【《某伸缩式管道机器人运动机构总体方案分析》1900字】

某伸缩式管道机器人运动机构总体方案分析目录TOC\o"1-3"\h\u30185某伸缩式管道机器人运动机构总体方案分析 123806（一）机器人方案设计 122517（二）运动方式选用 120573（三）蠕动式管道机器人运动原理 3管道机器人的机械结构设计是其进行作业的基本物理条件，合理的机械结构设计会给控制系统的设计减轻负担。因为这一类机器人，它本身的机构设置就极具复杂性，出于能够快速并准确的建立其模型，修改与计算更为便捷的目的，本文在研究中选择通过参数化设计软件SolidWorks来完成伸缩式管道机器人本体结构几何模型的建立。（一）机器人方案设计在满足本文研究所需要的技术水平，并考虑到通信以及能源能否顺利提供的情况下，管道机器人系统的总体设计方案选择了有缆式机器人的设计方案。通讯方面主要是通过无线电来完成，能源的提供方面，主要由内置电池来解决，如何对机器人的运动、管道作业控制、通讯等通过无线实现，并由后续相关仪器设备进行相应的处理。按照该方案，管道机器人系统主要由运动机构、变径机构、信号采集设备、机器人电控装置、收放线装置等组成，本次主要对其运动机构进行研究。（二）运动方式选用当下的运动方式有：蠕动移动式，履带移动式、滚轮移动式、足腿移动式等。（1）蠕动移动式。这一行走方式的设计灵感主要是来源于蛆、蚯蚓等动物的移动方式，蠕动的实现主要通过两种方式，一种是形状记忆合金的应用，另一类是通过空气压力。（2）履带移动式。按坦克等履带式车行走方式分类，履带式移动机器人常见的有两足和三足式，三足行走的牵引力比两足的强，但通过性差。（3）滚轮移动式。这种机器人的行走机构和汽车的行走原理相同，动力采用电力驱动，一般轮径较小，并且其越障能力和牵引能力也有限。（4）足腿移动式。这一行走方式的设计灵感主要是来源于人或者其它肢体动物，主要是通过足腿压着管壁支撑主体，然后多腿行走来实现的，这种行走方式的优势在于，灵便程度高，适用于多种类型的管道，但其不足是比较难以控制。（5）活塞移动式。这是一种无动力移动机械系统，其运动原理和汽车发动机活塞在气缸内的运动原理相似，可以把管道看作气缸，把活塞移动式管道机器人设备看成活塞，当其在管道内部时，活塞式管道机器人将管道分成两部分，管道内液体会在机器人两端形成一定的压力差，推动其前进，可根据需要可以给移动装置加上各种传感器。针对管道内狭小不易操作，活动空间不足，机器人易损坏等特点管道环境和机器人的作业要求，机器人在管内的运动方式应满足以下条件：（1）机构简单，可靠性高，经济成本低；（2）作业效率高，在管道内可以长距离行走；（3）操作简单，运动机构耐用蠕动式管道机器人可以很好地满足上述条件，因此本次设计采用蠕动式管道机器人的运动机构设计。蠕动式管道机器人又分为伸缩移动式和拟态移动式，管道内直径有限，因此本次课题采用蠕动伸缩式管道机器人。（三）蠕动式管道机器人运动原理蠕动伸缩式管道机器人的运动原理如下：图1管道机器人运动周期简图图中从状态1到状态3为伸缩式管内机器人的一个运动周期，状态1通过伸缩机构的收缩运动转化为状态2，在此过程中支撑机构2与管壁保持接触且静止不动，支撑机构1与管壁脱离接触，沿管道向右运动；状态2到状态3为伸缩机构的伸长过程，支撑机构1与管壁保持接触且静止，支撑机构2与管壁脱离向右动，完成一个运动周期，形成有效行程Δs。伸缩机构的组成电机系统、气压系统、液压系统、电磁铁或SMA变形材料组件等。电机系统由电机、减速器与丝杠螺母组成输出直线运动；气压或液压系统直接输出直线运动，两端分别与前后支撑机构连接；电磁铁与复位弹簧相配合同样可实现伸缩运动。伸缩式管内机器人支撑腿无需一直与管壁保持接触，具有较好的管径变化适应性。我们采用的是电机系统进行操控，电机系统控制较为简单，使用难度系数也较低，可以更好的适应任务。由运动原理可知，在机器人运动的过程中，运动机构可以分为两个部分：支撑机构和伸缩机构。这两个机构也是运动机构设计的重点。固定机构的设计：固定机构的设计采用凸轮自锁的方式，根据管道的尺寸，凸轮的半径可以实现凸轮的单向运动，过凸轮的曲线变化,凸轮锁住管壁产生大摩擦力使得机构不能反向运动,达到单向运动的目的。与传动机构相配合实现机器人在管道实现蠕动伸缩前进。伸缩机构的设计：伸缩机构其工作原理是,电机的正反转力矩通过减速器传递给滚珠丝杠,滚珠丝杠转动,丝杠螺母带动推杆沿滚珠丝杠轴线左右滑动,实现了伸缩机构“伸缩”的动作。内层套筒上开有槽安装位移传感器,丝杠螺母上安装有两片滑片,滑片与传感器保持滑动接触。传感器产生位置传感信号(电压信号),用