主动变径管道机器人结构设计及其ADAMS仿真研究

针对目前管道机器人适应管径能力单一等问题,提出了一种能主动适应管径变化的管道机器人,采用SolidWorks软件建立其虚拟样机模型,分析了其变径能力及过弯能力,然后将模型导入ADAMS中,根据实际条件添加约束,对其进行管道爬行运动学及动力学仿真分析。结果表明:机器人能适应管径110～130 mm范围变化的管道,最小转弯半径为175 mm。在水平管道行走时变径模块受到的压力小于13 N,在竖直管道行走时变径模块受到的压力小于2.6 N。该研究结果为后续制作物理样机及实验研究提供了参考。     

工业管道可变径内检测机器人

以常见的外径为219 mm和273 mm的工业管道为研究对象,针对其水平管段、垂直管段、弯头、变径节等部位的检测,研制了可变径内检测机器人.该机器人采用连杆支撑的3个独立履带驱动模块以适应不同管径以及不同姿态的爬行,采用柔性滑动机构以自动适应管径的微小变化并提高越障能力,采用薄膜压力传感器采集三履带与壁面之间的压力以对...     

高炉煤气管道检测机器人机构研究与ADAMS仿真分析

针对冶金企业高炉煤气管道腐蚀严重的现象,研究出一种新型管道检测机器人,建立了机器人变径过程力学模型,通过对模型参数进行分析,得出了机器人结构尺寸的优化依据,分析了机器人在复杂管道环境下的运动规律;通过ADSMS软件对机器人牵引力、变径调节过程的力学特性、弯管运动规律进行了分析,验证了管道检测机器人理论的合理性。理论分析与ADAMS仿真结果表明,高炉煤气管道检测机器人具有良好的运动能力与力学性能,其结果可以作为物理样机实际制造的理论依据。     

模块化管道清洁机器人设计与通过性分析

为提高小型油气运输管道内壁结垢的清理效率，设计一种能在300～450 mm直径管道中工作的模块化履带管道清洁机器人。针对具体情况确定管道机器人的整体结构设计，使得机器人能够通过不同的组装形式适应不同工作环境，并介绍了机器人的工作原理；对可柔性变径的履带式行走机构及机器人的管径适应性进行力学分析，同时分析机器人在管道中的几何约束运动和运动情况，并在ADAMS中分析机器人在管道中的通过性。结果表明：管道机器人的设计合理，相关变径几何约束以及运动约束条件正确，机器人能够在设定管径范围内的直管与L形弯管中正常行走。     

自适应管道打磨机器人的通过性分析与仿真

针对管道机器人难以检测打磨管内缺陷且通过性差的问题,设计一种自适应管道内壁检测打磨机器人,研究其在直管、弯管以及障碍管中的通过性能。提出管道机器人的结构方案,分析其行走驱动装置及作业装置特点;建立机器人的运动学模型,结合结构在管道内的受力,对机器人在不同管道内运动的受力状态、几何约束与运动特性进行分析;运用ADAMS仿真软件和整体化仿真方法,对机器人在管道中的通过性能进行仿真分析。结果表明：该机器人可以通过水平直管、弯管和内含10 mm高环形障碍的管道,但机身速度、压力和车轮的接触力存在一定波动;在通过弯管时,采用内外车轮差速、外扩变径机构,可降低内耗、增加贴合力。     

基于视觉的管道内焊缝检测机器人研究

在分析管道机器人现有移动机构的移动机理及典型变径调节机构力学特性的基础上,设计了一种基于视觉检测技术的管道内焊缝检测机器人。该管道机器人适用于直径为400~800 mm的管道,利用CCD高清摄像头对焊缝进行检测,可以在控制端实时显示缺陷信息,避免了工人进入管道作业,提高了作业效率。     

模块化机器人结构设计及运动特性分析

针对传统机器人关节在运动过程中的偏转角度、俯仰承载能力受限问题,以提高机器人偏转、俯仰运动能力为目标,提出单电机驱动双轴式、具有大偏转角度特性的偏转关节模块,和基于平行四边形结构及弹簧部件、具有低功耗高承载能力特性的俯仰关节模块,进行了偏转模块、俯仰模块运动特性分析。建立基于新型模块的机器人运动学模型,对比分析相同尺寸及工作条件下新型机器人与基于传统关节机器人的工作空间,结果表明：同等条件下新型机器人工作空间明显大于传统机器人结构,所提出新型关节模块可有效提升机器人运动灵活性。     

