介质压差驱动管道机器人在线取能方法研究

提出一种摩擦轮式在线取能的研究方法,阐述了新型锥阀调节式介质压差驱动管道机器人的运行调控机理。通过分析管道机器人驱动单元在管道内工况下运行速度、压力差及所受驱动力之间的关系,得到其负载特性。进而利用CFD软件对流体系统进行建模、合理设置参数及网格划分,验证了其在实际工况下的负载特性,仿真结果表明满足管道机器人检测作业的功率需求不小于200 W。依据能量参数指标和管道行业技术要求,管道内壁正压力不大于800 N的指标,研制出了具有按需自动启动停止收放、压力可调、跨越障碍等功能的摩擦轮式在线取能单元,与驱动单元协同作业实现在线取能,并存储于蓄电池中。为管道机器人在长输管道内作业的能源供给提供了新的解决方案。     

利用流体能量的管道机器人速度计算与控制

研究一种利用流体能量驱动和发电的管道机器人,该机器人完全浸润在充满流动介质的管道内,利用流体压力以及流体速度能量获得驱动力。机器人随着管内流体的流动向前推进,需要克服惯性质量以及与管壁之间的摩擦阻力的影响,对于不同的流体介质,机器人需要根据工作要求自动进行速度调节,因此必须对机器人的结构和尺寸进行合理设计,确定管道内的流体力学条件,并设计速度控制装置,对机器人速度实现行为控制。     

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.     

管道微机器人自润滑轮式驱动器行进速度试验研究

介绍一种管道微机器人自润滑轮式驱动器的传动原理和结构。对这种新型微机器人驱动器的行进速度进行试验研究。结果表明,新型微机器人驱动器可以实现微机器人在管道中不同速度的移动行进。     

一种核管道机器人结构设计与驱动力分析

针对人工方式进行核电管道检测与维护存在效率低的问题,将管道机器人技术应用到核电站管道维护中,代替人工进行现场故障监测、异物探测和清理。设计了直径为300 mm的管道机器人的机械结构,分析了机器人在管道中的受力情况以及驱动特性。同时设计了一种全新的单电机全驱动机构,这种设计使机器人整体结构更为紧凑,提高了机器人行进速度以及驱动负载能力。并利用ADAMS动力学仿真软件对机器人驱动特性进行了研究和分析。结果表明,机器人的驱动能力能够满足实际作业需求,并且其驱动能力与摩擦系数、斜坡度有关;其中驱动力与摩擦系数成正比,即摩擦系数越大机器人的驱动力越大;驱动力与斜坡度成反比,即斜坡度越大驱动力越小。该研究结果可为后续机器人优化设计提供理论依据。     

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。     

圆管道机器人驱动机构的研究与开发

针对现有工业、民用领域管道机器人的特点,研究开发了一种新型的圆管道机器人螺旋驱动机构.开发出的杠杆变径机构使机器人在不同管径(50～90 cm)内行进.对驱动机构进行了理论分析,采用MATLAB建模,得到最优的驱动机构设计方案.     

一种新型轮腿配合式管道机器人设计

本文提出一种新型轮腿配合式管道机器人的设计思想。这种机器人通过轮式驱动和腿式驱动二者的相互配合,兼有轮式机器人移动速度快及腿式机器人环境适应能力强等优点。文章对整体方案进行设计,针对腿式驱动系统,做了步态协调与机器人行进分析,设计的凸轮机构及重心偏移系统,实现了机器人腿式行进时的平稳行走,设计有一定创新性。     

一种新型轮腿配合式管道机器人结构设计与运动仿真

文章提出一种新型轮腿配合式管道机器人的设计思想。机器人通过轮式驱动和腿式驱动二者的相互配合,兼有轮式机器人移动速度快及腿式机器人环境适应能力强等优点。文章首先对整体方案进行了设计,然后对腿式驱动系统进行了步态协调与行进分析,设计了凸轮机构及重心偏移系统,最后建立了机器人的三维模型,并进行了运动仿真分析,设计有一定创新性。     

