管道机器人的机构设计与通过性分析

分析了弹簧腿管道机器人的力学特性和适应范围,以及丝杠螺母管道机器人的力学特性和通过性。通过比较这两种机器人的优缺点,综合其特点提出了弹簧丝杠管道机器人的机构设计方法,并分析了该机器人的通过性。分析得知,该机器人在越过障碍时,可以始终与管道内壁紧密接触,不仅可以使正压力始终保持在合适的范围内,而且增大了越障的成功率。     

四段式轮-履结合煤矿井下探测机器人结构设计及越障分析

设计了一种四段式轮-履结合越障机器人。设计了越障机器人的整体结构,前肢采用轮式驱动,后部双翼采用结构型履带拖动,以轮-履结合的方式实现正向和反向越障;对所设计的结构进行合理的简化并进行越障方案分析;采用质心法对机器人进行越障可行性和最大越障高度进行分析,得出最大越障高度;最后通过实验装置进行越障实验,机器人顺利通过设定越障高度,验证了四段式轮-履结合机器人越障性能分析的正确性。     

水下机器人坐管作业机构设计与分析

海底管道服役过程中长期承受地质变化、海流冲击、内外介质腐蚀及应力变化等作用,易导致局部结构失效,如不及时检测和修复,将造成巨大的经济损失和海洋环境污染。采用海底管道机器人搭载坐管机构进行海底管道在役探测与作业是海底管道检修的重要途径。对海底管道机器人坐管机构进行了选型与设计,并对其结构强度进行了分析,结果表明其应力及变形符合作业要求。     

煤矿机器人检测检验技术发展趋势 及存在的问题

分析了煤矿井下机器人检测检验技术国内外现状及发展趋势,针对煤矿机器人提出需进一步研究组合型防爆安全检测检验技术,并应引入基于仿真分析对机器人爬坡、越障、防爆结构设计合理性及环境适应性的检测评估技术,急需搭建井下应急救援环境实验室,开展煤矿机器人环境适应能力实验与分析,通过大量实验对煤矿机器人动力电源充电安全性进行验证,同时应加快煤矿机器人检测检验标准或规范的制定,更有效地对煤矿机器人性能、指标、工作及贮存条件等进行管控。     

综采工作面巡检机器人实验平台设计研究

以综采工作面巡检机器人实验平台设计为例,介绍了综采工作面巡检机器人实验平台总体设计、控制器设计和通信设计等,并对巡检机器人实验平台功能及性能和技术指标进行了阐述说明。在巡检机器人应用的基础上对巡检机器人轨道进行了研究与选择。     

可变径煤矿管道检测机器人的设计

在煤矿生产中使用大量的管道,其质量关系到整个煤矿的安全和高效生产。为提高管道寿命,预防管道老化、腐蚀及断裂等问题,并实现高效准确地故障诊断,笔者设计了一种可变径管道检测机器人,并建立了机器人三维模型,利用ADAMS对其进行运动仿真,从而验证了机器人在直径为220~300mm的管道中自由行走和检测的可行性。     

管道局部弯曲对气力提升性能的影响

为揭示管道局部弯曲对气力提升性能的影响机理, 研究了不同进气量和浸入率条件下管道局部弯曲对流型、扬水量和提升效率的影响规律。实验结果表明: 局部弯曲对流型影响不大, 对扬水量和提升效率有显著影响。扬水量和提升效率都随进气量增加先增大后减小, 即存在最佳气量值与之对应; 当局部弯管位于气举头之上时, 扬水量及提升效率均大幅下降。     

六轮救援机器人实验装置虚拟设计与运动分析

设计并实现了具有较好越障性能及适应能力较强的六轮救援机器人实验装置,使用UG进行了虚拟设计,并进行了实物装配和越障能力的运动分析;该设计对于机器人结构设计和系统优化有着较强的借鉴意义。     

