管道机器人结构与通过性分析

针对现有油气管道检测机器人运动方式单一、管径适应范围小、机器人在管道中通过性与适应性差等问题,设计了一种新型变运动方式管道机器人.给出机器人的设计需求,介绍了机器人的整体结构与工作原理;提出了主副簧结合、共同预紧的被动支撑机构和具有倾角可调功能的驱动机构;对支撑机构受力进行分析,同时对机器人通过弯管时的尺寸约束条件与运...     

一种连续型肠道机器人的通过性研究与仿真

在仿真环境下研究一种线驱动连续型肠道机器人的通过性.这种机器人没有传统刚性机器人的刚性关节和连杆,无法利用传统D-H(Denavit-Hartenberg)法对其进行运动学分析.因此利用几何分析法提出了一种简练的运动学算法.采用医学上的肠道统计数据,基于Microsoft Visual C++6.0和OpenGL建立了肠道模型和机器人原理模型.在此基础上采用一种几何相交算法,对不同关节长度的机器人进行了肠道通过性研究与仿真,展示了这种连续型肠道机器人的运动能力,并对其通过肠道时的误差进行了分析.仿真结果验证了该算法的正确性并得出了机器人通过肠道的必要条件.     

基于一种弹簧联轴节的管内蠕动机器人弯道通过性分析

针对目前国内外管内蠕动机器人对弯道连续工作能力不理想的问题,提出了一种可以在不同曲率管道内部行进的一种弹簧联轴节管内蠕动机器人的转弯机构。通过对这种管内蠕动机器人及其转弯机构组成、工作原理、位姿以及运动几何分析,得出其在不同曲率管道运动特性的相关公式,利用Adams对其进行仿真分析,验证相关理论分析,进而确定弹簧联轴节管内蠕动机器人转弯机构的各项设计参数的相关理论准则。     

管道机器人弯管通过性的分析

讨论了管道机器人的数学模型,并且对垂直弯管和分支管道的通过性做了分析.通过建立机器人的几何方程,使得机器人可能通过各种弯管.其结果可对机器人的动静态特性研究提供一定的参考.     

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。     

一种基于SMA的管道里蠕动机器人及其反馈控制

介绍了一种SMA驱动的正方体型管道机器人的结构、运动原理及控制系统.通过协调十二组SMA直线驱动器的动作,使机器人可在前后、左右、上下等六个方向上蠕动.重点分析了基于该机器人的电阻反馈控制,采用简便的反馈方式有效地防止由于过热而产生的SMA记忆性能下降.     

一种双驱动管道机器人行进机构

针对现有管道机器人行进机构通用性差、结构复杂等问题,设计了一种能够以蠕动和快速运动切换方式在管道中行进,同时能灵便适应管道的水平、竖直、弯曲等形状变化,以及管道直径变化的通用管道机器人行进机构.该行进机构引入气动装置和轮毂电机,结构简单、成本降低,使管道机器人的性能和应用范围得到了进一步的拓展.     

刚柔耦合管道机器人管道通过性分析及验证

针对目前管道机器人对复杂管道连续作业不理想的问题,提出一种新型刚柔耦合机器人。机器人采用首尾扩张机构与中间弹簧驱动机构配合工作的步进式前进工作方式,而且通过弹簧机构的柔性可以更好的适应管道变化;通过设计的机器人提出了一种新的管道通过模式,并根据机器人受力情况、运动特性以及管道受力分析,从多方面分析管道机器人通过管道时的影响因素,得出一种不仅能够适应复杂变化的管道,而且可以实现对不同曲率半径管道探测的机器人;最后对机器人进行实验研究以及验证。     

一种新型压电薄膜驱动器微机器人的结构及力分析

本文研究了一种细小管道内移动微机器人.它采用PZT双压电薄膜驱动器,利用惯性冲击原理产生运动,可以搭载CCD摄象机或其它检测装置进入Φ20mm的工业管道内部实施作业.文中描述了此种微机器人的结构,对其运动进行了力分析.以此理论为基础制作了微机器人实验样机,其最大运动速度可达18mm/S.     

一种人体消化道微小蠕动机器人设计

针对人体消化道环境,设计了一种微小蠕动机器人.机器人采用多节柔性结构,包括前舱、后舱和运动节.前舱内有控制模块、无线通讯模块、传感模块,直流电机和减速器组成动力源,放置在后舱.运动节采用丝杠螺母机构,按照设计的控制序列可以把螺母与运动表面的摩擦力转化为牵引力,设计了基于形状记忆合金的啮合螺母以及双万向节连接机构.制造的机器人样机直径φ10.6 mm,长度118 mm,结构简单,功耗低,具有一定实用前景.     

