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。     

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.     

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。     

管道机器人差速转向控制研究

研究双无刷直流电机管道巡检机器人在不同工况下的转向姿态,优化机器人转向的控制方法。为分析管道机器人的运行状况,建立机器人在弯管内运行的精确位姿模型,并求得机器人驱动轮轮心以及前后驱动轴心与管内地面触点的位置,以位姿模型为基础对机器人各边驱动轮的速度进行相对性分析,得出管道机器人过弯管时各驱动轮之间的理论速度比。对机器人驱动轮与管内的正压力进行分析,建立机器人在运动中的受力分析,搭建实验平台并完成对管道机器人系统的运动性能测试,对实验结果进行分析,验证管道机器人姿态及转向理论的可实施性以及实用性。     

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。     

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.     

管内轮式移动机器人弯道内驱动控制方法

三轮全主动驱动管道机器人的弯道通过性一直是个难题，由于三轮差动机构尚未实现，机器人的3个主动驱动轮在弯管内将出现干涉而不能行走。为了使机器人可靠、平稳、快速地通过弯管，基于机器人在转弯过程中的阻力负载特性分析的基础上，提出了驱动轮独立协调控制转弯的方案，并对速度协调控制过程进行了仿真实验，结果表明驱动轮独立协调控制方案可有效地解决机器人转弯过程中三轮的差动问题。     

主动变径式管道机器人机构设计与性能分析

研制一种具有主动变径机构的圆形管道机器人。设计具有3组独立控制驱动模块的机器人机构,对机器人进行位姿和力学分析,描述了机器人在典型位姿条件下的力学特性。制作机器人实验样机,使用ADAMS软件对机器人进行运动仿真计算,对机器人在管道內部的姿态适应性和摩擦条件适应性进行实验验证。仿真计算和实验研究结果验证了该机器人机构设计的合理性和较好的管道适应性。     

一种新型管道清洁机器人撑开机构动力学分析及其仿真

建立了管道清洁机器人的三维本体结构模型,针对机器人在变径管、弯管、T型管内运动干涉问题,提出了一种新型撑开机构,建立了撑开机构的机构运动简图;利用牛顿欧拉法建立机器人撑开机构的动力学方程并求解;用ADAMS软件建立了撑开机构动力学仿真模型,并进行了动力学仿真分析。仿真结果表明,机器人撑开机构滑块速度方向改变时,机构各杆件受力达到最大。     

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。     

和谐机构设计——关注机构的协调性

基于欠约束机构和欠驱动机构的运动特性分离出一类特殊机构,这类机构表面上属于欠约束或欠驱动机构,而实际上其运动轨迹已经由该机构中其他约束或驱动形成的运动或边界条件所决定.为了明确其本质区别,定义其为和谐机构,并描述了和谐机构的定义和分类.按照定义及分类,分别给出了几种和谐机构的典型机构及应用效果,并简述了其设计思路.     

滑块机构的分类方法及其运动特性分析

按照尺寸关系对滑块机构进行了全面系统的分类 ,提出了滑块机构的两种类型和摇杆滑块机构的三种类型 ,绘制了分类线图 ,并分析了滑块机构的安装形式、连架杆运动范围、死点位置、滑块行程、最小传动角等特性。     

由一种齿轮连杆机构驱动的槽轮机构

提出用一种齿轮连杆机构来驱动槽轮机构以改善其动力学性能，并引入了转向圆的概念对这一机构进行了运动分析和参数分析．     

可控机构的分类及应用

论述了可控机构是现代机构学的重要分支。对可控机构进行分类研究 ,以可控机构的输出柔性为特征将可控机构分为可调机构、变输入转速机构、混合驱动机构、电子凸轮机构等四大类。对每一类型的可控机构给出定义、应用研究现状分析、对较成熟的可控机构分支给出应用实例     

单动力可转向爬行Schatz机构

基于经典Schatz机构提出一种在单一动力机的驱动下可以在地面上爬行并可控制移动方向的新概念移动机构。首先,根据Schatz机构的结构特性,考虑地面移动的功能需求,提出爬行Schatz机构的设计方案,进行了杆件形状设计和电动机的布置。其次,分析其移动机理。然后,基于动力学仿真软件建立虚拟样机进行仿真试验。继而,根据所发现的移动特性进行移动路径规划,提出对电动机进行转速调控以实现移动方向控制的方法,研究使其实现平面内任意移动的控制策略。最后,设计制作了样机,通过试验摸索出其移动规律,验证了转向控制方法和策略,试验结果证明了理论分析及研究的正确性。     

可调整双曲柄驱动机构的运动设计

基于变输入转速机构及可调整机构的设计理论 ,本文提出可调整双曲柄驱动机构的设计观念 ,从运动学角度导出应用可调整双曲柄机构作为传动机构来控制并改善执行机构运动特性的设计方法 ,并给出以曲柄 -滑块机构作为执行机构的一组设计算例     

一种新型加压机构的设计

以干粉压片机为例,采用一种具有特殊尺寸的双曲柄机构与曲柄滑块机构串联,设计了一种新型加压机构。结果表明,该机构结构简单,制造简便,停歇效果好,可获得很大的动力。     

一种新型内凸轮齿轮组合机构的原理与尺度综合

介绍了内凸轮齿轮组合机构的原理与尺度综合方法。建立了内凸轮平衡圆的概念，给出了凸轮平衡圆半径与各构件长度的关系式以及内凸轮理论廓线方程的显函数表达通式。     

装盒机构的设计

阐述装盒机的主要功能，对全自动装盒机的配套部件－四件摆动式拨盖机构进行结构参数设计，使用证明该机构的运行轨迹符合设计及使用要求，与人工操作相比，具有传动准确，效率高等特点，并能与整个传送系统协调一致。     

铰杆-杠杆串联组合机构分析及其应用

在对长度效应的杠杆增力机构和基于角度效应的铰杆增力机构进行分析分类的基础上,用串联、对称、反向、双向对中输出、双向浮动输出等创新演绎方法,创新设计出了系统性的单边铰杆-杠杆串联组合增力机构和双边铰杆-杠杆串联组合增力机构,形成了该类机构的完整图谱,并对各类型机构进行了力学分析,最后应用到实践中。