管內(nèi)步伐式行走機器人畢業(yè)設(shè)計(已修改)
2025-06-20 10:51 本頁面
【正文】 畢業(yè)設(shè)計 1 1 管道機器人的發(fā)展 課題的背景及來源 本課題來源于實際運輸煤氣作業(yè)中所遇到的困難，許多城市煤氣回收萘不徹底，造成在主管道內(nèi)結(jié)萘，管內(nèi)萘堵塞管內(nèi)面積超過 50%以上，嚴重影響煤氣的運輸，以清除管內(nèi)結(jié)萘為目標，著手研制此管內(nèi)步伐式機器人。 管內(nèi)機器人發(fā)展綜述 機器人是人類新世紀的偉大發(fā)明之一，是傳統(tǒng)的機構(gòu)學與近代電子技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是計算機科學、控制論、機構(gòu)學、信息科學和傳感技術(shù)等多學科綜合性高科技產(chǎn)物，它是一種仿人操作、高速運行、重復操作和精度較高的自動化設(shè)備，機器人技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，不但使傳統(tǒng) 的工業(yè)生產(chǎn)和科學研究發(fā)生根本性的變化，而且將對人類的社會生活產(chǎn)生深遠的影響?？茖W技術(shù)是第一生產(chǎn)力，在各國之間綜合國力的競爭，很大程度上取決于高技術(shù)之間的競爭，作為機電一體化的最高成就 —— 機器人技術(shù)作為高技術(shù)的一個重要分支，普遍受到了各國的重視，隨著計算機技術(shù)和現(xiàn)代設(shè)計制造水平的不斷提高，極大的推進了機器人的發(fā)展，現(xiàn)代機器人已經(jīng)成為了一個龐大的家族。 機器人的定義 機器人技術(shù)是一種面向未來的現(xiàn)代化技術(shù)，機器人技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、基因技術(shù)、通信技術(shù)、計算機技術(shù)等一樣，屬于高新技術(shù)。它設(shè)計的學科有材料科學、計算機技術(shù)、控制技術(shù)、傳感器技術(shù)、微電子技術(shù)、通訊技術(shù)、人工智能、數(shù)學方法、仿生學等等很多學科，所以機器人的定義也是多種多樣的，其原因是它具有一定的模糊性。目前有幾個國際公認的定義： 1979 年美國機器人協(xié)會將機器人定義為：“可重復編程的多功能操縱器，設(shè)計成通過不同的編程動作為執(zhí)行多種任務移動原料、部件。工具或?qū)ｉT的設(shè)備?！? 1984 年 12 月國際標準化組織中的工業(yè)自動化系統(tǒng)委員會所屬工業(yè)用機器人分會作出的定義：機器人是一種自動控制下通過變成可完成某些操作或移動作業(yè)的機器。 1988 年法國的埃斯皮奧將機器人 學定義為：機器人學是指設(shè)計能根據(jù)傳感管內(nèi)步伐行走機器人設(shè)計 2 器信息實現(xiàn)預先規(guī)劃好的作業(yè)系統(tǒng)，并以此系統(tǒng)的使用方法作為研究對象。 我國科學家對機器人的定義是：“機器人是一種自動化的機器，所不同的是這種機器人具備一些與人或生物相似的智能能力，如感知能力、規(guī)劃能力、動作能力和協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自動化機器”。 我國管道機器人的發(fā)展、 哈爾濱工業(yè)大學鄧宗全教授自 1987 年以來開展管內(nèi)機器人行走機構(gòu)，在國家自然科學基金的資助下，較全面的研究了不同類型的管道機器人行走機構(gòu)模型，取得了很多的成果。在 1995 年哈工大 與大慶油建公司合作研制成功的Φ 660野外大孔徑管線對接焊縫工業(yè) X 射線檢測系統(tǒng)，于 1996 年通過黑龍江科委主持的鑒定，在陜京管線上進行了工業(yè)應用，獲得成功。該機器人采用輪式行走機構(gòu)，雙電機驅(qū)動， PWM 直流脈寬調(diào)速，由工控機和 MCS552 單片機共同控制，可自動進行圖像識別，在管內(nèi)移動距離 300m，在技術(shù)上解決了收放線的控制問題和長距離強弱信號混傳干擾問題。