管道清淤機(jī)器人的研制及其位姿糾偏特性研究.pdf

1、城市排水管道網(wǎng)絡(luò)中存在大量的直徑小于1米的支線管道，同時(shí)管道內(nèi)作業(yè)環(huán)境極其不利，除了骯臟之外，還有很多沼氣，易燃、易爆、易中毒，不利于開展人工清理作業(yè)。因此利用機(jī)器人代替工人清理管道是必然趨勢。但是入井尺寸限制、易燃易爆限制都增加了清淤機(jī)器人的研發(fā)難度。
　　本文研制了具有淤泥破碎、淤泥泵送、位姿糾偏等功能的全氣動(dòng)控制的管道機(jī)器人。采用氣壓傳動(dòng)控制，所有氣缸均由氣控閥控制，消除了爆炸的危險(xiǎn)。利用前、后盤上的氣缸以及中部的伸縮缸，按

2、照一定的運(yùn)動(dòng)邏輯實(shí)現(xiàn)機(jī)器人前進(jìn)、后退的功能。工作人員只需在地面上操控管道清淤機(jī)器人的壓縮氣開關(guān)，即可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的各項(xiàng)功能，主要完成了以下工作:
　　設(shè)計(jì)了全氣動(dòng)邏輯控制行走管道清淤機(jī)器人。其主要是由行走機(jī)構(gòu)、清淤系統(tǒng)以及位姿自動(dòng)糾偏系統(tǒng)構(gòu)成。在行走機(jī)構(gòu)中，前后兩個(gè)安裝盤上各自帶有撐壁機(jī)構(gòu)和波動(dòng)輪，四個(gè)伸縮缸缸位于兩安裝板之間。整個(gè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)是靠前后板的撐壁缸組與兩板間的伸縮缸組相互配合完成的。當(dāng)機(jī)器人前進(jìn)時(shí):后板撐壁缸組伸出、前

3、板撐壁缸組縮回同時(shí)兩板間伸縮缸組伸出，當(dāng)伸縮缸組觸碰到上行程開關(guān)，前板撐壁缸組伸出，后板撐壁缸組縮回同時(shí)兩板間伸縮缸組縮回，如此往復(fù)完成了整個(gè)機(jī)身的行進(jìn)。
　　設(shè)計(jì)了機(jī)器人的清淤系統(tǒng)。其主要是由三個(gè)部分構(gòu)成，分別是淤泥導(dǎo)入機(jī)構(gòu)、清淤缸和淤泥導(dǎo)出機(jī)構(gòu)。導(dǎo)入機(jī)構(gòu)主要負(fù)責(zé)破碎淤泥，并將淤泥引導(dǎo)到清淤缸;清淤缸主要負(fù)責(zé)壓縮并泵送淤泥;導(dǎo)出機(jī)構(gòu)主要負(fù)責(zé)讓經(jīng)過清淤泵的淤泥能夠順利地從管道清淤機(jī)器人的尾部輸送到地面的淤泥收集車中。值得注意的是當(dāng)

4、管道清淤機(jī)器人在行進(jìn)時(shí)，清淤系統(tǒng)也在同時(shí)進(jìn)行工作，將收集的污物通過清淤缸泵送到地面。
　　此外，還研制了管道機(jī)器人的位姿自動(dòng)糾偏系統(tǒng)。其主要是由兩個(gè)微型氣動(dòng)馬達(dá)、兩個(gè)旋向相反的螺旋葉片、頂桿式調(diào)壓閥等構(gòu)成。當(dāng)機(jī)器人機(jī)身發(fā)生偏轉(zhuǎn)時(shí)，糾偏支架與一側(cè)的調(diào)壓閥的頂桿接觸，該側(cè)氣動(dòng)馬達(dá)進(jìn)口氣壓增大，該側(cè)的螺旋葉片輸出扭力增大，淤泥的反作用力增大，使得搖擺桿對(duì)調(diào)壓閥的擠壓變大，而調(diào)壓閥與機(jī)器人整體固定連接，換言之，淤泥的反作用力使得機(jī)器人整體