【摘要】：石化行業(yè)中存在大量輸送高溫、高壓、有毒介質(zhì)的管線,橋梁建筑等行業(yè)中存在大量的管架、管狀拉索,這些管線、管架需要定期的檢修維護(hù)。檢修維護(hù)工作通常由人工完成,人工作業(yè)存在高空作業(yè)、環(huán)境惡劣、效率低、誤差大、成本高等問題,故迫切需要研發(fā)出能夠攀爬各種管架并可以攜帶專業(yè)工具的爬行機(jī)器人代替人工作業(yè)。本文研究的永磁吸附爬管機(jī)器人采用非包圍式抱緊結(jié)構(gòu),利用分散可調(diào)的永磁吸附機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)管壁抱緊。利用四條輪臂驅(qū)動(dòng),四輪臂采用四連桿機(jī)構(gòu)支撐,其輪臂張角可調(diào),能夠適應(yīng)直徑200mm-1000mm的鐵質(zhì)管道,應(yīng)用范圍更廣。為了適應(yīng)各種管道在不同位姿下的爬行且保持運(yùn)動(dòng)的靈活性,研究了機(jī)器人的吸附力連續(xù)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。本文提出了爬管機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)方案。完成了主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),利用Solidworks軟件進(jìn)行三維建模。對(duì)主要受力構(gòu)件進(jìn)行有限元強(qiáng)度分析和變形分析。對(duì)爬管機(jī)器人在吸附性能要求最高的豎直爬行狀態(tài)進(jìn)行了受力分析,建立分散吸附力的計(jì)算模型。利用Ansoft軟件建立磁吸附力連續(xù)可調(diào)的永磁吸附模塊分析模型,通過仿真分析優(yōu)化吸附模塊的各主要尺寸。利用ADAMS軟件建立爬管機(jī)器人虛擬樣機(jī)模型,然后利用樣機(jī)模型進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析,分別得出四個(gè)驅(qū)動(dòng)輪正壓力曲線和爬管機(jī)器人的速度曲線。建立爬管機(jī)器人基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)。按照設(shè)計(jì)方案加工制作了爬管機(jī)器人樣機(jī)實(shí)物模型,并分別對(duì)300mm管道和1000mm管道進(jìn)行了、實(shí)際爬行實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了、爬管機(jī)器人的吸附性能和爬行可行性,能夠?qū)崿F(xiàn)多管徑爬行。
【學(xué)位授予單位】：東北石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TE65;TP242
【圖文】：

（c）高空噴漆 （d）管道巡檢圖 1.1 常見高空作業(yè)爬管機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀爬管機(jī)器人是特種工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域的一個(gè)重要發(fā)展方向[7]，在石化工業(yè)、橋梁業(yè)生產(chǎn)中得到了較好的應(yīng)用。在一些生產(chǎn)作業(yè)中，人工作業(yè)往往效率低、精性低，為了解決這些問題，上世紀(jì) 70 年代之后就有很多學(xué)者均投入大量的來開展相應(yīng)的管外行走機(jī)構(gòu)，80 年代后部分管外機(jī)器人開始進(jìn)入市場投入

（a）車輪式 （b）履帶式 （c）并聯(lián)機(jī)構(gòu)式圖 1.2 管外爬行機(jī)器人分類圖 1.3(a)爬管機(jī)器人是由伊朗德黑蘭大學(xué)針對(duì)高速公路上的路燈設(shè)計(jì)的，主要的清潔維護(hù)，該機(jī)器人為典型的環(huán)抱式結(jié)構(gòu)爬管機(jī)器人[8]。該機(jī)器人成三點(diǎn)狀，均勻分布三組抱緊輪，為了使抱緊輪與管壁有更好的接觸，其將抱緊輪設(shè)計(jì)槽輪，為了抱緊的穩(wěn)定性，每組抱緊輪上、下各分配一個(gè) U 形槽輪。每組上兩個(gè)抱緊輪之間通過具有一定預(yù)緊力的彈簧連接，通過調(diào)節(jié)彈簧的預(yù)緊力使三緊緊的夾緊管道，對(duì)一定直徑范圍的管道具有一定的適應(yīng)性，但能夠調(diào)節(jié)的范機(jī)器人下方輪子為驅(qū)動(dòng)輪，通過帶傳動(dòng)將電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力傳遞到驅(qū)動(dòng)輪，從而使人沿著管道的母線上升或下降。

（a）車輪式 （b）履帶式 （c）并聯(lián)機(jī)構(gòu)式圖 1.2 管外爬行機(jī)器人分類圖 1.3(a)爬管機(jī)器人是由伊朗德黑蘭大學(xué)針對(duì)高速公路上的路燈設(shè)計(jì)的，主要用路燈的清潔維護(hù)，該機(jī)器人為典型的環(huán)抱式結(jié)構(gòu)爬管機(jī)器人[8]。該機(jī)器人成三點(diǎn)狀封環(huán)抱，均勻分布三組抱緊輪，為了使抱緊輪與管壁有更好的接觸，其將抱緊輪設(shè)計(jì)成U 形槽輪，為了抱緊的穩(wěn)定性，每組抱緊輪上、下各分配一個(gè) U 形槽輪。每組上、下布的兩個(gè)抱緊輪之間通過具有一定預(yù)緊力的彈簧連接，通過調(diào)節(jié)彈簧的預(yù)緊力使三組緊輪緊緊的夾緊管道，對(duì)一定直徑范圍的管道具有一定的適應(yīng)性，但能夠調(diào)節(jié)的范圍小。機(jī)器人下方輪子為驅(qū)動(dòng)輪，通過帶傳動(dòng)將電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力傳遞到驅(qū)動(dòng)輪，從而使爬機(jī)器人沿著管道的母線上升或下降。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2798787