仿尺蠖式气压驱动管道清洁机器人的设计

设计了一种用于管道清洁的气压驱动机器人,机器人由清洁作业单元、纵向驱动单元、横向支撑单元和气压系统四部分组成。清洁作业单元利用气压马达驱动合金刀头旋转,清洁管道内壁;纵向驱动单元由两套相同的驱动模块构成,两套相同的驱动模块通过万向虎克铰连接,带动整个机器人沿管道内壁运动;横向支撑单元通过滑轮与管道内壁接触,为清洁作业单元和纵向驱动单元提供支撑力;气压系统为整个机器人的工作提供动力源和控制信号。提出了机器人的仿尺蠖式运动方式,整套机器人机构简单、设计可靠,可以实现远距离、复杂工况的管道内壁的清洁工作。     

刚柔耦合管道机器人管道通过性分析及验证

针对目前管道机器人对复杂管道连续作业不理想的问题,提出一种新型刚柔耦合机器人。机器人采用首尾扩张机构与中间弹簧驱动机构配合工作的步进式前进工作方式,而且通过弹簧机构的柔性可以更好的适应管道变化;通过设计的机器人提出了一种新的管道通过模式,并根据机器人受力情况、运动特性以及管道受力分析,从多方面分析管道机器人通过管道时的影响因素,得出一种不仅能够适应复杂变化的管道,而且可以实现对不同曲率半径管道探测的机器人;最后对机器人进行实验研究以及验证。     

基于并联机构的双重驱动管道机器人设计与研究

并联机构具有结构简单、承载能力强等优点,因此基于新型3-UPU并联机构,设计了一种针对中型管道的双重驱动管道机器人。该机器人采用并联机构作为支撑驱动机构来实现支撑运动模式,包括转弯运动及在非圆柱形管道中行走。同时该并联机构具有连续转动能力,保证了机器人转弯运动的平稳性。采用四叶螺旋作为机器人的螺旋驱动机构,实现螺旋运动模式,提高机器人的运行速度。设计了一种联接变角单元,可实现两种运动模式之间的转换,并通过调整螺旋角来改变机器人螺旋运动时的速度。该管道机器人结构紧凑、速度快、运行平稳,可以在人所不能触及的管道内部进行检测和日常维护。     

自适应管径全驱式管道机器人结构设计与分析

针对管道焊接完成后内部情况无法通过人力检测的问题，提出了一种可在焊接管道内自主检测的管道机器人。该机器人能够自主适应管径的变化，以解决当前机器人通过人为控制支撑机构造成的控制复杂、控制精度不高等问题。首先，给出了管道机器人的设计需求，介绍了管道机器人整体结构与工作原理；然后，对机器人的支撑机构进行了方案设计和受力分析，分析了管道机器人整体结构的几何约束以及在弯道中的运动约束；最后，基于Adams软件对提出的方案进行仿真实验，验证了其在管道内的通过性。     

多运动模式管道机器人结构设计与运动分析

针对管道机器人运动形式单一的问题,设计了一种具有多种运动模式并能进行切换的轮式管道机器人,给出了管道机器人的总体方案,设计了管道机器人的自适应变径机构、车轮变位机构和转弯机构,建立了管道机器人轮式行走时的运动模型和力学模型,并以此为基础对机器人主体结构进行优化设计。     

液压油缸检测机器人设计与分析

提出一种便携式大变径全驱式的油缸检测机器人,该机器人采用模块化设计思想,分为运动机构和转台机构两部分。运动机构采用周向三轮定位全驱机构和双丝杆剪刀式主动变径机构相结合,通过对称式设计,在实现油缸内行走及变径的同时,保证运动机构中心轴线始终与油缸内壁中心轴线平行。转台机构可实现转动和支撑两种运动,通过对称式刚性支撑腿设计,使转台稳定支撑在管道内。机器人直径190 mm～450 mm,重量12 kg,可携带。测试表明检测机器人具有良好的检测性能和大变径适应性,适用于大口径油缸内壁的检修检测。     

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。     

履带式管道巡检修复机器人弯管通过性研究

管道在能源的运输方面具有重要的作用,其安全、合理、稳定的运行具有重要的意义。以DN250～350 mm的油气管道为主要应用场景,设计了一种以丝杆螺母变径机构达到自适应目的的履带式管道巡检修复机器人。该履带式管道巡检修复机器人分为驱动单元、检测单元、连接单元和隔离修复单元。通过几何分析研究管道几何约束对弯管通过性的影响可知,当该机器人组成单元的长度小于452.88 mm时,从几何约束角度分析可以通过弯管;运用坐标转化法对机器人运行过程进行了运动状态分析,研究该管道机器人的运动特性,得到该机器人的速度方程。由分析可知,履带式机器人采用3履带差速特性的方式通过弯管时运动更加平稳。采用仿真分析的方式,验证了其对弯曲管道形态的通过性。该研究可为油气管道的稳定巡检、应急安防与处理处置提供参考。     

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。     

自适应管道机器人驱动系统设计

通过对自适应管道机器人驱动系统的总体构架进行分析,详细介绍了驱动系统的弹簧预紧变径机构、三轴差速机构、行走驱动机构和辅助支撑机构的设计。使得所设计的管道机器人具备管径自适应特性和自主差速特性,并可根据弯道内部环境自主改变各驱动轮的速比关系,顺利通过弯管和尺寸不规则的管道。