三轴差动式管道机器人驱动单元弯管通过性研究

为了描述三轴差动式管道机器人驱动单元的弯管通过性,建立了驱动单元在弯管处的运动方程与平衡方程,分析了其在弯管处的差速特性与力学特性。理论分析表明,三轴差动式管道机器人驱动单元在弯管处自主差速,无寄生功率产生,驱动轮能够提供足够的拖动力,具有良好的机械自适应特性。建立的驱动单元运动方程与平衡方程为三轴差动式管道机器人的机械自适应理论奠定了基础。     

一种管道机器人的自适应主动螺旋式驱动机理分析

对变径管道的机器人爬行工况进行分析,提出了一种由液压驱动的主动螺旋式自适应爬行结构。该驱动系统分别实现了驱动轮及其螺旋转角的三轴差速运动,并通过限流系统限制了驱动轮打滑和空转时的功率输出,使系统保持稳定的驱动力。提出了以系统内部压力感知机构运动的负载变化,并通过控制各驱动轮转角来调节整体负载能力的机理,实现了由传统驱动到螺旋式驱动的相互转化。最后通过虚拟样机技术对提出的负载调节和差速运动过程进行了数值模拟。     

机械自适应型管道机器人驱动单元的设计

提出了一种新型差动式管道机器人——机械自适应型管道机器人,其驱动单元是由三轴差速式驱动模块与弹性全主动轮腿式管径适应模块组成。三轴差速式驱动模块可根据管道拓扑约束自动调节驱动单元各行走轮转速,避免了因行走轮滑移产生的寄生功率;弹性全主动轮腿式管径适应模块通过径向的伸缩来适应管径的变化,其全主动结构保证了行走轮在悬空状态下仍可提供足够的拖动力。文中提出的机械自适应型管道机器人驱动单元管道适应能力强,其新颖的结构组成与驱动原理丰富了管道机器人的自适应驱动理论。     

基于键合图理论的三轴差速机构的差动特性

为解决轮式管道机器人通过弯管时产生的运动干涉及传动部件的磨损等问题,将三轴差速机构应用于轮式管道机器人中,三轴差速机构可根据管道对各驱动轮所产生的力矩之间的关系调节其输出转速,实现机器人在弯管中的自主差动运行.将键合图理论应用到三轴差速机构差动特性的分析中,利用绝对速度法建立三轴差速机构的增广键合图模型,并根据一定的规则推导相应的状态方程.针对三轴差速机构三个输出轴的输出不等效现象,由状态方程得出三个输出轴传动路线等效的条件,并进行相应的等效处理.根据建立的状态方程,对三轴差速机构进行不同工况下的仿真计算,计算结果表明三轴差速机构可以根据外作用力的大小关系进行差动输出.     

差动式自适应管道机器人的设计与运动分析研究

针对管道机器人过弯时驱动轮与管壁间的相对滑动问题以及机体对管径尺寸的适应问题,设计了采用单电机进行驱动并具有自主差动特性和自适应变径特性的管道机器人。分析了机体差动机构的传动特性,从理论上推导了管道机器人变径机构工作状态时的受力方程,得到了机器人运行时驱动轮与管壁之间的力学关系式。构建了机器人在管内的运动位姿模型,并研究了机器人在不同位姿条件下的模型中各个变量之间的对应关系。分别建立了管道机器人在弯管和变径管中运行的虚拟样机模型,最后通过仿真实验对管道机器人的自主差动特性和自适应变径特性进行了验证。研究结果表明,管道机器人可以无干涉地通过弯管,在变径管中运行时也能有效地实现自主变径,并展现出了良好的驱动性能。     

电动轮驱动汽车差速性能试验研究

对电动轮驱动汽车的差速问题进行了深入分析,提出对驱动电机采用转矩指令控制、转速随动的方法实现电动轮系统的自适应差速。开发了电动轮驱动试验车。进行了转向行驶、路面不平及车轮半径不等等工况的道路试验。试验结果表明,电动轮汽车在各种行驶路面及行驶工况下都能保持良好的差速性能,具有自适应差速特性。     

一种差速驱动机器人路径控制方法

文章介绍了目前移动机器人中广泛采用的差速驱动方式的结构和原理,并对其运动学进行了分析,设计了基于8051F的差速驱动机器人控制系统,使其具有位姿检测、直线运动、圆弧运动、障碍物检测等功能。系统通过控制机器人的线速度和姿态角的变化率,实现机器人以直线和圆弧的方式从任意位姿到达另一位姿。     

