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。     

驱动电压幅值对双压电薄膜管道微机器人运动的影响

研究了一种细小管道内移动微机器人,它可以搭载摄像机进入φ20mm的管道内部进行检测作业.微机器人驱动器采用PZT双压电薄膜驱动器.介绍了微机器人的结构及运动机理.着重介绍了驱动电压幅值对此类微机器人运动的影响,通过建模、仿真以及有限元分析,得到随着驱动电压幅值的增加,驱动器振幅增加,微机器人速度增加的结论,并通过实验验证了此结论,此结论对提高此类微机器人的工作效率有重要意义.     

新型肠道胶囊式微型机器人的运动特性

提出一种胶囊微机器人的外旋转磁场驱动方法,原理是以径向磁化瓦状多磁极构成的圆筒形NdFeB永磁体为外驱动器,以胶囊微机器人内嵌同磁极结构NdFeB永磁体为内驱动器,通过外驱动器旋转产生旋转磁场的磁机耦合作用,形成内嵌驱动器对胶囊微机器人的驱动力矩,在胶囊表面螺旋与流体形成的动压力作用下,实现胶囊微机器人在肠道内旋进。首先介绍胶囊微机器人系统的结构,然后根据雷诺和Navier-Stokes方程建立管道环境内胶囊微机器人的运动数学模型,对其螺旋参数与速度的关系进行理论与试验研究,并发现了临界间隙现象。试验表明,该胶囊微机器人具有驱动力矩大、适合大粘度液体封闭管道内行走等特点,在人体肠道和血管内具有很好的应用前景。     

外磁场驱动无缆微型机器人行走特性的分析

研制了以超磁致伸缩合金为驱动器的微型管道机器人,提出了一种以管外磁场无缆方式驱动控制微型管道机器人行走的方法,使其可靠性和实用性都得到提高。控制原理是通过管外时变振荡磁场频率的改变,媒介于微机器人磁致伸缩微驱动器的磁机耦合作用,将时变振荡磁场能转换成机器人弹性腿的振动机械能,从而实现机器人的行走。介绍了系统组成及工作原理,然后对行走动态特性进行了深入研究,得出了基于振动原理的微机器人移动速度和牵引力的方程式。试验表明机器人系统切实可行,能实现微型机器人的外磁场无缆驱动控制。     

一种新型仿蜗牛微机器人的研究

介绍一种采用直线电机为驱动器的新型仿蜗牛蠕动的微机器人的运动原理和驱动机构。该微型机器人由两个阶梯型平板机体和一个直线驱动器组成，运动原理与蜗牛的爬行原理相似，实验表明，微型机器人的前进速度随着直线驱动器速度、粘液粘度的增大而增大；微型机器人可以在很少粘液，也可以完全浸没在粘液中正常而有效地工作。     

一种水管机器人的结构和弯道通过性分析

楼房自来水旧有金属管道的内衬涂覆可有效避免水在这种管道内输送时的二次污染,从而为直饮水推广提供必要条件,但在内表面处理后没有合适的技术来进行涂覆质量的检查,利用管道机器人可以实现这一目的.文中主要讨论了直径≤50 mm,曲率半径约75 mm管道机器人的机械结构的设计,并分析了机器人在弯道处的通过性.提出了一种新型的管外驱动的方式,极大地提高了机器人的行进速度和负载携带能力.通过采用SMA(shape memory alloy)作为主动导向驱动,在视觉系统的辅助下能够顺利地通过L型和T型管道.该机器人可望具有良好的越障、转弯能力和行进速度.     