煤矿管道除垢机器人的设计

煤矿排水管道结垢问题不仅降低了排水效率,还增加了排水电耗,影响到煤矿的安全生产。指出了采用机械清理、化学清洗和人工拆除清理管道结垢的不足,设计了一种基于高压水射流清理技术的管道除垢机器人,并介绍了其结构和越障能力设计,对弯道通过性能进行了计算和分析。     

综采工作面回采巷道锚固单元体承载性能及围岩控制技术研究

针对杜儿坪矿721001工作面运输巷在原有支护方式下围岩变形量大、锚杆(索)易失效的问题,通过分析运输巷的围岩变形情况,并对锚固单元体的承载性能进行数值模拟分析,结合锚固单元体承载性能对支护方案进行具体优化,并对优化支护后的巷道进行矿压监测,结果表明:优化方案实施后,围岩变形量得到了控制,无锚杆(索)失效的情况出现,保证了巷道围岩的稳定。     

新型井下细小管道检测系统的研究

目前的管道机器人受到能源供给的限制,不能长时间远距离进行工作。提出了一种能够在具有运动流体的管道中运动的细小管道微型机器人,它可以携带小型CCD摄像机进入直径在50 mm的管道,检查井下管道内表面上的小孔或裂纹。详细论述了微型机器人的结构、运动机理以及性能。     

变电站智能巡检机器人的拓展应用研究

如今的智能巡检机器人基本上以双视手段完成巡检为主,巡检方式较为单一.基于此,在智能巡检机器人中添加了组式系统,使其能够具备感应危险区域及测量变电站各设备电场强度的功能,赋予了智能巡检机器人多样化的特点.通过实验方式对组式系统的测量性能、报警性能、通信性能进行了检验.其中,在对组式系统进行测量实验时,对测量区域的温度、气...     

矿用履带式管道清洁机器人的改进与运动学仿真

通风管道的通畅直接关系到煤矿的正常生产。现有大多数矿用履带式管道清洁机器人方案的承重轮固连在车体上,在行走过程中容易引起较大的振动和冲击,与管壁的接触面积也较小,履带磨损较大。针对此缺陷设计了一种改进型履带机器人,对承重轮的连接形式进行了改进。通过分析固定型和改进型矿用履带式管道机器人的爬坡过程,并利用Recur Dyn对二者的爬坡过程进行运动学仿真,经过比较,验证了改进型机器人的优越性。     

履带式煤矿搜救机器人机构设计及越障性能分析

文章设计了一种用于煤矿搜救的关节式双履带移动机器人,机器人平台由前、后两壳体组成,当机器人在煤矿搜救过程中遇到障碍物时,前、后两壳体通过旋转关节的调节可形成一定的角度,能有效解决双履带机器人越障性能低的难题。被动调节装置的设计,可防止机器人越障时履带发生松弛或脱落。在此基础上,以攀越台阶为例对机器人的越障性能进行分析。最后通过实验验证了关节式双履带机器人机构设计的合理性和理论分析的正确性。     

升浮性浆体速度分布与浓度分布研究

主要研究固体颗粒密度小于清水密度时,以固体颗粒在加速过程中发生的动量传递为出发点,确定了相互发生动量交换的清水和固体颗粒的质量及其它们的速度变化量,还有影响它们动量变化的外界因素.通过理论分析,提出了预计水平管道内这种升浮性浆体的速度分布公式;同时应用紊流扩散理论,对固体颗粒在水平管道内的垂线分布进行了研究,提出了升浮性浆体在水平管道内的固体颗粒垂线浓度分布公式,并通过大量的实验验证了该公式的正确性.     