三轴差速式管道机器人越障能力分析

为提高三轴差速式管道机器人在恶劣管道工作环境中的生存能力,提出了一种提高且能计算出管道机器人越障能力的方法。根据轮式管道机器人通过性的具体要求,依据三轴差速理论,建立了越障条件下的管道机器人力学模型,并得到了其约束条件,通过采用全局寻优算法得出了其主要参数最优解,进而得到了管道机器人所能克服的台阶最大高度数值,即越障能力;通过力学分析,得出了三组支撑杆组越障能力相同,即其越障能力具有同一性和对称性。研究结果表明,该方法验证了三轴差速理论的正确性,通过该方法优化后的管道机器人结构参数为以后管道机器人的设计提供了有效的技术数据。     

新型管道除锈机行走部弯管通过性的研究

为了描述管道除锈机驱动单元的弯管通过性,建立了管道除锈机在弯管处的运动方程与平衡方程,分析了其差速特性与力学特性,得到了驱动单元能够根据环境拓扑约束自主差速,驱动轮能够提供足够的拖动力,具有良好的机械自适应特性。并且驱动单元在通过弯管的各个阶段,各行走轮运动协调,无寄生功率产生,驱动效率高。     

履带式管道巡检修复机器人弯管通过性研究

管道在能源的运输方面具有重要的作用,其安全、合理、稳定的运行具有重要的意义。以DN250～350 mm的油气管道为主要应用场景,设计了一种以丝杆螺母变径机构达到自适应目的的履带式管道巡检修复机器人。该履带式管道巡检修复机器人分为驱动单元、检测单元、连接单元和隔离修复单元。通过几何分析研究管道几何约束对弯管通过性的影响可知,当该机器人组成单元的长度小于452.88 mm时,从几何约束角度分析可以通过弯管;运用坐标转化法对机器人运行过程进行了运动状态分析,研究该管道机器人的运动特性,得到该机器人的速度方程。由分析可知,履带式机器人采用3履带差速特性的方式通过弯管时运动更加平稳。采用仿真分析的方式,验证了其对弯曲管道形态的通过性。该研究可为油气管道的稳定巡检、应急安防与处理处置提供参考。     

双轮毂驱动电动汽车电子差速控制的研究

针对轮毂电机驱动的电动汽车的转向问题,利用机械差速器的原理,提出了一种"差速不差力"的"自适应"电子差速器。通过对两侧驱动电机电磁转矩的控制,进而达到对驱动电机差速的控制。设计了电子差速的控制过程,并进行了MATLAB仿真,证明了此设计的可行性。     

基于弱磁控制的工程机械自适应电子差速控制

传统轮式工程机械使用机械差速器来完成差速,而轮边电力驱动系统的差速功能主要通过电子差速控制技术来实现。分析了常用的电子差速控制策略,提出了基于弱磁控制算法的自适应电子差速技术,搭建了轮边电力驱动装载机模型,并对转弯工况和不同滚动半径直行工况进行了仿真研究,进行了轮边电力驱动装载机的空载转向和重载转向试验。研究表明,采用弱磁控制算法的左右电动轮能够自适应差速,实现平稳转向。     

螺旋驱动管内机器人自适应运动机理与机构设计

为了提高螺旋驱动式管内机器人在直管道和不同曲率半径弯管道中的环境适应能力,对自适应运动机理这一问题展开研究。考虑管道环境特点,在机器人运动学和力学建模的基础上,分别提出直行运动机理、转向运动机理和负载能力调节机理。调节螺旋轮倾角能够使螺旋驱动式管内机器人具有环境自适应性,并能够避免运动干涉和滚轮打滑的问题。基于自适应运动机理,提出一种基于自适应联动机构的螺旋驱动式管内机器人。自适应联动机构通过偏心臂反馈环境信息,并利用差动原理改变螺旋轮倾角。动力学仿真结果表明:该机器人能够机械自适应地通过直管和不同曲率半径的弯管,同时能够通过自适应联动机构调节负载能力。     

三轴差动式管道机器人机械自适应驱动技术

为解决管道内轮式移动机器人通过弯管时的运动干涉问题,减小因滑动摩擦而引起的磨损,提高该类机器人的使用寿命,提出一种具有管道自适应能力的轮式管道机器人驱动技术——三轴差动驱动技术。通过对三轴差动式管道机器人过弯管时内部传动系统的运动关系和力矩传递关系的理论分析及内部功率流向的深入研究,建立三轴差速轮系的力矩传递关系的数学模型,推导传递效率的理论计算公式,并证明该驱动技术驱动效率高,功率体积比大。     