履带式油气管道巡检机器人爬坡特性分析

针对目前油气管道机器人对油气管道的适应能力弱、爬坡能力差等问题,提出一种能够变径的履带式油气管道检测机器人。采用SolidWorks三维软件建立样机模型,然后将样机模型导入ADAMS仿真软件中,根据实际情况设置约束并简化模型,对管道机器人进行运动学仿真,分析变径、爬坡等能力,最后搭建试验平台对管道机器人的爬坡能力进行试验验证。结果表明：该机器人能够适应400~600 mm管径的油气管道,能够在承受自重的情况下爬上45°、90°的斜坡。     

基于SimMechanics的新型3UPU UPS并联机器人仿真研究

针对一种新型3UPUUPS并联机器人进行了运动学和动力学分析,建立该并联机器人的运动学及动力学模型,在此基础之上运用Mat Lab中的Sim Mechanics模块精确建立该并联机器人仿真模块。根据该并联机器人的运动情况设计动平台运动轨迹,经逆解模块产生各个支链的运动轨迹,设计PID驱动控制器驱动该并联机器人进行仿真。最后将数值计算与仿真结果进行对比分析,结果表明:该种方式建立的机械模型和控制均都符合实际系统特性,并且避开了并联机构平台复杂的建模过程,对其他并联机构有很大的借鉴意义。     

六足步行机器人机械系统

针对一种自主研制的具有全方位运动功能的六足步行机器人原型机,介绍了该机器人的运动功能要求,对比分析了不同腿机构形式和整体布局模式对机器人的影响,确定合理腿机构和布局模式;在理论上描述了机器人机械系统结构原理,验算了整机的运动自由度并描述腿机构静力学极限力的求解规则;结构上详细描述了模块化腿臂融合机构的部件组成、功能特性和传动形式;最后通过实验和数据验证了该机械系统满足机械强度和步行运动功能的要求。     

一种衬里复合管修形机器人的设计与研究

针对双金属衬里复合管衬管鼓包失效问题,设计一种衬里复合管修形机器人.通过SolidWorks三维建模软件对各机构零部件进行建模装配.该机器人采用模块化设计理念,由导向、修形、控制以及驱动行走四大模块组成.导向模块采用6爪弹簧自适应机构,可自动适应管道直径的变化.修形工作模块采用4组修形滚子,可通过旋转滚压修复鼓包部位....     

双电机驱动的管道检测机器人空间定位

本文目的是研究双电机驱动的机器人在管道里的空间定位。针对此，构建了双电机驱动机器人运动模型，并采用了PID算法控制机器人实现差速转向和直线运动。进而结合编码器与陀螺仪采集的数据，进行位移计算和位置坐标推导。最后，进行机器人管道定位试验，取真实轨迹位置坐标与算法计算位置坐标各30组，通过Origin软件仿真其运动轨迹，并进行误差分析。结果显示两种轨迹基本重叠，平均误差小于3.5%，表明该定位算法可应用于双驱机器人开展管道检测时的空间定位计算。     

平面三自由度欠驱动机器人末端的位置控制

对平面3R欠驱动机器人末端的位置控制问题进行了研究,基于分层模糊控制思想,将欠驱动机器人的末端运动分解为沿x,y轴上的运动,根据两个运动变量分别与各个主动关节耦合的情况,制定简单的模糊控制规则,设计对应的糊控制器,第一个主动关节与第二个主动关节的控制力矩通过对两运动变量控制后的模糊控制器的输出变量进行加权求和得到。最后利用matlab与adams联合仿真以及实验,精确地实现了平面三自由度欠驱动机器人在操作空间中末端点到点的任意位置控制。结果表明,此方法在实现平面三自由度欠驱动机器人位置控制方面具有良好的效果。     

3DOF-PAM并联机器人设计与动力学建模

该设计依据气动肌肉特性和并联机器人理论,结合仿生学的设计方法,开发了一个3自由度气动肌肉并联机器人机构。基于气动肌肉的变刚度特性,将其简化为变刚度弹簧,并通过考虑其在机构运动过程中的质心变化特性,结合拉格朗日动力学方法对3DOF-PAM并联机器人进行动力学建模,运用MATLAB软件对建立的动力学模型进行仿真分析研究,分析3DOF-PAM并联机器人在不同负载下运动过程中的动力学特性,为气动肌肉驱动的并联机器人的高精度轨迹控制建立理论基础。     