支撑式油气管道机器人机构牵引设计与仿真研究

本文对应用于直径为φ600mm～φ700mm油气管道机器人进行机构设计及运动控制研究。首先,通过分析现有管道机器人的工作原理,依据课题技术指标,设计了支撑式自适应管道的机器人结构,并详细介绍了其变径和传动原理。其次,建立了管道机器人在管道空间的运动学方程,分析了机器人姿态偏转问题,列出了机器人静力学平衡方程,对机器人通过管道时各行进轮的速度进行分析。再次,采用ADAMS的参数化建模及二次非线性规划算法优化机器人的变径机构,通过对比传动方案,优化了传动机构;借助虚拟样机技术,对机器人的变径范围、行进速度及牵引力进行仿真分析,得到机器人的变径范围可达到φ600～φ700mm,行进轮速度可达到1.196m/min,牵引力为109.0N,验证了设计的合理性。     

一种自适应多功能智能管道机器人设计

针对现有管道机器人功能单一、适应性差的问题,设计了自适应多功能智能管道机器人。采用SolidWorks对机器人进行了三维建模,分析了机器人的工作机理,对控制系统进行了研究。采用ANSYS有限元分析软件对支撑结构进行了分析。对变径机构主动轮部分进行了运动学建模,得到了N20电机与管道机器人行进速度的函数关系及N20丝杆电机转速与管道机器人开合灵敏度的函数关系。对机器人外径调节范围和空载行进速度进行了试验,制作了实物样机,经试验测试表明：机器人单节高度为80 mm,质量为0.7 kg,主动轮外径可调节范围为60.16～240.33 mm,空载行进速度为0.21 m/s,主要支撑结构均满足设计要求。该机器人具有结构简单、制造成本低、功能多元、主动适应管径变化的特点,不仅为管道类机器人的创新设计提供了有效解决方案,而且为海洋管道的安全性检测做出了贡献。     

尺蠖式仿生微型机器人的结构和致动机理研究

提出并设计了一种新型偏动式双程SMA驱动器,以此驱动器为基础研发出一种靠交替摩擦自锁方式行走的尺蠖运动式仿生微型机器人。提出一种四杆机构无关节新型腿,这种新型腿可以有效改变SMA驱动器输出力的方向。分析了四杆机构新型腿的摩擦自锁机理,并求解出腿实现摩擦自锁的条件,使微型机器人能可靠地实现摩擦自锁作用下的稳步行进。阐述了新型微型机器人的定向运动机理,对微型机器人的尺蠖式收缩和伸张运动规律、步幅、频率等进行了分析及求解。     

小型螺旋轮式管道机器人设计

针对管道内径为Ф100mm的微小型管道检测机器人研究,提出了基于螺旋推进原理的微小型管道机器人的解决方案。新型的旋转体和保持体结构的设计,使此管道机器人具有较大的牵引力和移动速度。机器人采用节段式设计,使得其在体积微小的同时,具有强大的功能扩展性。本文介绍了螺旋推进管道机器人的组成及工作原理,对机器人的机械结构进行了设计,并且分析了其在弯管内的几何与运动约束条件。     

传动件误差的计算机仿真与分析

以齿轮为例 ,运用机械动力学分析软件ADAMS等对传动件的误差及其对运动精度的影响进行计算机仿真和分析 ,可以直观地分析传动件误差对传动装置运动的影响 ,有助于传动系统的设计 ,也为在虚拟环境中对传动装置进行误差分析 ,提供了一条途径。     

大型精密转台高精度角度微驱动装置的研制

针对用于标定和检测的大型精密转台(要求其定位误差≤±0.5″),研制了高精度角度微驱动装置。介绍了转台的总体结构,给出了角度微驱动装置的驱动原理和构成。该角度微驱动装置主要通过一个角位移转换机构把精密直线位移转化为精密角位移来实现高的角度分辨率,其在驱动转台旋转的过程中几乎不给转台带来轴向力和径向力,因此不影响转台的轴系精度。为了满足定位要求,转台设计采用了粗精结合、二次定位的方法,即先采用力矩电机进行粗定位,然后使用角度微驱动装置来实现精定位。最后,从理论上计算了角度微驱动装置的分辨率并进行了测试和应用验证,证明此角度微驱动装置的分辨率优于0.08″,满足转台定位精度要求。     

