参数摄动对四足机器人液压驱动单元位置控制特性影响

高性能四足仿生机器人的设计要求驱动其关节运动的液压驱动单元具有良好的动态特性,但由于液压驱动单元工作参数摄动和其固有的复杂非线性,使得多数情况下液压驱动单元的控制性能受到制约.采用机理建模方法,针对四足机器人采用的一种对称阀控制对称缸的液压驱动单元结构,综合考虑控制器饱和特性、伺服阀压力-流量非线性、伺服缸活塞初始位置变化、库伦摩擦非线性等因素的影响,建立了液压驱动单元非线性数学模型,给出了其液压固有频率和阻尼比表达式;运用Matlab/Simulink软件系统搭建了其非线性仿真模型,在相同工况下,分析了不同控制器比例增益的液压驱动单元位移阶跃响应的仿真及试验结果,以验证仿真模型;并搭建了液压驱动单元性能测试试验台,通过仿真与试验分析,进一步研究了控制器比例增益、系统供油压力、液压驱动单元初始位移、负载力、负载质量、负载刚度对液压驱动单元动态特性的作用机理和影响规律.研究结果表明,建立的非线性数学模型准确、实用,且以上参数的改变均会对液压驱动单元位置控制特性产生不同程度的影响,其影响规律可为四足仿生机器人液压驱动单元控制器参数的在线优化奠定基础.     

仿尺蠖式气压驱动管道清洁机器人的设计

设计了一种用于管道清洁的气压驱动机器人,机器人由清洁作业单元、纵向驱动单元、横向支撑单元和气压系统四部分组成。清洁作业单元利用气压马达驱动合金刀头旋转,清洁管道内壁;纵向驱动单元由两套相同的驱动模块构成,两套相同的驱动模块通过万向虎克铰连接,带动整个机器人沿管道内壁运动;横向支撑单元通过滑轮与管道内壁接触,为清洁作业单元和纵向驱动单元提供支撑力;气压系统为整个机器人的工作提供动力源和控制信号。提出了机器人的仿尺蠖式运动方式,整套机器人机构简单、设计可靠,可以实现远距离、复杂工况的管道内壁的清洁工作。     

一种内螺旋管道机器人

提出了一种内螺旋管道机器人(简称内螺旋机器人）。设计了该机器人的结构,建立了机器人的动力学方程,数值计算了机器人在管道内运行时管道内壁所受的压力、机器人的轴向推进力和液体对机器人的周向阻力矩。结果表明,当驱动为外磁场驱动时,内螺旋机器人轴向推进力和周向阻力矩都会增大,但对管道壁的损伤也会增大。以机器人轴向推进力和能效指标为优化目标,采用正交优化方法得到一组最优的内螺旋槽几何参数。根据内螺旋机器人的工作原理,设计制造了内螺旋驱动样机,该样机在充满201甲基硅油管道中的运行实验证明了内螺旋机器人的可行性。提出的内螺旋机器人表面光滑,能悬浮运行,对管壁的损伤小,可用于人体内腔的微细管道中。     

介质压差驱动管道机器人速度调控装置的研究

鉴于流体管道裂纹检测的不易,对一种利用管道内流体介质来驱动的新型管道机器人进行研究。该机器人可根据管道传输介质的流速、压力及摩擦负载的变化,实时对管道机器人的行进速度进行调控;构建了一套电机驱动锥阀的新型管道机器人泄流调速装置,并对其调速机理进行了分析,推导出影响机器人行进速度稳定性的负载和通流面积之间的关系。介绍了以压差和速度为反馈环节的双闭环速度调控机理,为流体压差驱动管道机器人速度调节和控制提供了一套新的解决方案。     

螺旋轮式微型管道机器人设计

微型管道机器人广泛应用于工业检测、工业维修、医学等领域。其移动结构及电驱动技术具有较高的实用价值和学术意义。采用螺旋轮式结构设计了一种微型管道机器人,其原理简单、结构紧凑、控制方便,首先介绍了其螺旋轮式移动结构,然后介绍了其电路驱动部分的设计。试验表明,螺旋轮式微型管道机器人能够适用于在内径20～25mm之间的微型管道内作业,具有前进、后退、调速、自锁等功能,同时,对管道的局部不规则点或细小障碍物具有一定的适应能力。     

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...     

