创新设计管道履带式机器人

履式机创计专班： 机设计姓： __________________学号： __________________1/25引言现农产常中着管，如核的生热管、石油工行工和管多安境不允许介了量障采的全掘机法或S率开发管解题管道人种管部部移动，器员的操算动控制一业化道机器可成的作业、程内测过缝面腐、裂损；管涂部；对埋管修管器送救他。1绪论管器人中迅延，切公自身因内不发更内管人，智，性宜，性，性。

的。、但人工作环限重务致也断决成的发展

面多重和如解方。1.1道展况1.1.1国管究展国于道人始于 20纪 0年于 0年的电 子技术算、技展检器于 90年得到发于平。日机人发经了 60年， 70年到 80年代 进入普及期在领泛使人管器众 学航械系 Sgooe 和HdaaOo 等于 1993始 研器研制用径管机人适于径

50mm管的 T- I、Th- H型150mm管道的 Te- m型管道机器人。德机总界，日国学者Badlsn 、 Hant —rih 和 Fkcr 等在教部资助于 2000 年功节管系— MO 。1.1.2国器展国道人展在器面究晚且多数留实阶。 哈大授“ 863”“ X”线检实像机的”支， 开轮方道 。上大制细业机移测成”主包含20mm内直中和术 （包动机行移构电动机等 ）、器位测、 涡流和测术基成自机统该 系实现20mm管裂移。3/25在市人的下了型机研作。仿道可较过的，器所的使的加可达面最点，

自可以规则况通格足撑也行如 ,对凹平的能更强模图 1-1所示。图1-1仿蝎管道机器人机构模型1.2典型的管道机器人）蠕动式管道机器人1988年，a用运理了机， 后随蠕动机术完开化目在 200〜30mm管道用式机要动头部，图 1-2所示，1—头部， —蠕动部分， 3—部部部分有离死 装实现动中部机动。动动实式上学气缩；交学

多利合；昆明大电驱图 1-3,1—磁铁， 2—弹簧， —线圈等。下电动式机例析式器运动 机蠕动管器运原图 1-4， 1—头部， —蠕动部分， 3—一动作为 3个步骤：(1)当态处与；⑵磁电铁圈安头的向方式 使原位，于吸用移；(3)断，促安上 越单方原，弹用动。至机到状器了。蠕器点细微中。于间和缓 慢碍了的展。V/ /图1-2蠕动式器人总体结图图1-3蠕动驱电磁铁图 图1-4蠕动机人运动原理图2)轮式道器人目轮道是工用的。内机器基是靠、气磁压道内本生正由管的产

人的壁承人生后动力实人。道的方 式有 2种：直进式和螺旋运动方式。3)无缆道器人20世纪 50年于，等，日国 了5/25无管设此依尾内压产驱体动动是无机。学也大。

动流技的步此机人13解技题1) 能供问题2) 可问题3) 速度位识别4) 管机人障力5) 高治制统1.4管道 X射线探伤技术最新进展在常损法射和检比和的管测射对缝孔、体陷的

道检检度，对面的灵度， 如向陷 (如 裂纹 )直难测出只纹方时其有探些大究行分

效补 X射线析化。1X射线测术目工应管接无测都于 X射术 如外透法用向道焊检转次

X射外道片X射应小

上每管焊探伤方双影评的。 而部智载体携向 X射将 X射焦 点准道焊处图 1-9所示器用 CD 实。图19 管射检机器142X射测术X射线实时成像检测技术主要有两大类：一种是基于 X射线图像增强器的 实像技另是 X射线数字实时成像检测技术。基于 X射线图像增 技图 1-10， 1— X射线源， ， 3增 ， 4像，的 X射线图像经图像增强器成像 后集传输到算中。图1-0基图像增强器的 X射线实时面像检测系统一种是 X射线数字实时成像检测技术，如图 11， —X射线源， — 测， 3， 4—CMOS 为 X射线数字照相。被检 的 X射线图像经由 CS 数算 。7/25图1-11X射线数字照相检测系统图器于 20世纪 50年代过的主进图 强器屏提。像的增了 10几倍 ,亮增高达 1000以上的达 0303dm2。尽着 CS ， X射线数字照相是 X射线实时成 像技术展也我应。比种 X射线实时成像检测技术，基于 X射线图像增强器的实时成像技 就目技水言比 X射线数字实时成像检测技术更具有工程意义， 并质量照当好。15设研和义本是中安测实提，当器人趋利代科术管内

