管道机器人自适应机构碟形弹簧设计分析

为了提高管道机器人的管径适应能力，增强自适应机构的空间紧凑性，本文研究了一种具有自适应和主动适应功能的履带式管道机器人。以碟形弹簧作为自适应机构动力元件，根据构建越障时的力学模型，求解管道内壁正压力，通过ADAMS软件，创建机器人对自适应机构静力学仿真模型，设计了动力元件碟形弹簧。同时基于Matlab软件得到碟形弹簧的特性曲线，并对越障过程进行动力学仿真分析。仿真结果表明，当跨越2.5 mm障碍时，自适应机构对管壁的正压力为223.43 N,验证了碟形弹簧的合理性，满足越障要求。该研究为非线性动力元件在管道机器人自适应机构的应用及分析提供了思路。     

基于Adams的管道机器人自适应机构优化设计

为了增强履带式管道机器人自适应机构的传力能力,本文优化设计了管道机器人的自适应机构。通过对自适应机构的运动原理进行表述以及对机构进行动力学分析,建立自适应机构的优化设计数学模型。同时,以Adams中参数化建模与优化设计的模块为工具,以对优化目标影响较大的机构参数为优化变量,以机构的结构和运动要求为约束条件,以自适应机构在适应管径过程中对管壁压力最大为目标,对管道机器自适应机构进行优化设计。优化结果表明,优化后自适应机构对管壁压力较优化前提高了11.3%,比较明显的提高了自适应机构传递力的能力,增强了管道机器人爬行能力。该研究为履带式管径自适应管道机器人的后续开发奠定了基础。     

履带式管道机器人设计及仿真研究

针对现有管道机器人越障能力差、机械结构复杂、不便于控制操作和适应管径尺寸单一等诸多问题,本文设计了一款具有主动适应功能的履带式管道机器人。利用SolidWorks软件对该机器人进行三维数字化设计,建立了三维模型,并将该机器人模型导入Adams中,建立仿真模型。仿真结果表明,当倾斜度为0°,姿态角在0~360°范围变化,管径在200~300mm范围内变化时,随着姿态角的变大,单个履带轮所需螺旋机构驱动力呈现抛物线形曲线变化,最小值为255.22N,最大值为296.89N,经过理论计算,当管径和倾斜度固定不变,不管姿态角如何变化,螺旋机构轴向总驱动力都是828.17N,不会发生变化。但随着管径的增大,螺旋机构轴向总驱动力会逐渐减小,最大值为939.23N,最小值为494.25N,这是因为管径变大,主动曲柄与管道轴向夹角随之变大,虽然径向方向支撑力变大,但轴向方向分力减小的更多,所以合力总体减小。该研究数据结果为其以后的实验研究奠定了理论基础。     

行星越障轮式月球车的设计

为提高月球车的越障能力，结合月球表面的复杂环境，设计了一种行星越障轮式月球车。该车主要由3大部件组成：车架、悬架（由扭杆弹簧和磁弹簧减振器并联构成）和行星越障轮。设计重点在月球车的行为驶系统，该车不仅在悬架设计上考虑了行驶系统的越障性能－采用了扭杆弹簧和磁弹簧减振器相结合的形式，而且在车轮的设计上也考虑到车轮本身的越障能力－采用了行星越障轮。对该车的行驶系统进行了,并对行驶性能进行了分析和计算。结果表明：该车具有较强的越障能力和灵活的转弯特性，能够适应月球表面凹凸不平的环境。     

一种新型四臂巡检机器人机构设计与运动分析

为满足大跨度输电线路对巡检机器人结构尺寸、爬坡性能以及越障性能等方面的要求,从人爬树运动研究中得到启示,设计了一种新型四臂式巡检机器人。首先,通过探索人爬树过程中运动姿态特点,介绍了机器人的机构构型和2种典型障碍物的越障方法。其次,给出了机器人机构的主要尺寸,推导了机器人的运动学方程,对机器人爬坡和越障运动性能进行了分析,以验证机构设计的可行性。最后,在虚拟样机平台上进行了运动仿真实验。结果表明该机器人同时具备较强爬坡能力和跨越单挂点等复杂障碍物的能力。     

液压阀中圆柱螺旋压缩弹簧的CAD

本文提出了在液代用圆柱螺旋压缩弹簧设计中,用性能设计的思想取代传统的经验设计思想,详细分析了阀用弹簧的设计要求,性能计算过程及优化过程,从而提高了阀用弹簧的设计质量和性能。     

液压阀中圆柱螺旋压缩弹簧的CAD

本文提出了在液压阀用圆柱螺旋压缩弹簧设计中,用性能设计的思想取代传统的经验设计思想．详细分析了阀用弹簧的设计要求,性能计算过程及优化过程．从而提高了阀用弹簧的设计质量和性能.     