输气管道内检测器泄流装置的设计与仿真

输气管道内气体流速变化所引起的压差波动对管道内检测器平稳运行产生不利影响。本文采用压差作为内检测器速度调控的前馈控制量,设计了一套内检测器前后压差可调控的泄流装置。该装置通过控制泄流孔泄流面积改变泄流流量,从而消除内检测器前后压差变化。同时,采用管径660mm的管道与检测器驱动节建立数值仿真模型,运用流体力学仿真软件ANSYS CFX对所建立的模型进行数值仿真,得到了泄流孔的泄流面积与内检测器前后压差的关系。     

机器人在垂直输气管道中的运行速度

管道机器人在进入垂直输气管道向下运行时,由于机器人自重会使设备加速运行。为了探究垂直输气管道中机器人的运行速度规律,首先利用牵拉试验验证了机器人在一定运行速度范围内其运行阻力基本保持不变;然后根据动量守恒定律建立了机器人在垂直管道向下运行时的受力状态方程。由于机器人自重影响,机器人将做加速度减小的加速运动,分析了由于加速运动导致的机器人速度增量与压强增量间的关系,当压强增量与机器人自重再次达到受力平衡时,机器人速度达到最大值。确定了机器人最大运行速度的计算方法,可在机器人通过垂直输气管道时提前预测机器人的最大运行速度。通过与数值模拟结果和工业现场实际运行速度进行对比,验证了计算方法的可靠性。     

新型轮腿配合式排水管道检测机器人控制系统设计

提出了一种新型轮腿配合式管道机器人的设计思想.机器人通过轮式驱动和腿式驱动二者的相互配合,兼有轮式机器人移动速度快及腿式机器人环境适应能力强等优点.对机器人结构及组成进行了设计,运用重心偏移的方法保证机器人腿式行进时不发生侧翻.对整个机器人的控制系统进行设计,包括主机控制系统的单片机硬件设计、移动载体和CCD摄像头控制系统的软件结构设计.     

管道机器人智能电缆绞盘恒张力控制的研究

针对管道机器人在后退过程中需要借助人手动来收线的问题,提出了一种智能化的电缆绞盘系统,它是通过管道机器人爬行器和绞盘间电缆的恒张力控制来实现的.由此建立了基于模糊控制的恒张力模型,并利用Matlab软件对张力控制系统进行了仿真研究,结果表明该方法是可行的,基于模糊控制的恒张力系统在机器人系统中具有很好的应有价值.     

具有柔性传动能力的气压驱动微型管道机器人

针对火力发电厂110 MW冷凝器蒸汽回流回路等微型管道的检测和维护问题,研制了一种具备柔性传动能力的气压驱动微型管道机器人,设计了柔性动力传输系统,实现了机器人的驱动源外置和动力的柔性长距离传输。建立了微型管道机器人在直线管道、弯曲管道的运动学分析和驱动力分析模型,为驱动力外置提供了控制依据。在管径为70 mm的复合管道的实验研究表明:该气压驱动微型管道机器人在柔性软轴的作用下,可以有效地获得来自外置动力源的驱动力,能够实现在具有任意曲率半径的微型管道内部行走。     

具有转向能力的管内机器人的研究及发展

随着管道结构的复杂化,管内机器人的转向能力受到越来越多的重视,已成为评价管内机器人运动性能的指标之一.通过阐述管内机器人的转向能力,介绍了在管内中的转向方式-铰链式、差动驱动式和蠕动式,详细分析了当前国内外几种典型的具有转向能力的管内机器人的结构特点及转向特性.进一步总结出影响转向能力的关键技术,并对其发展趋势作了展望.     

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。     

一种单向伸缩式管道机器人系统的建模与仿真

介绍了基于单向运动机构的伸缩式管道机器人工作原理,对管道机器人整机系统进行合理简化,得到等效系统模型。根据等效模型,分析直流伺服电机、滚珠丝杠,以及单向运动机构的动力学行为。为了研究系统的输入电压信号和输出的运动速度之间的关系,建立了机器人系统的完整框图模型。利用M atlab对机器人系统进行仿真,分析不同输入信号下系统的响应特性,为管道机器人的机构设计和控制器设计提供理论依据。