一种用于电缆管道排管作业与巡检的遥操作机器人

介绍一种用于城市地下电缆排管作业与巡检的遥操作机器人系统.该系统由可远程操作的机器人本体、传输/回收设备和便携式地面监控站组成.基于TMS320DM6446主控芯片的嵌入式控制系统、高性能的驱动机构、多传感器组成的检测单元及可靠的无线/有线双传输链路使机器人能辅助电缆管道排管作业和施工验收,完成电缆状态检测等功能.实验表明,该机器人结构独特、体积小巧,能够稳定运行于电缆排管中;机器人拥有足够牵引力以辅助电缆敷设;检测单元能获取视频图像、管内温度、排管坡度和电缆局部放电量等检测信息;整个机器人系统可以满足电缆管道排管作业与巡检的基本要求.     

基于递归理论的泵站压力管道运行状态监测

针对不利因素导致的管道运行异常问题,提出一种基于递归理论的泵站管道运行状态监测方法。首先,通过振动传感器提取压力管道关键部位的实测信息,并将同一位置不同方向的数据信息进行融合,得到一组反映结构整体动力特性的综合数据;其次,利用伪近临法与互信息法分别选取相空间重构参数m和τ;最后,绘制并计算代表管道动力特性的递归图及递归量化指标。将该方法应用于景泰川工程二期七泵站管道运行监测,通过设置不同的运行工况进行验证,结果表明：机组开关瞬间与稳定运行工况下,管道结构振动信号的递归图呈现不同模式,递归量化指标-确定性、对角线平均长度L、递归率及递归熵也呈现明显差异,能有效区分管道振动状态。该方法为压力管道的无损动态监测提供了新思路。     

一种核管道机器人结构设计与驱动力分析

针对人工方式进行核电管道检测与维护存在效率低的问题,将管道机器人技术应用到核电站管道维护中,代替人工进行现场故障监测、异物探测和清理。设计了直径为300 mm的管道机器人的机械结构,分析了机器人在管道中的受力情况以及驱动特性。同时设计了一种全新的单电机全驱动机构,这种设计使机器人整体结构更为紧凑,提高了机器人行进速度以及驱动负载能力。并利用ADAMS动力学仿真软件对机器人驱动特性进行了研究和分析。结果表明,机器人的驱动能力能够满足实际作业需求,并且其驱动能力与摩擦系数、斜坡度有关;其中驱动力与摩擦系数成正比,即摩擦系数越大机器人的驱动力越大;驱动力与斜坡度成反比,即斜坡度越大驱动力越小。该研究结果可为后续机器人优化设计提供理论依据。     

基于递归理论的泵站压力管道运行状态监测

针对不利因素导致的管道运行异常问题,提出一种基于递归理论的泵站管道运行状态监测方法。首先,通过振动传感器提取压力管道关键部位的实测信息,并将同一位置不同方向的数据信息进行融合,得到一组反映结构整体动力特性的综合数据;其次,利用伪近临法与互信息法分别选取相空间重构参数m和τ;最后,绘制并计算代表管道动力特性的递归图及递归量化指标。将该方法应用于景泰川工程二期七泵站管道运行监测,通过设置不同的运行工况进行验证,结果表明:机组开关瞬间与稳定运行工况下,管道结构振动信号的递归图呈现不同模式,递归量化指标-确定性、对角线平均长度L、递归率及递归熵也呈现明显差异,能有效区分管道振动状态。该方法为压力管道的无损动态监测提供了新思路。     

机械自适应型管道机器人驱动单元的设计

提出了一种新型差动式管道机器人——机械自适应型管道机器人,其驱动单元是由三轴差速式驱动模块与弹性全主动轮腿式管径适应模块组成。三轴差速式驱动模块可根据管道拓扑约束自动调节驱动单元各行走轮转速,避免了因行走轮滑移产生的寄生功率;弹性全主动轮腿式管径适应模块通过径向的伸缩来适应管径的变化,其全主动结构保证了行走轮在悬空状态下仍可提供足够的拖动力。文中提出的机械自适应型管道机器人驱动单元管道适应能力强,其新颖的结构组成与驱动原理丰富了管道机器人的自适应驱动理论。     