综采工作面巡检机器人柔性轨道设计与运动学仿真

煤矿井下综采工作面空间狭小、设备动作频繁,位置关系复杂等问题,导致常规巡检机器人难以直接在工作面运行,自动化监测难度大。根据工况需求,结合环境及设备群动作特点,提出工作面巡检轨道设计要求,采用模块化设计、仿真模拟和样机试验的方法,设计一种新型跨座式巡检机器人柔性轨道,实现在工作面环境的安装调节及当安装设备发生动作变形时轨道自身的自适应补偿。首先设计了巡检机器人柔性轨道的机械结构并确定安装运行方式。其次,以轨道跨接在刮板输送机线缆槽一侧为例,分析刮板输送机在平直、弯曲和起伏3种工况下的弯曲和俯仰变形量,并对柔性轨道进行运动学仿真。在3种工况下,该轨道可随工作面设备完成水平弯曲0～5.4°、竖直倾斜0～6°、伸缩变形0～120 mm,满足实际工况要求。巡检机器人通过柔性轨道时,其主运动方向始终保持匀速直线运动,水平或竖直方向在柔性过度段存在波动,波动幅值均在安全允许范围内。最后搭建柔性轨道物理样机及工作面试验平台,对工作面巡检机器人柔性轨道进行性能验证。结果表明：新型跨座式巡检机器人柔性轨道结构设计合理,可以适应工作面巡检的不同工况,对实现煤矿井下综采工作面机器人巡检具有重要意义。     

非开挖管道翻衬修复技术用树脂的研究

本课题针对非开挖管道翻衬修复技术用树脂进行了设计,根据管状织物织造工艺、翻衬修复管道工艺对树脂的要求,及DSC扫描结果、等温和动态黏度变化试验的实验结果进行分析,选择合理树脂的配方;通过手糊方法使得涂层织物与树脂体系进行复合,对聚氨酯树脂与织物和金属粘结机理进行分析。并对树脂体系与金属粘结强度进行测试,确定聚氨酯树脂与金属管壁粘结性能,为今后将非开挖管道翻衬修复技术应用到具体施工时,选择合适的树脂提供理论依据和操作方案。     

金属矿山井下采场六足机器人运动分析及步态规划

六足机器人因其结构特殊带来的良好越障能力成为仿生机器人研究的热点,然而,金属矿山井下采场矿石堆积、崎岖不平的特点,给这类机器人的行走稳定性、越障性带来更多的挑战。因此,为使六足机器人在井下具有更好的通过性,对其运动能力和步态规划进行了相关研究。首先仿照自然界六足生物,设计六足机器人结构,对其腿部进行运动学分析;然后规划了用于采场的直行步态,结合采场路面环境设计了一种直线—摆线复合轨迹提升越障性,同时分析了机器人爬坡稳定性,对爬坡步态进行了优选;最后对规划步态进行仿真和现场模拟试验。仿真和试验结果表明,所规划的足端轨迹能跨越抬腿高度85%的障碍物,并且对矿石堆积形成的采场路面有更好的避障能力;三角步态爬坡时在坡底和坡顶过渡阶段容易打滑,而横向步态可以实现平滑的过渡,爬坡性能更佳。     

救援探测机器人越障能力研究

为适应煤矿井下复杂环境,实现机器人自主操作与控制,提出"场景集-动作规划集-电机控制集"的控制策略,以保证其具有较好的稳定性能和最佳的越障性能。对机器人摆臂姿态的变化分析,得到机器人有22种空间姿态变化组合形式;利用重心投影法制定了机器人机身最小失稳角度及最小失稳时间参数,以判定机器人的稳定性;根据机器人不同姿态变化情况表制定了控制策略,完成了越障实验,验证了机器人控制策略的正确性及可行性。     

管道探测机器人设计与实现

针对管道维护以及煤矿井下事故现场信息采集等问题,设计并研制了一种管道探测机器人系统。介绍了管道探测机器人系统的组成和功能,论述了探测机器人控制系统的组成和程序控制方法,该机器人可实时采集管道内的环境图像信息和气体、温度等各种数据,并上传到上位机进行处理,为管道更新和修复工作以及煤矿事故抢险提供依据。