Reverse driving character of 2-DOF closed chain haptic device

Reverse driving character plays an important role in evaluating the performance of a haptic device, and it is the primary rule in the mechanical design. This article mainly investigates the problem of 2-DOF haptic device design for improving reverse driving character. Firstly, a 2-DOF closed chain haptic device is designed in the paper and a physical prototype is produced in the factory; Based on the physical prototype, the 2-DOF haptic device is analyzed with the method of dynamics which is called Lagrangian equation, and the reverse driving character of the haptic device is evaluated by the Generalized Inertia Ellipsoid (GIE) which can be directly illustrated by a graph; With the help of changing the material of some components, the reverse driving character of the haptic device can be improved, so that an appropriate 2-DOF haptic device can be obtained in the design aftertime. __________ Translated from Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2005, 31(7) (in Chinese)     

双齿轮渐近同步驱动系统设计

为解决轨道拖拽、龙门设备、自动升降等大负载、长跨度设备的驱动功率不足、设备刚度差、结构尺寸较大等问题,提出了一种基于电气伺服驱动技术的双齿轮渐近同步驱动解决方案。该渐近同步驱动方案采用在一个主动齿轮驱动负载齿轮传动的基础上,逐渐添加其他主动齿轮以增大驱动功率的双齿轮同步驱动系统,实现了电气伺服同步驱动功能;采用台达数控系统,实现了双齿轮高精度同步控制。研究结果表明,该驱动方案具有同步可靠性高、控制方便、启停同步一致性强等特点。     

工业阀门电动装置的优化设计

从优化结构方面阐述了电动装置的机械传动部件和电气控制部件的传统及现代设计方法。     

磁力传动及其应用与设计

介绍了磁力传动的发展现状,阐述了磁力传动设计的基本步骤和要点,根据要求设计了一传动装置的磁体结构和磁路,并对其工作点进行了验算。     

顶驱钻井装置的计算机仿真

初步研究了机械系统计算机建模、仿真和分析的常用软件Pro／E，ADAMS和ANSYS及它们之间的接口标准，总结出一套实用的借助这些软件和接口做机械系统建模、仿真和分析的路线图和总体框架；对顶驱钻井装置建模、仿真和分析中应注意的问题做了阐明；对顶驱钻井装置中挟杆机构做了设计研究，集成了连杆连续柔性模块和连杆离散柔性模块，对其做了初步的仿真和分析；对顶驱钻井装置中起升系统做了等效弹簧模型和集成了钻柱离散柔性模块，并进行了初步的仿真和分析；建立了顶驱装置开钻时的模型，并集成了导轨连续柔性模块，做了初步的仿真和分析。     

基于磁电传感器的主动轮转速测试装置设计

为了研究发动机的传递效率,以及对主动轮的结构进行优化,设计了基于磁电传感器的履带车辆主动轮转速存储测试装置。该装置由安装支架、传感器和测试仪三部分组成,将测试仪和传感器固定于主动轮旁边的安装支架后将安装支架固定到车体。使用存储测试仪器,采用无线触发技术,将履带车辆主动轮的转速数据同步记录存储,实验结束后将数据通过上位机读取出来。通过模拟实验和实车试验均取得了有效数据和满意结果。     

一种混合动力概念车驱动系统设计

为研究开发更先进的混合动力汽车驱动系统,分析了现行的起动机/发电机/电动机一体化混合动力汽车(ISG-HEV)和混联式混合动力汽车(PSHEV)驱动系统,指出了其各自不足之处;去掉传统变速箱和复杂的动力耦合装置,结合电子差速控制系统,设计了一种无级变速新型PSHEV驱动系统,并分析了该驱动系统工作过程、控制策略及能量流向;最后,分析论证了该系统的可行性。研究结果表明,该系统的结构布局和驱动效率都优于现行混合动力系统。     

使用GAL器件设计CIS图像传感器驱动电路

本文介绍了使用GAL器件的线阵CIS器件驱动电路的设计和实现。通过在设计中的仿真以及实际电路的调试,均得到了符合要求的驱动时序,驱动电路具有工作频率高,稳定性高的优点,GAL器件的使用简化了电路结构,具有价格低廉,开发周期短的优点。