展X射线无损检测机器人的机械结构设化利视器工面，器化有究其过道

人能X射线无损检测探伤人及术和能制有弯过 能视觉能适距作用。本主计动履管内 X射线无损检测机器人的机械结构。 其主要为：） 通阅，内人构进，己识， 对内源内 X射线无损检测机器人总体设计提出方案和实现办法；并 阐器人的、工；2） 通用设机，合似对的器 的总构分化机减小括间擦， 自的量，而的履壁的积大力本体牵力动；3）通过软道人行时各 的装目整合连分配，机能 运动整体协稳作。其要标管内 X射线构。9/252管内 X人定管器常动移、机工等分组驱和式程定人机。管式为履足式式推

成中道的方动，各缺点。2.1管器动式2管方式 由道人管定境行其有弯曲管里运 行方器管 （包垂管道 ）行擦力克重力 的，方提够动克种驱的选择在 很上道体和。现用动主：（驱用，分流直流、电舵。（驱材力变面成 电荷料压。（3）金忆特，忆产 主要是其是的性的生旦他 形状热适度复前。（4超用为， 即分分 组，靠部动之擦驱种，有构响、，减以行用机动种式方型波复

简、快的作。声驱合，动般应用器。（5）。空气气，恶的 ，不源精低。（6）一气器肌，是 部橡套纤织，橡充橡套弹 性部编，织很制径形变大度。图 2-1， —橡胶筒套， —纤维层， 3丝其缺 点：（）气动人工肌肉与传统气动执行元件相比行程小；（ ）气动人工肌肉形性，变使制十难（ 3工作中人自会化着变性会 改这给精控带困。2 3图2-1 人肌结简图2.1.2驱择本的机用驱动，微电进行用池源避人，器量，

驱选减人道内的。2.1.3驱择步机电号为或移环件非超下的停置于号和，而响电个号转步在

载况不变影速位制步进机制非的。本两带立进动的了动，使 机加紧机线力力阻为 F1、F2、F3。本研管人应质环直时面变外阻忽，行只带行内动表带之力着带

形和阻带驱装行是带和传间阻一用 以验计：F1=kGg （2-1）11/25式中 :k—数 ;； g度 ;内取g,则直线走阻力

007,考到构际，取 006。人 重:iFi其爬阻为：F2Gsi )中 :重—爬度2F=2设坡度为 3 8g，长 2m，与地面问摩擦系数 4,拖 动根电3缆的力 F为3N。3则的力 F。为：!F0=F+F2+F3 (3)!：卩!一走力—爬坡力—力0贝 U FN0每上力 F为：°F=-F =57N (2-4)2 O履足机功：P= （2-5）9550式中：T所钜 n机速设径 d=40mm,则只带阻矩 T为1.14Nm。行 进为6mn ，输速 nrm 。贝U P=5.8 103 （ W）=5.8（ W）考管能较的而越留率使其 线30m的仍比攀取安确定 步距角力流虑性安寸适 当的进机。2.2管机人移动式2.2.1机方式管器移可为履、、和式等（图 2-2） oA式 ，B为式 ，C， D为， E为式 ,F为体， G。图2-2管机器人的移方式轮机以动续平性辆的性为用。 然于轮有式能，对要小 ;13/25在整境动，；化。履机具力抓，地境的，同 件下以的是驱式大。足一仿构的式形能能较大 沟和，是和，比，统。图 2-3， 1—三架， —三叉支架二。螺机是转管推适管的中运 缺点率力。张移构适垂或度中它可变 机构张，与紧。其方如式 结合用缺是能合 L型渡管 道范较。如图 2-4所示合径 8mm 。2图2-3 微六机人 3图 24的管道机器人蠕机是性的生，较引运用 动元同动大，不动蠕律控研究是，效引。2.2移式择由道的杂有起碍壁也较泥 行走苛因择式道人动。本的式人以点：）履带移人积地，松泞作 下陷，力通好野能坡沟性移动人。）履带移人径可原，原靠 履带的即履或而履较速来。）履带撑履易引能利较牵 。） 履动有自障，有臂器人可式样走。23计注个题本计利用 X射线成油道测主面管道 人行构。查资自识，研一弯15/25道能障、位能较检 测径业的用机。在管器需点的关问：1）移动机设问。2）驱方的问。3）信号电传供式。4）控系传器置。2.4本设计的管道射线探伤机器人的整体结构之面大可间大力打小无