柔性蠕动管道机器人的力学特性分析

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力学特性分析.该机器人由前机体、导向头、后机体、柔性弹簧轴和行走轮组成,在管道中可实现蠕动行走,并能在一定范围内自主适应管道内径和形状的变化.通过机器人运动特性分析,对机器人在管道内行走时的支撑力、行走牵引力及通过弯管时的受力进行了分析,并分别建立了数学模型.根据机器人驱动力和阻力的分析结果,推导了机器人蠕动行走的条件.搭建了实验测试平台,对机器人进行实验的结果证明了设计和分析的有效性.     

机械差速式管道机器人运动特性及仿真分析

针对支撑轮式管道机器人在过弯时驱动轮与管道内壁易发生打滑的问题,设计了一种可适应140～150 mm管内径的机械差速式管道机器人.对机器人的结构组成及驱动原理进行了介绍,建立了机器人变径支撑、越障条件及过弯阶段的理论模型.运用ADAMS软件对管道机器人进行运动仿真分析.结果表明,仿真数据与理论模型分析结果误差较小,验证了该机构的合理性.本文设计的机器人驱动轮在过弯时具有差速功能,避免了与管道内壁之间的打滑,提高了运动稳定性.     

三轴差动式管道机器人的驱动特性及仿真研究

为解决轮式管道机器人弯管运行的干涉问题,研制一种具有差动运行功能的轮式管道机器人——三轴差动式管道机器人.首先介绍了机器人的结构组成和基本原理,对机器人的牵引力、越障能力等驱动特性进行分析,建立相应的理论分析模型.同时,建立机器人的虚拟样机仿真模型,对其牵引力、越障能力进行仿真研究,仿真结果与理论分析基本一致.机器人在弯管运行的仿真结果表明:机器人能够顺利通过弯管,三轴差动机构具有较好的差动效果.     

燃气管道机器人行走轮架多学科优化设计

燃气管道机器人作为一种集铺设、检测、修复为一体的工具在管道工程领域得到愈来愈广泛地应用.由于管道空间的局限性,在同等带载能力的情况下,机器人结构的轻量化就显得尤为重要.介绍了一种多学科耦合作用下的结构快速优化设计技术,提出将多学科设计方法应用于燃气管道机器人结构设计,实现了该机器人运动结构综合性能优化.建立行走架结构三维模型,以结构轻量化为设计目标,结构静强度、振动性能等为约束,基于多学科协同优化设计思想建立设计优化模型.通过应力分析、质量对比,结果表明,优化后的设计不仅满足强度,而且质量相比之前大幅度减轻,有利于节省成本,对于机器人的轻量化研究有重要意义.     

基于PRO/E行为建模技术的弹簧优化设计研究

文中利用PRO/E三维软件建立了圆柱压缩螺旋弹簧优化设计的模型,将弹簧的基本结构参数作为设计变量,质量最小作为优化目标,强度、刚度、稳定性等要求作为设计约束条件,用行为建模方法设置优化参数并建立分析特征,对机械弹簧进行优化设计,方便快速计算出了符合设计要求且质量最小的弹簧,为弹簧的优化设计提供了一种新的方法。     

平行四边形可变形履带机器人运动学分析

为适应灾难救援环境,设计了一种平行四边形变形履带机器人VPTMR(Variable Parallelogram Tracked Mobile Robot),该机器人具有良好的越障能力。针对VPTMR跨越台阶过程的动作进行了分析与规划,对越障过程中的分阶段建立了运动学模型,分析了机器人在越障过程中整体质心位置与摆臂角的变化规律;为了使机器人在跨越台阶的过程中的质心保持最低,对VPTMR越障的动作姿态进行优化,将摆臂角的规划曲线进行拟合,并对比分析了优化前后的结果,为后续的动力学分析打下基础;实验结果表明了动作规划的正确性和姿态优化的有效性。     

新型爬壁机器人越障机理及能力研究

爬壁清洗机器人是在危险的高层建筑环境下替代人进行清洗工作的机械,其可靠性和稳定性尤为重要. 在分析传统爬壁清洗机器人弊端的基础上,针对玻璃存在的窗框障碍物,设计一种四旋翼摆臂式爬壁清洗机器人.机器人基于履带式底盘结构,通过旋翼旋转产生推力提供壁面行走所需的吸附力,并设计相应的机器人摆臂变形机构,增加机器人的壁面越障能力. 从运动学角度分析机器人越障时的运动机理,建立机器人壁面攀爬的运动学模型. 在RecurDyn的Track LM模块环境下,对机器人越障过程进行运动学仿真,得到驱动轮的驱动转矩、旋翼推力随时间变化曲线;对Y轴重心位置和加速度变化曲线分析,机器人在越障过程中能够保持良好的平稳性,论证了四旋翼摆臂式爬壁清洗机器人的越障能力和越障过程中的平稳性.     

