管道检测机器人动力学及流场分析研究

管道检测机器人在管内运动产生的流场及受力情况是研究在线管道机器人的基础。该文运用牛顿力学与CFD软件结合的方法进行流场数值计算，分析不同介质对机器人运动产生的不同影响，在理论与仿真实验的基础上进行了详细的分析与研究，结果表明前后端面产生的压差驱动力对管道机器人运动的主导作用。     

燃气管道机器人变径机构设计及动力学分析

燃气管道机器人作为一种集铺设、检测、修复为一体的设备在管道工程领域应用的愈来愈广泛。为了适应不同的管道直径,管道机器人需要设计合理的变径机构。首先设计了两种管道机器人的变径机构,分别对其进行动力学分析,在同等条件下所需理论电机转矩大小比较结构优劣。最后利用ADAMS动力学分析软件进行仿真模拟与动力学分析,设计了更为合理的变径机构,有利于节省成本,同时对于机器人的轻量化研究有重要意义,为管道机器人设计提供了参考。     

支撑轮式石油管道机器人整体设计

石油管道距离远、穿山越岭、跨越河谷,人力检测管道比较困难,管道机器人能够代替人类解决这个难题。由于工业生产中的石油管道存在直径变化、弯管道以及焊接焊缝凸起等现象,需要机器人具有足够的越障能力以及通过弯曲管道的能力。该文针对这些问题设计了一款能够主动自适应管径变化的支撑轮式管道机器人,根据输油管道工况确定了机器人行走车的性能指标和行走方式,通过整体方案的确定、驱动方式的选择、供电方式和通讯方式的选择、变径机构的设计、各部件的三维实体建模及装配等环节的设计,为石油管道检测机器人提供了一种新方案。通过ADAMS仿真软件对该款管道机器人的变径范围及管道中的运行情况仿真,根据仿真曲线分析:该款机器人可以达到变径和通过弯道的要求,能满足设计的性能指标。     

水下油气管道外检测机器人设计及其动力学分析

油气管道由于腐蚀、外力等原因会造成管壁变薄,发生穿孔、泄漏和开裂等事故。管道投入运行时间和管道长度不断增加,以及工作环境日趋恶劣,加大了水下油气管道的检测难度。基于SolidWorks软件设计了一款用于检测水下油气管道腐蚀缺陷的机器人,包括管道直行机构和旋转小车,并对关键零部件及控制系统进行了分析设计;通过ANSYSFLUENT软件模拟不同水流速度、不同移动速度下机器人壁面受力情况,分析水流速度、移动速度对机器人前端壁面受力的影响规律,发现：随着水流速度与移动速度不断增大,机器人前端壁面受力不断增大,但当移动速度增大到0.4m/s时,变化不再明显;计算得到最大阻力为170.77N,所选用推进器最大推力为110.74N,因此采用双推进器驱动能够支撑机器人前移,满足设计要求。     

考虑流固耦合的管道机器人冲击环焊缝过程动力学建模与分析

以管道机器人(Pipeline inspection gauge,PIG)为载体的内检测技术是保障油气管道安全运输的重要手段。针对管内高压流体作用下,管道机器人在冲击管内环焊缝过程中产生的动力学行为突变问题。建立了管道周向受限空间中基于Kelvin弹簧阻尼的管道机器人密封盘等效动力学模型,结合管道机器人本体建立了多体系管道机器人动力学模型;详细推导了管道机器人轴向振动微分方程,以及管内流体的流动方程;并使用Matlab/Simulink与Adams进行流固耦合仿真,作为重要的工艺参数之一,研究了管道机器人速度改变时,其在冲击环焊缝过程中的动力学响应情况。结果表明:所建立的密封盘及管道机器人动力学模型能够很好地表征密封盘在管道轴向、径向以及周向的力学特性;运行速度越快,管道机器人通过环焊缝引起的轴向振动越剧烈,冲击振动越明显;而垂向和俯仰振动现象随运动速度增大而显著减弱。     

铰接体管道机器人的建模及理论计算和仿真

构造了由1个电机带动的铰接体管道机器人。在此基础上建立了机器人的数学模型，采用机械阻抗法进行理论计算，运用MATLAB模拟仿真，并制出样机进行试验验证。该设计把机械振动转化成行波波动，使机器人能够平稳地向前运动。     

基于冗余关节机器人的插接管道焊缝扫查系统设计

针对相贯线焊缝难以检测的问题,提出了一种新型的管道插接相贯线焊缝扫查机器人系统,通过管道夹紧装置使得机器人可附着于支管上作360°圆周运动,特别是通过冗余关节的设计实现了机器人末端探测器要求的空间相贯线扫查轨迹.该系统可实现两种管道扫查方式:一种是沿不同的扫查半径做360°周向扫查;另一种方式是沿径向呈"Z"字形进行扫查.可实现支管直径为100～400mm,被扫管道直径为600～1000mm范围内的相贯线焊缝扫查.系统设计分析和控制运行结果表明:扫查的周向步进精度≤0.2mm/m,径向步进精度≤0.5mm/m,轴向步进精度≤1mm/mm.     

管道机器人清淤装置振动稳定性研究

为研究管道机器人清淤装置在旋转条件下的工作稳定性,对其自适应系统进行冲击与振动的研究.将简化的清淤装置导入到ADAMS中,分别在最低转速20r/min和最高转速100r/min时,选取不同刚度系数的弹簧,在有弹簧预压缩量和弹簧预压力的条件下进行振动动力学仿真,提取不同条件下滑块与螺塞的冲击曲线、滑块对弹簧的冲击曲线,验...     