触，在能履很机行中 ,受、爬以力，障过因驱必产够矩所以决了机的积量的动构架间角的整，

程易，驱是在上和，步动人也，和间可机，应的形的。如图 2-5所示，为本课题的结构原理图。图2-5机器人的整体结构原理图3带道人构计3.1管器计想如图 3-1所器都关本通过 调节摆开，机实适直管功足管分使在牵和都

带得证。图3-1 管机人动示图图3-2所示器径腿示过移 体的机节足管触保人在管好器的和。图

良3-1可当生变机过摆度整足管分状。17/25图3-2管道机器人适应管径示意图其机履关以使人高，可以 更矮管成的增机适机调高 图 。工I1I.图33 管机人度示图3.2适应管径功能对形变况般油中道较，突然的较同虑的和实， 本计出的管器机可应能解管下带 与接触的，图 3-4所示基是根的际 栓使人摆向开节和足面持触履器

摆连，带人要。图3-4管道机器人管径调整示意图如图 3-4所度 b,长 a,履带面 x， 履关节足线 p,腿为 0小 可以认心 0到部 1的线管道。足置腿时视个为 B为 A的等图 3-5所示。可根几关算：Bb2^ cs (3-1)A+an(2)则管：19/25bcos2pR= +a+x-ptan (3-3)i2该以结时尺，用定的管道范。图3-6 管机人力图如图 3-6所在，中 G为机人机 重， N为对履支。力系道对带力 N摆腿关：2cos随着摆角 的管履压力 N也角 为 90时， N将穷因构时摆角 过 0，机 器进最管道。3.3度功能将人向称，机履的置可降 低人的度图 3-7所。图3-7 管机人度示图设机为 b,为 a,机器腿为 ，足节地面为 x图 3-8。图3-8 管机人度尺示图设人高为 H整为 h则Hx (3-5)hsx (3-6)高△ h为:21/25△h=H-h=a （1-cos ） （ 3-7） 此器人两宽为 bsn ，机降弯管对入管器注宽否要

的过发变，求。3.4车传器红摄机：日/夜用 ,常样作 ;光外自 动打开 ,机状。气传器： 一、碳、四器时气体传感 器。测传器： 测器测器装的最前端分 别人道离方碍。机倾感：当人在 XOYY 'O平倾，倾器以出两面角是线面道直器斜用倾安器央内测人管

传采道与线的。电码量转值。3.5腿计图3-9 管机人腿示图在人机摆作容的腿关一个 是体连一履接别应调的作 用。如图 3-9所于是，管手工 调，故节 I节 2为手动调节。关节 1的设计应该遵循机械传动的基本 规关节2在设计时应考虑到手工操作的方便性以及调整以后结构的 自。3.6带分析履走的过指任助而各然和的履过取带性和数。

人碍履性价性要壕克壁。对同形带装们障能。来说比具的性对的器单节

双要式。3.6.1跨力）跨越水平壕沟履过的与的长重置。克沟用（带驶动（速或利克壕力履性限定失是线重限下果用车

用来在重用首面前重面么装部沟如 果作未对壁，而带装尾经一脱离 ,那行就。所静克的性履走两点带重 心驶平上投间距。3-11履带行走装置以静力法通过壕沟23/25如图3-为B且a壕当走置尚未在前，行重早开后是履带段就沟企宽为 B且a当履走部壕的，行中靠沟之前，于行尾入。克的在设计走时应其置接心。用克