连续型飞机油箱检查机器人设计与实现（英文）

针对机务人员检查飞机油箱难度大的问题,设计了一种连续型机器人。根据蛇类脊椎骨结构特征和运动机理,采用球笼式万向节和圆柱螺旋弹簧作为连续型结构的关节段主体,以提高机器人的负载能力。基于对球笼式万向节等速运动特性获得了连续型结构的运动学模型。本文根据设计原则设计了硬件系统和控制流程图,其中硬件系统包括上位机模块、连续型机构控制模块、连续型机构。最后进行了样机实验,结果表明设计的连续型飞机油箱检查机器人具有较强负载能力,这种连续型结构设计具有合理性和实用性。     

连续型飞机油箱检查机器人设计与实现

针对机务人员检查飞机油箱难度大的问题,设计了一种连续型机器人.根据蛇类脊椎骨结构特征和运动机理,采用球笼式万向节和圆柱螺旋弹簧作为连续型结构的关节段主体,以提高机器人的负载能力.基于对球笼式万向节等速运动特性获得了连续型结构的运动学模型.本文根据设计原则设计了硬件系统和控制流程图,其中硬件系统包括上位机模块、连续型机构控制模块、连续型机构.最后进行了样机实验,结果表明设计的连续型飞机油箱检查机器人具有较强负载能力,这种连续型结构设计具有合理性和实用性.     

三相伞状支撑式管道清洁机器人的设计与研究

基于雨伞伸缩的结构,设计一种清洁中央空调通风管道内灰尘的机器人。该机器人由清洁单元和2组行走单元组成,其中清洁单元通过特制的弹簧使得清洁头可以自动适应管道直径大小的变化。行走部分由2组行走单元和连接机构组成,行走单元上沿圆周方向等距分布有3组伞状支撑结构。通过2组行走单元的配合,机器人可以顺利通过垂直管道和管径变化处。对3组伞状支撑结构进行力学分析,得出了合理选择驱动支撑结构运动的电机型号的数学公式。     

面向管道机器人的模块划分方法研究

传统管道机器人机械结构相对固定,可完成的工作任务单一,且在不同种类的产品结构设计上存在着大量重复的问题,无法快速应对不断变化的市场需求。通过对现有管道机器人的系统结构进行分析,提出一种公理化设计方法和IDEF功能建模方法相结合的模块划分方式,对不同类型的管道机器人系统进行模块划分。该方法利用功能-结构的映射关系及产品功能活动之间的关系,以自顶向下的方式划分出产品功能模块,并提炼出不同类型管道机器人系统中的通用模块和特殊模块,最终获得具有一定通用性的模块化管道机器人资源平台,实现部件级通用互换,形成资源共享,更加适应市场需求。     

下肢外骨骼机器人设计及实验研究

为实现下肢残障者的运动康复,设计液压驱动的下肢外骨骼机器人机构。针对下肢外骨骼的运动跟随需求,提出一种滑模控制器,并进行了控制仿真模拟。仿真结果表明：外骨骼采用该控制算法能较好地实现位置跟踪。基于dSPACE硬件在环实时仿真系统搭建了下肢外骨骼系统,进行了空摆实验、被动跟随实验及主动跟随实验。实验结果表明：设计的下肢助力外骨骼机器人能够为穿戴者提供助力,外骨骼样机的整体稳定性较好,对穿戴者具有良好的跟踪性能与快速响应性。     

管道焊接机器人焊枪摆动机构运动控制研究

管道焊接机器人以其焊接成形好、质量稳定性好、自动化程度高等优势在长输油气管道建设领域得到了大规模推广应用。针对管道焊接机器人焊枪高速、短行程往复摆动运动特点,对焊枪驱动步进电机加、减速运动控制进行了研究。通过分析S曲线的算法原理及其传统的七段模型,对该模型进行了优化修正,提出了一种基于分段插值和三角函数的S形运动曲线,将该运动模型与修正后的传统七段模型进行仿真比较。仿真结果表明,该运动曲线在运动过程中不存在柔性冲击,同时也保证了焊枪运动的稳定性。最后将该加、减速运动曲线应用到管道焊接机器人的摆动机构中,焊枪运动平稳可靠,取得了良好的效果。