【正文】 研究提出了切實(shí)中肯的意見和建議，為此向各位老師表達(dá)誠(chéng)摯的謝意。 1 參 考 文 獻(xiàn) [1]蔡鶴皋 .機(jī)器人將是 21世紀(jì)技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn) [M].中國(guó)機(jī)械工程 ,2020,11(12)： 5860 [2]蔡自興 .機(jī)器人學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)和發(fā)展戰(zhàn)略 [J].中南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) ,2020,31(專輯 )： 1 [3]蔡自興 .機(jī)器人學(xué) [M].北京：清華大學(xué)出版社， 2020. [4] Schempf H,Mutschler E ,ChemelB .Evolution of Urban Robotic System Developments[D].In IEEE/ ASME Intenrational Conference on Advanced Intelligent Mechatronics,2020:1923 [5]Myers Use of Wlaking amp。 （ 3）履帶著地長(zhǎng) /寬之比。首先要克服行動(dòng)裝置內(nèi)阻力 Fwi ，才能克服外阻力 F wa 提供推進(jìn)力，即可傳遞的牽引力。 21 5 管道機(jī)器人運(yùn)動(dòng)力分析 管道機(jī)器人拖纜力理論方法計(jì)算分析 拖纜作業(yè)的管道機(jī)器人在作業(yè)過程中需要提供額外的拖纜力，拖纜力的大小將直接影響機(jī)器人的最大作業(yè)距離。 17 圖 13 擺動(dòng)機(jī)構(gòu)旋緊螺母在下端時(shí) 管道機(jī)器人運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定于管道大小自適應(yīng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 為了使機(jī)器人運(yùn)動(dòng)不傾覆且平穩(wěn)，提高機(jī)器人的管道適應(yīng)性，特設(shè)計(jì)了該機(jī)構(gòu)。但其缺點(diǎn)是調(diào)節(jié)比較麻煩，而且兩個(gè)履帶的角度不易保持一致，重心不穩(wěn)；制造起來(lái)比較困難，需要銑出一個(gè)帶有 30176。 [22] 其它資料的設(shè)計(jì)中有兩種設(shè)計(jì)： 第一種，柔性擺動(dòng)機(jī)構(gòu)。 Pc= 鏈傳動(dòng)中心距和鏈節(jié)數(shù) 若鏈傳動(dòng)的中心距過小，鏈速不變時(shí)，在單位時(shí)間內(nèi)鏈條繞轉(zhuǎn)次數(shù)增多，鏈條曲伸次數(shù)和應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 增多，因而加劇了鏈的磨損和疲勞。由于鏈節(jié)數(shù)應(yīng)選用偶數(shù)，所以鏈輪齒數(shù)最好選質(zhì)數(shù)或不能整除鏈節(jié)數(shù)的數(shù)。這就是機(jī)器人載體的驅(qū)動(dòng)力。鏈傳動(dòng)與帶傳動(dòng)相比，無(wú)彈性滑動(dòng)和打滑現(xiàn)象，且傳動(dòng)比準(zhǔn)確，傳動(dòng)效率較高。 [20]故選用直流電動(dòng)機(jī)。 （ 4）蠕動(dòng)式機(jī)器人是依靠柔性形體的變形產(chǎn)生移動(dòng)，具有較大的吸引力，運(yùn)用的驅(qū)動(dòng)元件不同，但蠕動(dòng)原理大致相同，對(duì)于不同的蠕動(dòng)機(jī)理，蠕動(dòng)規(guī)律及控制尚需深入研究，缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)向困難，速度和效率低，牽引力小。方案中機(jī)器人的本體結(jié)構(gòu)直接影響機(jī)器人的性能和技術(shù)指標(biāo)，包括運(yùn)動(dòng)方式、行走機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)。最后，機(jī)器人要具有一定的抗傾覆能力。 第三章 管道機(jī)器人穩(wěn)定性設(shè)計(jì)。 8 圖 8 煤氣管道檢測(cè)機(jī)器人 本設(shè)計(jì)主要研究方向（任務(wù)）及所需解決的問題 本設(shè)計(jì)主要研究管道機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 我國(guó)管內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的研究己有 10余年的歷史，在機(jī)構(gòu)模型、動(dòng)力學(xué)分析以及實(shí)驗(yàn)樣機(jī)等方面均有所建樹。軟軸采用 65Mn特質(zhì)彈簧鋼絲為原材料，經(jīng)特殊工藝加工而成。當(dāng)通過 90度彎管時(shí)，電動(dòng)機(jī) M2驅(qū)動(dòng)頭部作姿態(tài)調(diào)整，同時(shí)驅(qū)動(dòng)頭部 履帶，引導(dǎo)機(jī)器人通過彎管。除此以外，為了使機(jī)器人能從豎孔中鉆進(jìn)橫向管道，機(jī)器人自身可折彎曲，因而可在直徑 190 毫米到 600 毫米的管道中工作。 