述及动力学分析,建立机构优化数学模型。基于ADAMS参数化建模和优化设计功能,以高灵敏度设计参数为优化变量,考虑机构几何学、运动学及动力学约束条件,以变径过程驱动电机转矩最小为目标对其展开优化设计。优化后电机最大输出转矩较优化前减小45.2%,优化效果明显,为管道机器人设计提供了参考。     

差动式自适应管道机器人的设计与运动分析研究

针对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,设计了采用单电机进行驱动并具有自主差动特性和自适应变径特性的管道机器人。分析了机体差动机构的传动特性,从理论上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。构建了机器人在管内的运动位姿模型,并研究了机器人在不同位姿条件下的模型中各个变量之间的对应关系。分别建立了管道机器人在弯管和变径管中运行的虚拟样机模型,最后通过仿真实验对管道机器人的自主差动特性和自适应变径特性进行了验证。研究结果表明,管道机器人可以无干涉地通过弯管,在变径管中运行时也能有效地实现自主变径,并展现出了良好的驱动性能。     

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.     

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.     

履带式管道检测机器人行走机构位姿调整分析

针对管道机器人的管径适应性,通过建立数学模型,分析了管道检测机器人行走机构的运动特性,提出了一种新型的管道检测机器人行走机构位姿调整的机构。基于五连杆机构的运动特性,分别驱动五连杆机构的两个连架杆,从而实现管道机器人行走机构位姿的调整。基于ADAMS仿真软件建立了机器人虚拟样机模型,根据优化分析的结果,对位姿调整机构的杆长进行了修正,使得管道机器人行走机构的位姿调整机构满足设计要求。     

自适应管道机器人驱动系统设计

通过对自适应管道机器人驱动系统的总体构架进行分析,详细介绍了驱动系统的弹簧预紧变径机构、三轴差速机构、行走驱动机构和辅助支撑机构的设计。使得所设计的管道机器人具备管径自适应特性和自主差速特性,并可根据弯道内部环境自主改变各驱动轮的速比关系,顺利通过弯管和尺寸不规则的管道。     

支撑式油气管道机器人变径机构优化设计与仿真

为提高支撑式油气管道机器人的变径性能,通过ADAMS对管道机器人的局部变径机构进行参数化建模和优化设计。根据优化后的数据以及管道机器人变径机构的结构特点,在SolidWorks中建立相对完整的变径机构三维模型,将模型导入到ADAMS中进行仿真分析。优化后的螺母水平推力减小了41.5%,通过仿真模拟冲击载荷对管道机器人变径机构的影响,分别得到变径机构在正常变径过程和受到冲击载荷时,螺母水平推力和压缩弹簧的变化情况,为选取合适的电机以及压缩弹簧提供理论依据。     

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。     

履带式管道巡检修复机器人弯管通过性研究

管道在能源的运输方面具有重要的作用,其安全、合理、稳定的运行具有重要的意义。以DN250～350 mm的油气管道为主要应用场景,设计了一种以丝杆螺母变径机构达到自适应目的的履带式管道巡检修复机器人。该履带式管道巡检修复机器人分为驱动单元、检测单元、连接单元和隔离修复单元。通过几何分析研究管道几何约束对弯管通过性的影响可知,当该机器人组成单元的长度小于452.88 mm时,从几何约束角度分析可以通过弯管;运用坐标转化法对机器人运行过程进行了运动状态分析,研究该管道机器人的运动特性,得到该机器人的速度方程。由分析可知,履带式机器人采用3履带差速特性的方式通过弯管时运动更加平稳。采用仿真分析的方式,验证了其对弯曲管道形态的通过性。该研究可为油气管道的稳定巡检、应急安防与处理处置提供参考。     

小口径管道自适应内检测机器人研究

小口径管道在船舶、石油化工等工业领域具有广泛应用,其内部状态对设备的安全运行具有重要影响,管道自适应内检测机器人是对管道内部状态检测的有效方法.通过Solidworks建立轮式管道内检机器人仿真模型,对其适应管径变化及转弯的能力进行分析.通过ADAMS方法对内检机器人进行模拟计算,依据实际工况进行条件约束,对机器人的爬行运动学及动力学进行仿真分析.结果 表明,所设计小口径管道内检测机器人具有一定范围的管道变径及转弯自适应能力,可适应95mm到105mm之间的管道直径变化,可顺利通过的管道最小转弯半径为200mm;在给定速度与预紧力的情况下,轮子与管壁间的力随着管径变小而增加.     