树木涂白机器人行走装置的设计及仿真

设计了一台树木自动涂白的新型机器人,采用轮腿式齿轮齿条升降越障的行走装置,实现了其在街道地形场所下的正常行驶。运用三维软件Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ对机器人进行三维建模和装配;推导出涂白机器人在常见街道地形特点下移动越障的动力学方程,为其运动的控制奠定了动力学基础;采用动力学仿真插件Ｍｏｔｉｏｎ进行仿真试验得出机器人在越障阶段的扭矩和功率曲线图。试验结果表明：机器人结构设计合理,能够顺利实现不同环境特点下的功能要求;在各个阶段中,扭矩的变化较为平稳,越障过程顺利,除在启动点会出现突变外,其余状态均为良好。研究结果对缩短移动机器人的研究开发周期、降低开发成本以及提高设计质量等具有重要意义。     

多运动态可重构轮履复合式机器人机械设计

针对复杂的室外地形特征,结合轮式、履带式移动机构的运动优点,提出并研制一种可重构的具有多种运动模式的轮-履复合机器人.该机器人由控制单元、两个相同的可重构车轮、翻转机构和车体组成,具有轮式、履带式、翻转式3种运动模式.轮式工作形态,机器人为两轮机器人,运行速度快,可全方位运动;履带工作状态,机器人可以适应砾石地、沙地、草地等多种复杂地形,具备较强的越障能力;翻转工作状态,履带轮整体翻转,可跨越栏杆等垂直障碍.机器人轮-履转换由车轮内部的并联四连杆机构实现,可根据地面特征选择运行模式,根据障碍类型选择越障方式.在建立运动学和力学模型的基础上,结合数字仿真方法对结构进行了参数化研究,此设计方法优化了转换机构的运动轨迹,降低了对驱动电动机的性能要求,提高了电动机的使用效率.试验表明,机器人可通过调整自身机构以合理的运动模式通过沙地、草地等路面环境,攀越阶梯和栏杆等复杂障碍,具有良好的环境适应性和越障性能,验证了该移动平台系统设计的合理性.     

支撑轮式管道机器人牵引机构结构设计

管道机器人可以在油气管道内进行特殊作业,运动方式是其核心。介绍了一种新型管道机器人牵引机构,采用支撑轮式运动方式。首先介绍了机构的整体设计和技术特点,并详细阐述了驱动机构和支撑机构的设计方案和工作原理,同时对其力学特性进行了分析。该机构行走速度快,驱动能力强,工作可靠并可以适应较大的管径变化,可以用于油气管网作业。     

斜拉桥缆索检测机器人设计及其动力学研究

针对斜拉桥缆索检测作业的智能化问题,设计了一种轻量化的能够自适应缆索直径的机器人.首先通过建立缆索检测机器人动力学模型,计算得到机器人在静止和爬升工况下的理论参数,并将其作为仿真模型的边界条件;然后参照仿真结果对机器人关键部件进行修改优化,设计制作机器人本体结构,并开发适用于样机的FSR薄膜测压系统,对柔性体弹簧进行预紧力测量,验证了动力学仿真模型的精确性.     

一种多关节履带式机器人自主越障运动规划

为提高矿难搜索机器人的自主运动能力,建立了其翻越垂直障碍的运动学模型,并且对其翻越垂直障碍的能力进行了分析,提出了一种基于嵌套人工鱼群算法的机器人自主越障运动规划方法.采用三层四组人工鱼群算法削弱4个自变量之间的耦合作用,并且利用一种快速随机搜索方法缩小关节角度的搜索范围,从而实现了满足关节角度变化最小这一优化指标的机器人越障逆运动学求解的要求.MATLAB的仿真实验证明:该方法相对传统算法可以利用更少的人工鱼数目在较少的代数内有效地得到机器人越障中每一步骤的最优关节角度值,从而为机器人的控制提供依据.利用仿真结果对机器人进行了双单元模式的自主越障运动规划实验,实验结果表明机器人能够顺利实现越障.     

电力巡检可调机械人的设计与研究

根据电力巡检需求,提出以可调五杆机构为基础的弹性越障巡检机器人的设计方案。设计的主要内容包括：电力巡检可调机器人三维数字化建模,运动仿真、静载荷分析、结构优化分析、越障机构设计,并用UG运动学仿真模块对防振锤越障进行运动仿真,验证方案的可行性。