新型蠕动式管道机器人设计

为提高管道机器人的自适应能力,运用自锁原理设计试制了一种新型蠕动式管道机器人.该机器人行进过程中,不需对管壁施加额外压力,就能适应水平、竖直、弯曲管道,并且对不同管径、不同截面的管道有一定的适应性.机器人的基本结构采用了伸缩式伞架机构,根据设计要求推导出其伸缩机构的受力情况和支撑机构与管壁的自锁原理;完成了支撑结构、联接机构的设计;建立了丝杆推力与平行四边形推动力的关系;并利用提出的设计方法制作了样机,并完成了样机试验.结果表明,该机器人牵引力大,自锁性能好,能够在内径为90~150 mm的管道中行进,并能够顺利通过弯道.研究结果可为管道机器人的设计提供参考.     

电磁驱动的小型管道机器人研究

给出了一种新型的，可在直径约为30mm管内行走的小型电磁驱动机器人，通过选用适当的电磁铁结构及一定的机器人尺寸、结构参数、提高了机器人的运动速度及牵引力。     

螺旋驱动式管内机器人越障性能优化设计

受当前管道连接工艺限制,各类管道连接处易形成环形凸台或环形凹槽障碍,因此管内机器人需具备一定的越障能力.相比地面机器人越障,管道内部封闭且受限的空间环境使机器人越障机理更为复杂.针对一类螺旋驱动式管内机器人,为了定量分析其越障运动并获得约束下最优越障性能,分别构建机器人在环形凸台和环形凹槽障碍环境的准静态越障模型,包含螺旋轮越障和从动轮越障两种状态.以机器人牵引能力、驱动电机转矩等为约束条件,构建机器人综合越障性能数学模型,基于指数惯性权重改进粒子群算法优化求解最优越障性能下的决策参数向量.将所提综合越障性能优化方法应用于螺旋轮角差动式管内机器人的设计中.试验结果表明:该机器人能够顺利通过PVC管道内2mm环形凹槽障碍和不锈钢管道内2mm环形凸台障碍,验证了所提方法的有效性.     

管道机器人驱动与控制检测系统设计

管道机器人可应用于管道内穿缆、检测等工作,属于特种作业机器人,在国内尚无相关产品投入使用,而国外产品的检测设备、技术价格又相当昂贵。由于国内经济建设的需要,设计一种实用而又廉价的检测机器人显得尤重要。检测技术采用流体运动的推动叶轮转动,根据叶轮带动的电机的电压确定流体速度,进而确定管道流量;并且管道机器人受到能源供给的限制,采用流体运动的推动叶轮转动,从而产生电能,供给机器人自用。     

微管道机器人的脉冲驱动电源

有缆驱动微管道机器人行走时摩擦力大,影响行走效果。利用互补脉冲使螺线管产生交变磁场原理,设计了无电缆驱动电源装置。实验表明,该电源输出的互补脉冲具有较强的驱动能力,螺线管磁场引导机器人可在弯形管道和长距离管道模型中稳定行走,消除了电缆摩擦力对机器人的影响。该电源装置扩展了机器人行走范围。     

螺旋驱动血管机器人外结构参数优化

为了改善螺旋驱动血管机器人运动性能,对其外结构参数进行数值优化.对不同螺旋参数(螺旋线数、螺旋升角、螺宽与螺距之比)的血管机器人外流场进行数值模拟比较分析,得到优化后的外形参数分别为:螺旋线数6,外径8mm,轴向长度15mm,螺宽1.13mm,螺高0.8mm,螺升角45°.计算结果表明,优化后的血管机器人结构的轴向推动力增加了4.69倍,而液体阻力矩仅增加了0.18倍.     

基于CATIA的管道清洁机器人设计与研究

针对管道内径为200mm-250mm的管道清洁机器人设计,提出了基于螺旋推进原理的管道机器人的设计方案,运用三维建模软件CATIA进行实体建模,并对自适应管道机器人的机械结构进行了设计与研究。同时,通过CATIA,Analysis对管道机器人关节薄弱处进行校核优化,用以提高机器人运行的可靠性及较好的完成工作目标。     

三轴差动式管道机器人机械自适应驱动特性离线分析系统的研制

为了定量评价三轴差动式管道机器人的机械自适应特性,开发了一套离线分析系统.该系统能够实时采集并记录驱动单元的三组驱动轮及校验轮的速度、机器人负载、驱动电机的电流与电压等数据,计算出机器人的驱动效率、自适应精度、差速特性等评价指标.     

管道机器人弯管运动转体原因分析

为避免管道机器人弯管内运行时发生转体现象而影响管内任务的执行,对机器人转体的原因进行了深入研究.以建立的管道机器人弯管运行的位姿模型为基础,对机器人的受力状况进行了分析,建立了机器人过弯时的转体力矩模型.通过对转体力矩的分析,揭示了管道机器人弯管运行时发生转体的根本原因,并指出了管道机器人弯管运行的最佳姿态角.理论计算表明:当机器人以最佳姿态角运行时,机器人转体力矩几乎为0,不发生转体; 当机器人以其他姿态角运行时,将出现一个不为0的转体力矩,该力矩使机器人向平衡姿态角方向转体,直至机器人姿态稳定为止.在实际应用时,使机器人在平衡姿态角运行为最佳.仿真结果与理论计算基本一致,该研究为人弯管内的姿态稳定运行提供了一定的理论依据.