差動式自適應(yīng)管道機器人的設(shè)計與研究.pdf

1、當(dāng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)用領(lǐng)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(shè)計環(huán)境適應(yīng)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(shè)計了一

2、種采用單電機進行驅(qū)動并具有自主差動特性和自適應(yīng)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(gòu)，使機器人在彎管中行進時，可以經(jīng)由差動機構(gòu)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(gòu)相配合，組合成可變徑的機械結(jié)構(gòu)，當(dāng)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(gòu)來適應(yīng)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

3、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(gòu)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(gòu)的分析，理論推導(dǎo)管道機器人變徑機構(gòu)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(xué)關(guān)系。構(gòu)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(yīng)關(guān)系。分析各個差動輪系輸出軸之間的力矩關(guān)系與轉(zhuǎn)速關(guān)系，進而說明差動式自適應(yīng)管道機