該項目以達到國際先進水平。 圖 哈爾濱工業(yè)大學Φ 660 管道機器人 哈 爾濱工業(yè)大學于 1998 年研制的水泥砂漿襯里噴涂補口作業(yè)機器人樣機（如下圖）， 該 機器人采用輪履復合式行走方式 ， 解決了穿越管內(nèi)凹型障礙的技術(shù)難題 ， 針對 水 泥砂漿的流變學特性 ， 所設(shè)計的螺旋送料裝置及離心噴涂裝置解決了水泥砂漿 的 補口難題。 畢業(yè)設(shè)計 3 圖 清華大學于 2021 年研制出了一種輪式管道檢測機器人 PipesbotI，如下圖所示，該機器人采用全驅(qū)動直進式結(jié)構(gòu)，由三個直流電機通過蝸輪蝸桿副，帶動三個徑向均布的驅(qū)動輪，通過一個剪形彈簧壓緊機構(gòu)使驅(qū)動輪撐緊管壁，依靠摩擦力運動。設(shè)計指標為：行走速度 1km/h，探測長度 1km/次，使用管徑Ф140mm180mm。 圖 2 機 器人總體設(shè)計方案 模塊化設(shè)計理論基礎(chǔ) 管內(nèi)步伐行走機器人設(shè)計 4 模塊化設(shè)計是在產(chǎn)品設(shè)計和生產(chǎn)不斷發(fā)展的過程中逐步形成的，是一種設(shè)計方法。而模塊化設(shè)計思想?yún)s由來已久，其基本思想是以產(chǎn)品（系統(tǒng)）的總功能為對象，以功能分析為基礎(chǔ)，將整個產(chǎn)品分解為若干特定的模塊，然后通過模塊的不同組合，可以得到不同產(chǎn)品、不同功能的產(chǎn)品，以滿足市場的各種需求。 模塊化又稱模件化，模塊化的定義有很多種，但是按其概念有如下的定義：由若干具有不同用途（或性能）并可互換的模塊，經(jīng)不同的組合，以滿足不同需要的這種方法稱之為模塊化。由此可 見模塊化應具有四個基本含義： ① 必須具有一定數(shù)量的模塊； ② 應用系統(tǒng)組合原理； ③ 最終要獲得能基本滿足各種不同功能的需要； ④ 模塊化的可分性。 進行模塊化設(shè)計時，必須首先把產(chǎn)品劃分為若干模塊，然后以模塊為基本單元進行設(shè)計。因此，模塊合理劃分與否將直接影響產(chǎn)品的性能、外觀以及模塊通用化的程度和成本。模塊化產(chǎn)品，通常按功能將產(chǎn)品劃分為若干單元，并使功能單元獨立化，這些單元被稱為功能模塊，然后由功能棉毛 褲系統(tǒng)實現(xiàn)產(chǎn)品的總共能。 管內(nèi)步伐機器人的模塊化設(shè)計 模塊的設(shè)計問題是模塊化設(shè)計的核心問題，因此合理的劃分模塊并構(gòu)造模塊的結(jié)構(gòu)是模塊化設(shè)計的關(guān)鍵。我們依據(jù)功能劃分的模塊化設(shè)計方法，將管內(nèi)步伐式行走機器人劃分為加緊模塊和傳動模塊兩個主要部分，模塊之間除標準化的機械與電氣連接接口外，其設(shè)計相互獨立。 模塊化設(shè)計的核心思想是將產(chǎn)品進行模塊劃分后，通過對某些模塊進行重新設(shè)計或變異設(shè)計得到新的產(chǎn)品。根據(jù)此思想，我們可以對管內(nèi)步伐式行走機器人進行各種變異設(shè)計，滿足不同使用要求和應用環(huán)境要求。 行走機器人的用途及工作原理 管內(nèi)步伐式行走機器人的用途 近年來煤氣回收萘不徹底，造成主管道內(nèi)結(jié)萘，管內(nèi)結(jié)萘堵塞管內(nèi)大部分面積，嚴重影響煤氣輸送，以清除管內(nèi)萘為目標 ,研制管內(nèi)步伐機器人，該機器人可以完成自動清除結(jié)在煤氣管道內(nèi)壁的萘，可實現(xiàn)在管道內(nèi)雙向行走、自動隨管道彎度轉(zhuǎn)向 ，可在重載條件下使用。、 管內(nèi)步伐式機器人的工作原理 畢業(yè)設(shè)計 5 工作原理：管內(nèi)步伐式行走機器人的運動模仿人在井筒中四肢扶壁上下運動的模式。機器人由鏡面對稱的兩個單元組成 , 二單元中間由萬向節(jié)鉸鏈連接 ,可以自動適應管道彎度轉(zhuǎn)向， 當管道有彎道時 ,后
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