仿生型自激驅(qū)動的微型管道機器人.pdf

1、本文針對能進入22±1mm寬度管道內(nèi)部作業(yè)的微型管道機器人系統(tǒng)，開發(fā)了高效率、低功耗的仿生自激驅(qū)動的微型管道機器人，并進行了建模、設計、自激驅(qū)動控制的理論和實驗研究。 首先，概括了管道機器人驅(qū)動技術的應用前景、發(fā)展趨勢和研究現(xiàn)狀，評述了管道機器人各種驅(qū)動方式的性能特點。 其次，受足類動物自穩(wěn)定性運動的神經(jīng)驅(qū)動控制機理啟發(fā)，提出了在共振頻率附近自激振動的驅(qū)動方式，以實現(xiàn)效率高、功耗小的設計要求。根據(jù)自激振動的反饋特性，判定

2、了管道機器人為自激振動。自激驅(qū)動的研究為揭示蠕動的本質(zhì)和復原蠕動提供了依據(jù)。 第三，運用磁路的等效電路原理，進行了直動式電磁螺線管有分支的恒定磁場磁路分析。應用ANSYS對電磁螺線管進行磁路分析和優(yōu)化，完整地分析了電磁螺線管的電磁吸力特性、工作特性、發(fā)熱和電流密度等靜態(tài)特性。這對設計和優(yōu)化電磁螺線管有著重要的意義，分析和優(yōu)化過程可推廣應用到各種電磁驅(qū)動器的設計和分析中去。 第四，結(jié)合管道機器人自激振動過程，建立了分階段的

3、自激振動動力學模型。運用數(shù)值計算理論對自激振動模型，進行動力學計算機數(shù)值仿真，驗證了管道機器人的自激振動頻率在共振頻率附近。管道機器人能量機制的研究證明了自激振動的穩(wěn)定性。研究為有效可靠地利用白激振動、提高系統(tǒng)效率、減少功耗提供了依據(jù)。 第五，設計了有防顫振、誤動作措施的管道機器人控制系統(tǒng)，構(gòu)成了帶振動量反饋的管道機器人自激振動閉環(huán)系統(tǒng)。實現(xiàn)了管道機器人的前進和后退。最后，設計制作了管道機器人的原理樣機。對樣機實驗表明，管道機器