具有自适应能力管道机器人的设计与运动分析

提出并研制一种基于自适应移动机构的管内探查机器人.通过对机器人传动机构的设计,实现了在不增加驱动电动机数量的前提下,机器人具有适应不同管道直径的能力.机器人的传动机构能够在管道直径改变时,自动地改变行走部件的输出形式以克服障碍,完成越障任务.在没有应用链式多节构型的情况下,机器人配备一个驱动电动机就能够完成越障任务,改善了传统螺旋驱动式机器人越障能力不高的问题,同时也提高了对驱动电动机的使用效率.为了分析试验中发现的机器人保持架自转现象,对机器人进行运动分析,并由分析结果对相关部分进行改进.试验结果表明,该机器人能够在内径为190 mm和180 mm的管道中行进,并能够顺利通过两节管道间形成的同心台阶障碍,验证了自适应移动机构的行走能力.     

卡特R型履带车辆差速转向机构之运动与力矩分析

主要目的是针对卡特R型履带车辆差速转向机构的运动与力矩特性进行系统化的分析,以做为履带车辆差速转向机构的设计参考。首先,以图论为基础,定义运动图表示卡特R型履带车辆差速转向机构的运动构造;然后,根据基本回路理论,由运动图推导其系统运动方程式,并由所得的系统运动方程式分析差速转向机构的运动特性;接着,根据力平衡原理、能量守恒原理及基本回路理论,由运动图推导差速转向机构的系统作用力矩方程式,发展履带车辆差速转向机构的力矩分析方法;最后,讨论了履带车辆差速转向机构传动比与力矩关系。本文所得的结果可做为相关产业设计履带车辆差速转向机构之参考。     

差动式自适应管道机器人的驱动特性研究

为解决管道机器人过弯时驱动轮与管壁间的相对滑动问题以及机体对管径尺寸的适应问题,设计了采用一个电机进行驱动并具备差动能力和自适应变径能力的管道机器人。分析了机体差动机构的传动特性,理论推导了管道机器人变径机构工作状态时的受力方程,得到了机器人运行时驱动轮与管壁之间的力学关系式。构建了机体管内运动模型,并分析了机体在不同位姿条件下,模型中各轮的运动参数变化情况。建立机器人在组合管中运动的虚拟样机模型,通过仿真实验对机体的差动特性进行了验证,结果表明机器人可以无干涉过弯,并展现出了良好的驱动性能。     

转动导杆—齿轮机构驱动叶片差速泵

转动导杆机构具有把曲柄的匀速转动转换为导杆的非匀速转动的特性。利用这一特性,把两个转动导杆机构和齿轮机构组合形成了叶片差速泵的驱动系统。该驱动系统使同轴安装于泵壳内的两个叶轮周期性不等速转动,从而使两个叶轮的相邻叶片周期性张合,来实现密闭容积变化进而完成吸排液过程。转动导杆机构曲柄和导杆的回转中心距与曲柄长度的比值是影响泵的性能的一个关键参数。该值越大,泵的排量也越大,但是,随着此值增大,泵的流量脉动和驱动轴上的工作阻力矩波动也在加剧,使泵的工作性能降低。在实际设计中此值取0.3- 0．5比较适宜。     

仿尺蠖式气压驱动管道清洁机器人的设计

设计了一种用于管道清洁的气压驱动机器人,机器人由清洁作业单元、纵向驱动单元、横向支撑单元和气压系统四部分组成。清洁作业单元利用气压马达驱动合金刀头旋转,清洁管道内壁;纵向驱动单元由两套相同的驱动模块构成,两套相同的驱动模块通过万向虎克铰连接,带动整个机器人沿管道内壁运动;横向支撑单元通过滑轮与管道内壁接触,为清洁作业单元和纵向驱动单元提供支撑力;气压系统为整个机器人的工作提供动力源和控制信号。提出了机器人的仿尺蠖式运动方式,整套机器人机构简单、设计可靠,可以实现远距离、复杂工况的管道内壁的清洁工作。     

差速转向复合式探测机器人运动学分析

为便于探测机器人的导航和跟踪控制,提出了差速转向的复合式移动机器人运动学模型的构建及求解方法。通过对差速转向复合式移动系统结构及运动特性进行分析,推导了探测机器人车体速度与后轮及承重轮速度之间的关系矩阵,提出采用Householder变换求解车体运动的方法,为探测机器人越障过程中位置和方位的估计提供了较准确的求解模型。最后对差速转向复合式机器人的行进过程进行仿真试验,验证了运动学模型的正确性及机器人的运动特性。