利用流体能量的管道机器人速度计算与控制

研究一种利用流体能量驱动和发电的管道机器人,该机器人完全浸润在充满流动介质的管道内,利用流体压力以及流体速度能量获得驱动力。机器人随着管内流体的流动向前推进,需要克服惯性质量以及与管壁之间的摩擦阻力的影响,对于不同的流体介质,机器人需要根据工作要求自动进行速度调节,因此必须对机器人的结构和尺寸进行合理设计,确定管道内的流体力学条件,并设计速度控制装置,对机器人速度实现行为控制。     

新型轮腿配合式排水管道检测机器人控制系统设计

提出了一种新型轮腿配合式管道机器人的设计思想.机器人通过轮式驱动和腿式驱动二者的相互配合,兼有轮式机器人移动速度快及腿式机器人环境适应能力强等优点.对机器人结构及组成进行了设计,运用重心偏移的方法保证机器人腿式行进时不发生侧翻.对整个机器人的控制系统进行设计,包括主机控制系统的单片机硬件设计、移动载体和CCD摄像头控制系统的软件结构设计.     

Piezoelectric inertial robot for operating in small pipelines based on stick-slip mechanism: modeling and experiment

Small pipes exist in industrial and biomedical fields, and require microrobots with high operational precision and large load capacity to inspect or perform functional tasks. A piezoelectric inertial pipeline robot using a “stick-slip” mechanism was proposed to address this requirement. In this study, the driving principle of the proposed robot was analyzed, and the strategy of the design scheme was presented. A dynamics model of the stick-slip system was established by combining the dynamics model of the driving foot system and the LuGre friction model, and the simulation analysis of the effect of system parameters on the operating trajectory was performed. An experimental system was established to examine the output characteristics of the proposed robot. Experimental results show that the proposed pipeline robot with inertial stick-slip mechanism has a great load capacity of carrying 4.6 times (70 g) its own mass and high positioning accuracy. The speed of the pipeline robot can reach up to 3.5 mm/s (3 mm/s) in the forward (backward) direction, with a minimum step distance of 4 μm. Its potential application for fine operation in the pipe is exhibited by a demonstration of contactless transport.     

管内轮式移动机器人弯道内驱动控制方法

三轮全主动驱动管道机器人的弯道通过性一直是个难题，由于三轮差动机构尚未实现，机器人的3个主动驱动轮在弯管内将出现干涉而不能行走。为了使机器人可靠、平稳、快速地通过弯管，基于机器人在转弯过程中的阻力负载特性分析的基础上，提出了驱动轮独立协调控制转弯的方案，并对速度协调控制过程进行了仿真实验，结果表明驱动轮独立协调控制方案可有效地解决机器人转弯过程中三轮的差动问题。     

具有转向能力的管内机器人的研究及发展

随着管道结构的复杂化,管内机器人的转向能力受到越来越多的重视,已成为评价管内机器人运动性能的指标之一.通过阐述管内机器人的转向能力,介绍了在管内中的转向方式-铰链式、差动驱动式和蠕动式,详细分析了当前国内外几种典型的具有转向能力的管内机器人的结构特点及转向特性.进一步总结出影响转向能力的关键技术,并对其发展趋势作了展望.     

管道机器人智能电缆绞盘恒张力控制的研究

针对管道机器人在后退过程中需要借助人手动来收线的问题,提出了一种智能化的电缆绞盘系统,它是通过管道机器人爬行器和绞盘间电缆的恒张力控制来实现的.由此建立了基于模糊控制的恒张力模型,并利用Matlab软件对张力控制系统进行了仿真研究,结果表明该方法是可行的,基于模糊控制的恒张力系统在机器人系统中具有很好的应有价值.     

一种新型轮腿配合式管道机器人设计

本文提出一种新型轮腿配合式管道机器人的设计思想。这种机器人通过轮式驱动和腿式驱动二者的相互配合,兼有轮式机器人移动速度快及腿式机器人环境适应能力强等优点。文章对整体方案进行设计,针对腿式驱动系统,做了步态协调与机器人行进分析,设计的凸轮机构及重心偏移系统,实现了机器人腿式行进时的平稳行走,设计有一定创新性。