新型SMA驱动技术

概括了形状记忆合金的相变晶体和热力学特性,并在此基础上介绍了形状记忆合金驱动器的结构、原理、驱动、控制和应用。综述了当前形状记忆合金驱动技术研究中的若干热点。     

基于形状记忆合金弹簧阵列的人工肌肉设计与研究

针对形状记忆合金（SMA）丝、SMA弹簧驱动力和输出位移小的缺陷,提出了基于SMA弹簧阵列的人工肌肉设计方法。利用仿生学原理,设计了SMA弹簧阵列的空间串并联结构,推导了人工肌肉驱动力计算公式,对其输出模拟量用组合学方法进行了分析。利用UG和ADAMS建立了人工肌肉的多体动力学模型,同时,在Simulink上建立了人工肌肉的激活控制模型,在这些基础上,模拟仿生手臂弯曲伸展运动的工作过程,分析该人工肌肉的驱动和控制特性。仿真结果表明,SMA弹簧阵列结构能显著增大SMA驱动器输出位移和驱动力,并简化模拟量输出的控制。     

SMA弹簧集群驱动控制与动态特性研究

研究了SMA弹簧集群的驱动控制与动态特性。在分析生物骨骼肌微观结构特性的基础上,建立了3行5列的阵列结构SMA弹簧集群及驱动控制实验平台。基于数理统计理论,建立了SMA弹簧集群驱动开关控制方法,利用ADAMS软件对SMA致动器集群的位移和力特性进行了仿真分析。设计了基于PLC的集群控制硬件平台,利用组态王软件建立了集群控制图形用户界面,给出了SMA弹簧集群的激活控制法则,获得了SMA弹簧集群的张力时间历程,在此基础上研究了不同的SMA弹簧激活组合对输出力特性的影响。实验表明,SMA致动器集群存在严重的耦合特性。最后讨论了致动器集群输出力的振荡特性及振荡消除方法。     

一种形状记忆合金扭转驱动器的制备与测试

研究了一种以镍钛（NiTi）形状记忆合金带材为基本驱动材料的平面涡卷式扭转驱动器。该驱动器利用NiTi合金的单程形状记忆效应与回复弹簧的相互作用,实现驱动器在高低温状态下正反两向的扭矩输出。分析了驱动器的基本结构形式和驱动原理,探讨了NiTi合金驱动部件的设计方法和基本制备工艺。设计制作了驱动器原理样机,并测试了驱动器的输入输出特性。测试结果表明,该驱动器在给定的高低温环境(10~60℃）下能够在正反两个方向连续稳定地输出扭矩,最大行程范围为0~175°,最大输出扭矩达到0.33N·m。实测结果证明了驱动器设计方案与制备工艺的可行性。     

基于机器人的管道内壁三维重建技术研究

该文主要研究根据排水管道的二维激光扫描信息重建其三维内壁图像的技术与应用。提出了携带二维激光扫描仪的管道机器人对管道内壁进行数据采集及处理的方案;探讨管道内壁的三维数据重建算法,即利用机器人在管道中相对于水平面的二维倾角信息和管道内壁点云的圆柱形几何特征来计算机器人在管道中的姿态,进而得到机器人坐标系相对于全局坐标系的变换矩阵,把不同视点的点云转换到统一的全局坐标系中,对点云进行匹配。实验验证了该文提出的管道三维重建算法的可行性,对于检测管道内部工况具有重要的理论与应用价值。     

基于有限段方法的SMA扭转驱动器柔性机构动力分析

柔性机构的动力学分析是柔性机构学研究的重要课题,柔性部件的变形对系统的安全性和可靠性有直接的影响。针对SMA柔性扭转驱动器的梁式柔性构件的特点,应用有限段的方法建立了其离散分析模型。充分利用ADAMS软件在多体系统动力学分析上的优势,应用ADAMS宏命令建立了SMA柔性扭转驱动器的有限段离散模型,将柔性机构的动力学问题转化为多刚体动力学问题,从而实现对柔性机构动态特性的分析。     

形状记忆合金丝驱动器冷却方法理论分析及实验研究

形状记忆合金(SMA)丝驱动器的冷却时间直接影响驱动器的响应速度。提出了一种以压缩空气为冷却气源的套管式强制空气对流冷却方案,可在不影响其他SMA丝的情况下实现对单根SMA丝的快速冷却。建立了自然冷却换热和强制对流换热的数值分析理论模型,并且对直径为1mm的NiTi合金SMA丝分别进行了自然对流和强制对流换热实验,实验结果验证了数学模型的准确性。     

机电集成形状记忆合金活齿传动装置受力分析

为了研究机电集成形状记忆合金（SMA）活齿传动装置的受力规律,采用电流直接加热方式并基于Brinson的一维本构模型,推导出装置中SMA的驱动方程;通过活齿传动装置受力分析,建立了装置的耦合力学方程,绘出了装置参数变化时活齿受力随输出轴转角变化曲线和不同输入电流下输出特性曲线,得到了装置参数变化对活齿受力的影响规律和输入电流对装置输出特性的影响规律。研究结果为装置的进一步优化和动力学研究提供了参考,为样机的制作和试验提供了依据。     

基于热力学性能的形状记忆合金驱动器多目标优化

提出了一种可应用于微小型水下机器人摆动关节的形状记忆合金差动驱动方法及其实验装置。分析了形状记忆合金差动驱动的摆动关节运动机理;针对不同结构参数的形状记忆合金驱动器在不同驱动条件和外界环境下的热力学性能,对形状记忆合金驱动器的响应能力、驱动力及能耗展开实验研究和分析;采用多目标优化设计理论和算法,对形状记忆合金差动驱动器的综合热力学性能进行了优化,得到了满足使用条件的形状记忆合金驱动器最优结构参数和与之匹配的控制量。     

一种基于智能材料的微小型步行机器人的研究与设计

通过对微小型“六足步行机器人”结构体系、功能特点的理论分析与应用研究,完成了基于形状记忆合金的微小型步行式机器人相关技术的探索。设计方案具有一定的先进性和可行性,技术措施也具有一定的合理性和可靠性,其设计思想和技术方法可为其他微小型步行机器人的研究提供借鉴和参考。