折叠轮腿式管道机器人结构设计与仿真分析.pdf

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1、．电气与自动化·周志鹏，等·折叠轮腿式管道机器人结构设计与仿真分析折叠轮腿式管道机器人结构设计与仿真分析周志鹏，代小林，张彬彬，姚善建，文礼强(电子科技大学，四川成都611731)摘要：针对现有轮腿式管道机器人存在的管径适应能力与运动平稳性之间的矛盾，提出了将折叠式平行四边形机构引入到机器人的轮腿结构中，在保证运动平稳性的前提下，扩大了机器人适应的管径范围。同时．对该机器人的越障能力和变径能力以及弯管内通过性进行了分析计算，并进行了三维建模与运动仿真分析，验证了本设计的合理性与可行性。该机器人具有适应能力强、过

2、弯灵活、攀爬能力强、驱动效率高等特点。关键词：管道机器人：运动平稳性；折叠式机构；仿真分析中图分类号：TP242：TP391．9文献标志码：B文章编号：1671—5276(2014)05．0158—04StructureDesignandSimulationAnalysisofSelf-adaptivePipe-RobotZH0UZhi．peng，DAIXiao—lin。ZHANGBin-bin，YAOShan-jian，WENli·qiang(UniversityofElectronicScienceandT

3、echnologyofChina，Chengdu611731，China)Abstract：Thecontradictionbetweentheadaptabiltytopipediametersandmotionstabilityexistsinthecurrentwheel—legpipe-robots．Tosolvethisproblem，itwheel-legunitisequippedwiththefoldedparallelogrammechanismtomakethepipe·robothaves

4、trongeradaptabiltytopipediametersandensurethemotionstabilityperfeclty．Meanwhile，theabilityofsurmountingobstacles，theadaptabil-ityofrangingdiametersandthetraveling-capabilityinelbowareanalysedandcalculated．Thenkinematicalsimulationandanalysisaremadeonthe3-Dmo

5、delofthepipe·robot，andtherationalityandfeasibilityofthisdesignareverified．Thispipe。robotischaracter-isticofstrongself—adaptability，perfectflexibilityofturning，strongclimbingabilityandhighdriveeficiency．Keywords：pipe·robot；motionstability；flodedmechanism；simu

6、lationanalysis定性的前提下，进一步提高机器人的管径适应能力，本文0引言提出了在机器人轮腿结构中引入一种折叠式双平行四边形机构．并对其自适应原理和相关性能参数进行了分析计随着社会和经济的发展管道输送因其便捷性、经济算。还对其合理性与可行性进行了验证。性在日常生活中占据重要地位，各种地下管道、空中管道以及建筑物内的通风、制冷、燃气管道等应用越来越广泛。1管道自适应机器人设计保障这些管道系统的安全性和有效性也就至关重要。但随着使用年限的增加，管道不可避免的出现老化、腐蚀、裂在轮式系列管道机器人中，攀爬能

7、力较强的为顶壁式缝．或因一些外界因素的破坏。如不及时处理会造成财产管道机器人．其张紧方式主要有机械自适应性张紧和反馈损失以及环境污染。因此，定期对管道进行探查和维修是式电机驱动张紧两种。其中，机械自适应性张紧机构主要非常必要的然而，管道所处环境往往是人力所限或人手是依靠弹簧张力来使轮和管壁相互作用产生张紧力，其结所不及的，检修难度大l1]，所以管道机器人便成为了一种构简单，控制方便，但为了保证足够的张紧力，其可适应的有效的检测工具。管径范围有限：反馈式电机驱动张紧方式主要是依靠电机国内外均对管道机器人开展了相关

8、研究，日本驱动丝杆旋转带动变径机构同时缩小或扩张，并通过压力HIROSE等l2开发的Thes系列轮式管道机器人．韩国传感器返回的信号调整丝杆螺母的位移量，以适应不同管CHOI等3]研制的多关节管道机器人，国内有哈尔滨工业径的管道并提供一定的张紧力．这种自适应模式稳定性较大学邓宗全等_4]研制的六轮驱动式管道机器人。高．但在扩大可适应的管径范围的同时，其轴向尺寸也相目前所研制的管道机器人