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。     

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。     

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。     

具有差动运动功能的管道机器人设计与分析

研制一种具有差动运动功能的环境自适应轮式管道机器人——三轴差动式管道机器人,该机器人在通过弯管时可根据管道环境利用三轴差动机构自动调节各驱动轮的转速,从而提高机器人通过弯管时的运动柔顺性.为分析三轴差动式管道机器人的运行状况,通过建立机器人在弯管内运行的精确位姿模型,求得机器人驱动轮轮心以及驱动轮与管壁接触点的位置;以位姿模型为基础对机器人各驱动轮的速度进行分析,得到机器人过弯管时各驱动轮的理论速比关系.对机器人驱动轮与管壁的正压力进行分析,并建立机器人的牵引力模型.搭建管道试验环境进行机器人的差速试验和牵引力试验,测试值与理论分析基本一致,说明三轴差动式管道机器人具有良好的弯管通过性能,适合于在工程管道中应用.     

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.     

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。     

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。     

自适应管道机器人驱动系统设计

通过对自适应管道机器人驱动系统的总体构架进行分析,详细介绍了驱动系统的弹簧预紧变径机构、三轴差速机构、行走驱动机构和辅助支撑机构的设计。使得所设计的管道机器人具备管径自适应特性和自主差速特性,并可根据弯道内部环境自主改变各驱动轮的速比关系,顺利通过弯管和尺寸不规则的管道。     

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。     

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。     

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。     

三轴差动轮系下的管道机器人机械构造设计与探究

针对现有的机器人在遇到弯管或不规则管道时产生运动干涉的状况,提出一种三轴差动轮系下的管道机器人机械构造设计,使管道机器人满足管道内环境的自适应状态。实验分析表明,三轴差动轮系下的管道机器人能够灵活完成弯管运动,稳定性好,机械结构严密,具有较强的稳定性。     

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。     

三轴差速器及其在管道机器人驱动系统中的应用研究

根据轮式管道机器人过弯管的具体要求，提出了一种新型三轴差速器。推导了三轴差速器的运动关系方程，经验证核差速器可以完成过弯管机器人的三轮差动任务，还可以应用在其它具有多轴差要求的传动系统中。     

具有转向能力的管内机器人的研究及发展

随着管道结构的复杂化,管内机器人的转向能力受到越来越多的重视,已成为评价管内机器人运动性能的指标之一.通过阐述管内机器人的转向能力,介绍了在管内中的转向方式-铰链式、差动驱动式和蠕动式,详细分析了当前国内外几种典型的具有转向能力的管内机器人的结构特点及转向特性.进一步总结出影响转向能力的关键技术,并对其发展趋势作了展望.     

基于ARM的新型管道机器人性能测试控制系统的研制

本文针对机械自适应三轴差速管道机器人样机性能测试要求,设计了其性能测试控制系统,该系统采用高性能的ARM处理器,实现了机械多轴码盘同步计数、多路模拟量同步采样、实时数据记录及与上位机通讯数据处理功能,满足了整体的可靠性、精确性、实时性、稳定性等各方面的要求.     

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。     

基于ADAMS的管道检测机器人动力学分析及仿真

针对管道检测机器人结构和运动特点,以及机器人在管道中行走方式选择,以管道检测机器人在管道中力和力矩动态平衡为理论基础,提出了一种求解四驱管道机器人的动力学理论算法,此动力学理论方法可以很好的解决管道检测机器人在运动过程中力平衡计算问题,基于ADAMS仿真软件建立了机器人虚拟样机模型,通过添加约束、设置驱动参数,建立相应的虚拟仿真环境,对管道检测机器人驱动轮的速度、加速度和驱动力矩曲线进行测量、分析和评估,验证理论计算的合理性,为管道检测机器人运动控制系统的拟定提供了重要的理论依据。     

重载搬运机器人的动力学仿真及控制系统设计

关节型重载搬运机器人各运动关节动态性能和能量耗散水平直接影响机器人以及运动规划的可达性。以ABB公司生产的IRB460型重载搬运机器人为研究对象,针对其机械本体结构特性,建立重载搬运机器人三维模型。若仅考虑回转轴、大臂和小臂组成的三个自由度,重载搬运机器人系统模型可简化成空间三关节机器人系统模型;依据拉格朗日力学方程建立重载搬运机器人系统动力学模型,利用机械臂逆运动学和五次多项式插值算法完成对多关节机械臂空间轨迹规划。通过动力学仿真分析可知,重载搬运机器人各运动关节的动态性能变化稳定且能量耗散较小,且能够沿着预定轨迹完成PTP模式的运动控制。最后,搭建控制系统仿真实验平台,提出一种重载搬运机器人控制系统模型,实验结果表明,所设计的重载搬运机器人控制系统能够准确、稳定的控制各运动关节运动,验证了各运动关节驱动电动机功率参数选择的合理性,为实际的工业生产应用奠定了理论基础。     

移动操作机器人运动学及作业灵巧度分析

首先,将UR5机械臂搭载在差速驱动式移动平台上,组成移动操作机器人系统,同时,建立移动平台三维模型,对关键零部件进行有限元分析;其次,建立移动操作机器人系统差速驱动模型和UR5机械臂正逆运动学模型,并得到移动操作机器人在速度层整体运动学模型;最后,利用蒙特卡洛法分析机械臂工作空间,对其作业灵巧度指标进行评估。