基于圆柱凸轮机构的管外爬行机器人机构设计.pdf

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1、机械工程师MECHANICALENGINEER基于圆柱凸轮机构的管外爬行机器人机构设计沈川，何清锋，王淑芬(大连大学，辽宁大连116622)摘要：对直动推杆圆柱凸轮机构在管外爬行机器人机构设计方面的应用进行了有益的探索，通过对直动推杆圆柱凸轮机构的结构、运动特征的分析，阐述了其能够实现爬行运动的可能性，并对机构的组成进行改进以实现管外爬行机器人的机构设计，运动分析表明该设计结果可行。关键词：直动推杆圆柱凸轮机构；管外爬行机器人：运动学分析中图分类号：TP242．3文献标志码：A文章编号：1002—2333(20

2、16)04—0081—03DesignoftheCrawlingRobotoutSideofthePipeBasedontheCylinderCamMechanismSHENChuan，HEQingfeng，WANGShufen(DalianUniversity，Datianl16622，China)Abstract：Thispaperstudiestheapplicationofthestraightpushcammechanisminthecrawlingrobotoutsideofthepipe．Base

3、dontheanalysisofthestructureandthemotionfeatureofthestraightpushcammechanism，thefeasibilityofthecrawlingactionisdiscussed．Onedesignisachievedbasedonthecombinedmechanismwithtwocylindercammechanisms．Thekinematicanalysisprovesthefeasibilityofthedesign．Keywords：

4、cylindercammechanism；crawlingrobotoutsideofthepipe0引言爬行机器人是机器人研究领域的重要研究方向之一，主要针对于机器人在外壁和管道的爬行研究。管道机器人分为内管道爬行机器人和外管道爬行机器人。内管道机器人主要用于执行管道内检测，研究比较成熟【l_q。而管道外检测是一项强度大、危险性高的作业，因此外管道的作业耗费资源大，所以外管道机器人的研究是必要的，但目前较内管道机器人相对薄弱悯。本文根据直动推杆圆柱凸轮机构的往复直线运动特点，配合凸轮动作并结合夹紧机构对推杆进

5、行锁止，以实现机器人的爬行。按照机器人的爬行规律设计了推杆的运动规律和凸轮实际廓线。并对机构进行运动学分析，分析结果表明该设计满足管外爬行机器人机构的运动要求。1直动推杆圆柱凸轮机构图1所示为直动推杆圆柱凸轮机构是在圆柱面上开有曲线凹槽的构件，由于凸轮与推杆的运动不在同一平面内，所以是一种空间凸轮机构。机构通过圆柱凸轮转动，带动滚子沿着凸轮上的凹槽运动，实现推杆的往复直线运动。2直动推杆圆柱凸轮机构实现爬行的可能性与运动机理根据管外爬行机器人的运动要求，机器人机构应能实现前进、暂停、后退动作。本设计利用直动推杆

6、圆柱凸轮机构具有的运动特点，采用双凸轮的形式配合夹紧装>、、r可一哩圈j-·、髓芒(习≤气图【、。、L＼、二，剞、≮圆柱凸轮＼≮圈≮函i’犷、=，副阶段一运动简图圆柱凸轮Ⅱ_1、＼、i蕊掣西—历一’二焉一”夹紧机构阶段二运动简图网址：www．jxgcs．com电邮：hrbengineer@163．com2016年第4期i81L引、二图l

7、排二漪～竺一翮二三∞o二煅厂兰一缎机械工程师MECHANICALENGINEER置来实现机器人的爬行。如图1所示该机构由2个直动推杆圆柱凸轮及夹紧机构组成。直动推杆圆柱凸轮在圆

8、柱凸轮旋转时，推杆能够实现推程、回程、休止3种运动状态。利用2个廓线相反的圆柱凸轮，通过夹紧机构锁定特定运动状态的推杆，机构会相对管道产生运动。装置每个循环可以分为3个运动过程：如图2(a)所示阶段一，推杆I处于推程状态，推杆Ⅱ处于休止状态，此时夹紧机构Ⅱ工作，对推杆Ⅱ进行锁紧，推杆I向右运动一个推程h，机器人相对管道静止不动。如图2(b)所示阶段二，推杆I处于休止状态，推杆Ⅱ处于回程状态，此时由于夹紧机构Ⅱ继续对推杆Ⅱ进行锁紧，凸轮向右运动一个推程h，机器人相对管道向右爬行h。如图2(c)所示阶段三，推杆I处

9、于回程状态，推杆Ⅱ处于推程状态，此时夹紧机构I工作，对推杆I进行锁紧，凸轮向右运动一个推程h，机器人相对管道向右爬行h。机构运动的每个循环中，爬行距离为2^。3机构的设计与分析对机构的运动规律进行设定：凸轮旋向相同，转速为40。／s；推杆的推程、回程、休止状态时间相同均为1s；推杆行程为20mill。根据机构运动规律得到推杆运动规律方程：设凸轮以等角速度∞转动，在推程结束时，凸轮的运动