本文關鍵詞：差動式自適應管道機器人的設計與研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：當前管道運輸作為一種高效、安全、環(huán)保的物資輸送方式被人們所廣泛應用。管道在使用過程中不可避免的出現(xiàn)老化、腐蝕、開裂等問題,為了滿足對管道進行維護和檢測的需求,管道機器人隨之產(chǎn)生,它廣泛的應用于管道內(nèi)部清理、異物探測、缺陷探傷等諸多方面。隨著管道的應用領域的不斷拓展,對管道機器人管內(nèi)作業(yè)的要求也逐漸提高。因此設計環(huán)境適應性強、驅(qū)動效率高、運行靈活的管道機器人成為機器人研究的一個重點。為了實現(xiàn)機器人在管道內(nèi)部的高效作業(yè),設計了一種采用單電機進行驅(qū)動并具有自主差動特性和自適應變徑特性的管道機器人系統(tǒng)。管道機器人采用差動式速度輸出結(jié)構,使機器人在彎管中行進時,可以經(jīng)由差動機構自主調(diào)節(jié)各個驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)速,進而消除驅(qū)動輪與管壁之間由于位移差所產(chǎn)生的相對滑動;機器人將外部支撐輪與彈簧機構相配合,組合成可變徑的機械結(jié)構,當機器人在管道內(nèi)部運行中遭遇障礙物或有一定尺寸的管徑變化時,機器人能夠利用變徑機構來適應外部環(huán)境的改變。機器人擁有的六個輪子,采用前三輪輔助支撐、后三輪驅(qū)動的配置方式同時作用于管壁,進而保證機器人在不同結(jié)構類型的管道環(huán)境中作業(yè)的穩(wěn)定性。本文通過對機器人結(jié)構的分析,理論推導管道機器人變徑機構工作狀態(tài)受力方程,得出機器人運行時驅(qū)動輪與管道內(nèi)壁之間的力學關系。構建機器人在管內(nèi)的運動位姿模型,研究機器人在不同位姿條件下通過彎管時的整體運動特性和內(nèi)部傳動特性,得出模型運動過程中驅(qū)動輪角速度與其他變量之間的對應關系。分析各個差動輪系輸出軸之間的力矩關系與轉(zhuǎn)速關系,進而說明差動式自適應管道機器人通過彎管時能夠?qū)崿F(xiàn)相應的自主差速,并且沒有寄生功率產(chǎn)生。運用三維設計軟件完成差動式自適應管道機器人的三維實體設計,進行結(jié)構的合理性分析,使用機械動力學分析軟件建立機器人在彎管和變徑管中運行的虛擬樣機模型,通過仿真分析對機器人的自主差動特性和自適應變徑特性進行驗證。說明理論推導及結(jié)構設計的正確性。
【關鍵詞】：差速機構 管道機器人 變徑機構 傳動特性
【學位授予單位】：沈陽理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP242
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-29
• 1.1 本課題研究目的和意義12-13
• 1.2 國內(nèi)外管道作業(yè)機器人技術綜述13-27
• 1.2.1 介質(zhì)壓差式管道機器人14-17
• 1.2.2 輪式管道機器人17-21
• 1.2.3 螺旋驅(qū)動式管道機器人21-22
• 1.2.4 履帶式管道機器人22-24
• 1.2.5 其他結(jié)構形式的管道機器人24-27
• 1.3 研究目標、研究內(nèi)容和擬解決的關鍵問題27-29
• 1.3.1 研究目標27
• 1.3.2 研究內(nèi)容27-28
• 1.3.3 擬解決的關鍵問題28-29
• 第2章 差動式自適應管道機器人的總體結(jié)構設計29-36
• 2.1 引言29
• 2.2 管道機器人的設計構思29-30
• 2.2.1 管道機器人的設計要求29-30
• 2.2.2 管道機器人的模塊化設計理念與結(jié)構特點30
• 2.3 管道機器人實體結(jié)構設計30-35
• 2.3.1 管道機器人的內(nèi)部差動機構實體設計31-32
• 2.3.2 管道機器人的驅(qū)動輪變徑機構實體設計32-34
• 2.3.3 管道機器人的輔助支撐輪變徑機構34
• 2.3.4 管道機器人的殼體結(jié)構34-35
• 2.4 本章小結(jié)35-36
• 第3章 差動式自適應管道機器人內(nèi)部傳動及管內(nèi)運動分析36-46
• 3.1 引言36
• 3.2 管道機器人內(nèi)部傳動分析36-39
• 3.2.1 機器人內(nèi)部差動機構的傳動原理分析36-38
• 3.2.2 機器人內(nèi)部差動機構的齒輪間作用力分析38-39
• 3.3 管道機器人管內(nèi)運動分析39-45
• 3.3.1 機器人整體結(jié)構尺寸與管道幾何參數(shù)間的關系39-41
• 3.3.2 機器人的對比狀態(tài)模型管內(nèi)運動分析41-42
• 3.3.3 機器人在管內(nèi)的姿態(tài)分析42
• 3.3.4 機器人在彎管內(nèi)的運動模型分析42-45
• 3.4 本章小結(jié)45-46
• 第4章 差動式自適應管道機器人驅(qū)動特性分析46-54
• 4.1 引言46
• 4.2 管道機器人電機的選取46-47
• 4.2.1 電機選型前的計算46-47
• 4.2.2 電機型號的選擇47
• 4.3 管道機器人驅(qū)動輪自適應變徑機構的分析47-52
• 4.3.1 單個驅(qū)動輪自適應變徑機構的力學研究47-49
• 4.3.2 驅(qū)動輪自適應變徑機構的總體力學分析49-52
• 4.4 管道機器人驅(qū)動輪越障能力分析52-54
• 4.5 本章小結(jié)54
• 第5章 差動式自適應管道機器人的仿真分析54-64
• 5.1 引言54
• 5.2 管道機器人的虛擬樣機模型構建54-56
• 5.2.1 管道機器人三維靜態(tài)模型的建立54-55
• 5.2.2 管道機器人三維靜態(tài)模型在ADAMS中的處理55-56
• 5.3 管道機器人驅(qū)動輪變徑機構的自適應性仿真56-57
• 5.4 管道機器人的越障能力仿真57-58
• 5.5 管道機器人的彎管通過性仿真58-63
• 5.5.1 第一種位姿角狀況：ψ=60°59-61
• 5.5.2 第二種位姿角度狀況：ψ=30°61-62
• 5.5.3 第三種位姿角度狀況：ψ=90°62-63
• 5.6 本章小結(jié)63-64
• 結(jié)論64-66
• 參考文獻66-72
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文和取得的科研成果72-73
• 致謝73-74

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本文編號：425802