基于Matlab管道内表面处理机器人驱动特性研究及仿真分析

针对现有清理管道内表面污物和锈蚀的管道机器人存在拖动力不足和自适应性差等缺陷,提出一种一入三出的管道机器人驱动机构,建立驱动系统的数字化模型。分析了管道内表面处理机器人驱动特性、传动关系和力矩变化特点,完善了管道机器人的设计理论。建立了管道机器人驱动系统的虚拟样机模型,利用Matlab软件分析测试了机械运动学特性。结果表明,此管道机器人驱动机构具有很好的自适应性、较好的差动功能和较强的行走性能,可以解决拖动力不足和自适应性差的问题。     

环管道运动机器人扫查器行走机构控制系统设计

油气输送管道由于其工作环境的特殊性,其管道对接环焊缝不可避免地存在缺陷.全自动超声检测(AUT)是应用最为广泛的检测方法.为保证管道环焊缝缺陷检测的可靠性并提高检测效率,设计了全自动超声检测环管道运动机器人对其进行监测.扫查器行走机构是环管道运动机器人的核心部分.在介绍总体设计方案的基础上,对环管道运动机器人行走机构的运动控制系统进行叙述.工程样机经试验证明各项数据均符合工程要求.     

往复压缩机管道振动的测试分析及处理

通过对现场工作的压缩机管道振动的测试，利用频谱特征求得压缩机管线异常振动处的频谱。通过对模态参数的测试及处理分析了压缩机管道振动的原因，找出振源，并提出合理的处理方法，解决了压缩机管道系统振动问题。     

管道连接件安装机器人液压系统管路精简设计

水下大口径管道沟槽式连接件安装作业机器人是有缆机器人,缆索中包含有液压管路和通讯线路。为了减小缆索对水下作业主体运动的影响,将电磁阀由控制柜移到水下作业主体上,使用水声通讯代替部分电缆通讯,并改进了相应的控制软件和硬件系统。该方法可以有效精简液压系统管路,减小缆索直径,降低缆索对水下作业主体运动的影响,同时也降低了母船上绞车的复杂程度。     

支承轮式管道机器人变径机构动力学分析

介绍了4种支承轮式管道机器人变径方案的工作原理,比较分析得出丝杠螺母副变径机构具有更高的驱动效率。在此基础上,基于虚功原理分析了丝杠螺母—支承杆变径机构的驱动特性,并应用多体动力学仿真软件ADAMS对其进行了动力学仿真验证,结果显示丝杠螺母—支承杆变径机构具有更高的驱动效率和更强的管径适应能力,并给出了其驱动电动机随管径变化的一般动力学特性,为支承轮式管道机器人推广应用奠定了基础。     

插接管道焊缝扫查机器人的位置/力控制

为了使机器人的超声探头能够紧密贴合被检管道表面,设计了一种被动柔顺性末端执行器,并提出了一种被动关节与主动关节分离的外环混合位置/力控制策略,进行了位置/力控制仿真。确定了被动柔顺性末端执行器微动位置调整与主动关节输出变量之间求解关系,建立了理想状态下的准静态力学控制模型,理论上证明了位置偏差和力偏差均可通过主动关节的控制得到有效消除,保证控制精度。仿真研究了分度角分别为0、30°、60°与90°所对应的圆、椭圆及直线的截面线轨迹扫查情况。结果表明在各种情况下的位置与力控制都收敛并满足精度要求,从而证明了所提出的被动柔顺关节外环位置/力控制策略是有效的。     

油气管道检测机器人样机设计与仿真分析

为提高石油炼化厂管道检修的自动化程度,降低劳动强度和成本,设计了一种工作于内径为(500～600)mm油气管道的检测机器人.提出了利用电动顶杆与压缩弹簧实现主、被动结合的新型变径方式,制作了实验样机,利用WiFi、MEMS陀螺仪及码盘实现管内无线通讯和定位.利用SolidWorks软件完成样机结构三维建模,并在ADAM...     

城市排水管道清理机器人变径机构优化设计

针对老旧的城市排水管道出现的结垢、被腐蚀等复杂的环境,提出了一种基于三轴驱动结构和具有径向柔性调节特性的履带式排水管道清理机器人.介绍了机器人的结构组成和自适应柔性调节机构的工作原理,建立了可调节机构的力学模型,分析了可调机构的力学性能,利用ADAMS参数化建模与优化设计建立了仿真试验模型,以测量的弹簧柔性力的峰值最小...     

中央空调管道清洗机器人设计

在中央空调管道机器人的机械结构设计基础上,重点研究基于单片机控制的中央空调管道清洗机器人开放式控制系统,完成了清洗机器人的控制策略和控制系统软/硬件结构的实现。该机器人结构简单,控制灵活,系统工作稳定,为中央空调管道远程监控自动清洗技术的进一步研究提供了平台。     

球形管道机器人设计

球形管道机器人是将球形机器人的结构应用于管道爬行这一背景中设计的一种机器人。它利用了球形机器人运动全向性、转弯灵活的特点,解决了目前管道机器人中普遍存在的转弯困难、运动速度慢的问题。介绍了球形管道机器人的机械结构,在水平面内对机器人做了运动原理分析。针对管道应用的特点介绍了机器人对于各种交叉管路的识别并具体分析了转弯过程。     

中央空调管道清洁机器人系统的设计

设计了一套中央空调管道的自动清扫机器人系统，适用于家用及商用中央空调矩形管道。介绍了远程机器人的结构设计及其主要功能，论述了指引机器人直线前进并自动转弯的驱动和导向装置的设计，使用Pro／e建立了清洁机器人的三维模型，进行了模型的装配分析，并制作了旋转刷装置的实物模型，验证了机器人的清扫效果。