【正文】 學(xué)校代碼： 11517 學(xué) 號(hào)： 202206111105 畢業(yè)設(shè)計(jì) 題 目 管道機(jī)器人的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真分析 學(xué)生姓名 張 海 紅 專業(yè)班級(jí) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 0844 學(xué) 號(hào) 202206111105 系 （部 機(jī)械工程系 指導(dǎo)教師 王 新莉（教授）、孟凱（助教） 完成時(shí)間 2022 年 5 月 20 日 河南工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 題目 管道機(jī)器人的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真分析 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化 學(xué)號(hào) 202206111105 姓名 張海紅 主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等： 選題背景： 在核工業(yè)、石油天然氣、軍事裝備等領(lǐng)域中，管道作為一種有效的物料輸送手段而得到廣泛應(yīng)用，為了提高管道壽命，防止泄露等事故的發(fā)生，管道機(jī)器人作為高效準(zhǔn)確的故障診斷 、檢測(cè)和維修手段應(yīng)運(yùn)而生，廣泛地應(yīng)用于管到的探傷、補(bǔ)口、維修、焊接等諸多領(lǐng)域。 主要內(nèi)容： 設(shè)計(jì)一款管道機(jī)器人的機(jī)構(gòu)，對(duì)設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析。 基本要求： 建立三維模型，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，提交圖紙，設(shè)計(jì)說明書等相關(guān)資料。 主要參考資料： 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 傳感器技術(shù) 機(jī)器人技術(shù) 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用 相關(guān)科研論文 10 篇 完 成 期 限： 指導(dǎo)教師簽名： 專業(yè)負(fù)責(zé)人簽名： 年 月 日 目 錄 中文摘要 Ⅰ 英文摘要 Ⅱ 1 前言 ......................................................................................................................... 1 課題的背景與意義 ................................................................................. 1 機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì) ................................................................... 1 國(guó)內(nèi)外管道微型機(jī)器人的發(fā)展近況 ............................................... 2 商業(yè)領(lǐng)域的管道機(jī)器人 ................................................................... 6 本課題的設(shè)計(jì)任務(wù) ................................................................................. 8 論文的主要內(nèi)容 ..................................................................................... 8 2 螺旋輪式管道機(jī)器人的總體方案設(shè)計(jì) ................................................ 11 機(jī)器人管內(nèi)運(yùn)動(dòng)方式對(duì)比分析 ....................................................... 11 輪式 ................................................................................................. 11 蠕動(dòng)式 ............................................................................................. 12 螺旋 輪式管道機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)機(jī)理 ................................................... 14 機(jī)構(gòu)的原理 ..................................................................................... 14 機(jī)器人設(shè)計(jì)要點(diǎn) ............................................................................. 15 3 管道機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì) ......................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 旋轉(zhuǎn)輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ............................................................................... 16 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)受力分析 ......................................................................... 16 運(yùn)動(dòng)自由度分析 ............................................................................. 18 電機(jī)的選擇 ..................................................................................... 18 電機(jī)連接軸的設(shè)計(jì) ............................................................................... 19 彈簧的設(shè)計(jì)與選擇 ............................................................................... 21 支撐輪和電機(jī)的固定方案 ................................................................. 22 探測(cè)頭的定位方案 ............................................................................... 23 4 管道機(jī)器人在管中運(yùn)動(dòng)通過性分析 ...................................................... 24 管道環(huán)境對(duì)機(jī)器人的幾何約束 ....................................................... 24 5 監(jiān)視控制系統(tǒng) .................................................................................................. 26 探測(cè)頭的選擇 ...................................................................................... 26 檢測(cè)系統(tǒng) ................................................................................................. 26 單片機(jī)控制系統(tǒng) ................................................................................... 27 控制程序 ................................................................................................. 28 H 橋式驅(qū)動(dòng)電路 ( H bridged power amplifier).............................. 28 機(jī)器人與主控計(jì)算機(jī)的通訊 ( The munication between the robot and master puter) .................................................................................. 29 6 行程的計(jì)算 ........................................................................................................ 31 7 應(yīng)用前景 ............................................................................................................. 32 結(jié)束語 ....................................................................................................................... 31 致謝 ............................................................................................................................ 32 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................. 33 I 螺旋輪式管道機(jī)器人的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真分析 摘 要 管道是人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活中常用的一種運(yùn)輸工具，石油的運(yùn)輸、城市中廢水和廢氣的排放，城鎮(zhèn)集體供暖中暖氣的輸送和空調(diào)的通風(fēng)等等，都需要用到管道。但管道并不能永久的保持有效性，如管道會(huì)出現(xiàn)老化、堵塞、破裂和附著細(xì)菌等現(xiàn)象，這就需要對(duì)管道進(jìn)行檢測(cè)、探傷與 定位。有時(shí)由于管道結(jié)構(gòu)的特殊性，使人們對(duì)管道破損進(jìn)行檢測(cè)與定位非常困難，最有效的方式就是利用管道機(jī)器人進(jìn)入管道執(zhí)行任務(wù)。所以管道機(jī)器人研制的根本意義在于：可以實(shí)現(xiàn)管道的無損維護(hù)、內(nèi)窺檢測(cè)及破損定位等工作，提高管道檢測(cè)和清理的效率。 本文綜合分析了國(guó)內(nèi)外油氣管道機(jī)器人近年來的發(fā)展情況 , 特別對(duì)油氣輸送管道、油氣井和油田與石化企業(yè)中的各種管道機(jī)器人進(jìn)行了分析 , 設(shè)計(jì)了一種螺旋輪式管道機(jī)器人，并詳細(xì)說明了機(jī)器人的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及發(fā)展過程。最后結(jié)合我國(guó)石油工業(yè)發(fā)展的具體情況 , 給出了管道機(jī)器人在油氣輸送管道、油 氣井及其他管道中的應(yīng)用前景。 關(guān)鍵詞： 管道 /檢測(cè) /機(jī)器人 /變徑 螺旋輪式管道機(jī)器人的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真分析 II Spiral Roller Pipeline Robot Mechanism Design And Simulation Analysis ABSTRACT The pipeline