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.     

多节式螺旋双驱动可变径管道机器人设计及其运动分析

为了提高驱动能力和管道通过性,增大变径范围,创新性地设计了一种基于螺旋驱动原理的多节式螺旋双驱动可变径管道机器人结构,以方便实现直径为250～300 mm的管道的探查功能。该机器人由2个螺旋驱动单元和1个中间支撑单元构成,通过刚柔混合变径机构来适应具有50 mm直径变化的管道。在机械系统详细设计及驱动电机初步选型的基础上,着重分析了机器人通过垂直管道的动力学问题,并通过建立虚拟样机模型,对理论分析结果及电机驱动力矩进行了验证。结果表明,该机器人具有优良的管道通过性,为同类型管道机器人的研发提供了技术支持。     

燃气管道机器人变径机构设计及动力学分析

燃气管道机器人作为一种集铺设、检测、修复为一体的设备在管道工程领域应用的愈来愈广泛。为了适应不同的管道直径,管道机器人需要设计合理的变径机构。首先设计了两种管道机器人的变径机构,分别对其进行动力学分析,在同等条件下所需理论电机转矩大小比较结构优劣。最后利用ADAMS动力学分析软件进行仿真模拟与动力学分析,设计了更为合理的变径机构,有利于节省成本,同时对于机器人的轻量化研究有重要意义,为管道机器人设计提供了参考。     

圆管道机器人驱动机构的研究与开发

针对现有工业、民用领域管道机器人的特点,研究开发了一种新型的圆管道机器人螺旋驱动机构.开发出的杠杆变径机构使机器人在不同管径(50～90 cm)内行进.对驱动机构进行了理论分析,采用MATLAB建模,得到最优的驱动机构设计方案.     

主动变径式管道机器人机构设计与性能分析

研制一种具有主动变径机构的圆形管道机器人。设计具有3组独立控制驱动模块的机器人机构,对机器人进行位姿和力学分析,描述了机器人在典型位姿条件下的力学特性。制作机器人实验样机,使用ADAMS软件对机器人进行运动仿真计算,对机器人在管道內部的姿态适应性和摩擦条件适应性进行实验验证。仿真计算和实验研究结果验证了该机器人机构设计的合理性和较好的管道适应性。     

多运动模式管道机器人结构设计与运动分析

针对管道机器人运动形式单一的问题,设计了一种具有多种运动模式并能进行切换的轮式管道机器人,给出了管道机器人的总体方案,设计了管道机器人的自适应变径机构、车轮变位机构和转弯机构,建立了管道机器人轮式行走时的运动模型和力学模型,并以此为基础对机器人主体结构进行优化设计。     

柔性轮式移动弹跳机器人设计与运动性能研究

为了提高机器人在复杂环境中的适应性能,解决弹跳机器人姿态调整和翻转复位的问题,设计一种柔性轮系机构与集弹跳、调姿和翻转复位一体的多链弹跳机构结合的柔性轮式移动弹跳机器人。运用柔性轮系机构实现机器人平坦路面快速稳定的移动,通过柔性轮的弹性变形消除弹跳运动的部分落地冲击力,并基于铁木辛柯梁理论对柔性轮进行受力变形分析。多链弹跳机构能实现机器人的弹跳运动、起跳角度调节和落地后翻转复位,具有单机构多功能的特点。设计了一种复合螺母机构,当复合螺母机构的螺母片闭合时,储能电机驱动丝杆转动实现机器人弹跳储能;当螺母片分离时,瞬间释放弹簧的弹性势能实现机器人的弹跳运动。运用ADAMS对机器人的姿态调整、弹跳运动和翻转复位进行仿真,研制柔性轮式弹跳机器人原理样机并进行弹跳运动实验,结果表明,该柔性轮式移动弹跳机器人的设计具有可行性。     

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。