圖 1 振動(dòng)式管內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人 3 日本東京工業(yè)大學(xué)航空機(jī)械系 Shigeo Hirose 和 Hidetaka Ohno[12]等人于 1993年開始研究管道檢測(cè)機(jī)器人，先后研制成功φ 50mm 管道的 Then I、 Then II 型管道檢測(cè)機(jī)器人和φ 150mm 管道的 ThesIII 型管道檢測(cè)機(jī)器人。 管道檢測(cè)機(jī)器人的研究為管道的檢測(cè)、維護(hù)提供了新的技術(shù)手段，改變了傳統(tǒng)管道開挖抽檢的單一模式。目前國(guó)際特種機(jī)器人技術(shù)的研究和開發(fā)非常活躍。本科畢業(yè)論文 管道機(jī)器人機(jī)械行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 姓 名 陳春霖 學(xué) 號(hào) 年 級(jí) 2020級(jí) 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 系 （院） 指導(dǎo)教師 2020 年 8 月 15 日 2 Lootionmechanism Design of Pipe robots chunlinchen Supervisor: August 2020 I 摘 要 管道檢測(cè)機(jī)器人是針對(duì)輸油、氣等工業(yè)管道的檢測(cè)、噴涂、接口焊接、異物清理等維護(hù)檢修作業(yè)所研制的一種特種機(jī)器人，它綜合了智能移動(dòng)載體技術(shù)和管道缺陷無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。在研究和開發(fā)的過程中，人們逐步認(rèn)識(shí)到特種機(jī)器人技術(shù)是感知、決策、行動(dòng)和交互四大技術(shù)的結(jié)合。這種檢測(cè)技術(shù)提高了管道檢側(cè)的準(zhǔn)確性，便于管道工程管理維護(hù)人員分析了解管道缺陷 產(chǎn)生的原因，開展對(duì)缺陷的評(píng)估，制訂管道維護(hù)方案，消除管道安全隱患，在事故發(fā)生前就有計(jì)劃地維修或更換管段，從而節(jié)約大量的維修費(fèi)用，降低管道維護(hù)成本，保障人民生活及財(cái)產(chǎn)安全，減少有毒氣體或液體泄漏造成的環(huán)境污染。 ThesI 型管道檢側(cè)機(jī)器人的總長(zhǎng)為 300mm,重量只有 310g，其外形如圖 2 所示，在機(jī)器人本體的滾輪上沿圓周方向成 圖 2 Thes系列機(jī)器人樣機(jī) 放射狀均布四根彈簧鋼絲，每根彈簧鋼絲的末端都安裝了一個(gè)有一定傾斜角的輪子 .所有的輪子在彈簧壓力的作用下?lián)尉o在管道的內(nèi)壁上。機(jī)器人的機(jī)身是用一整塊不銹鋼加工出來(lái)的，只有這樣才能達(dá)到輪子所必須的孔的同軸度和可靠的密封性。通過頭部的4個(gè)紅外傳感器可感知和識(shí)別 L型彎頭的位置和力、方向。堅(jiān)固而有韌性，可以順利通過 180度彎道或連續(xù) 180度返水彎管。較有代表性的有哈爾濱工業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、上海大學(xué)、東華大學(xué)、大慶油建公司和中國(guó)石油天然氣管道局等， 哈爾濱工業(yè)大學(xué)的鄧宗全 [15]等人于 1987年就針對(duì)管內(nèi)行走機(jī)構(gòu)的封閉力問題進(jìn)行了探討，并就行走機(jī)構(gòu)作了較深入的研究。包括機(jī)器人的結(jié)構(gòu)組成、運(yùn)動(dòng)方式選擇、能源供應(yīng)選擇、管道運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性選擇等。解決機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性、輪與管道的接觸不良，無(wú)法提供足夠牽引力的問題。 本排水管道機(jī)器人整體性能指標(biāo)如下： 適應(yīng)管徑：≥ 500M 移動(dòng)速度： 5～ 10m/min 電源：配有電纜絞車，通過電纜提供動(dòng)力源 機(jī)器人總重約： 20kg 負(fù)重能力：〉 10kg 作業(yè)能力：完成 200m 以內(nèi)的排水管道穿纜、檢測(cè)任務(wù)。 機(jī)器人管道內(nèi)運(yùn)動(dòng)方式的選用 根據(jù)運(yùn)動(dòng)機(jī)理和驅(qū)動(dòng)方式的不同可分為：輪式、履帶式、足腿式結(jié)構(gòu)以及蛇行、蠕動(dòng)、變形運(yùn)動(dòng)等幾種形式。蠕動(dòng)式有蛇行、仿蚯蚓等運(yùn)動(dòng)模型?？紤]到機(jī)器人的工作移動(dòng)速度不快，選用直流減速電機(jī)。另外作用于軸上的徑向力小、結(jié)構(gòu)也較為緊湊；鏈傳動(dòng)的制造和安裝精度要求較低，成本低廉，裝拆比較方便。 由此可知，當(dāng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)，其阻力就是機(jī)器人的滾動(dòng)摩擦力。故取 z=25 。并且，由于中心距小，鏈條在小鏈輪上的包角變小，在包角范圍內(nèi)，每個(gè)輪齒所受的載荷增大，且易出現(xiàn)跳齒和脫鏈的現(xiàn)象；但中心距太大，會(huì)引起從動(dòng)邊垂度過大，傳動(dòng)時(shí)造成松邊頗動(dòng)，使傳動(dòng)不平穩(wěn)。在兩個(gè)履帶之間加上彈簧，當(dāng)管道不平整時(shí)，履帶的每一端都可自動(dòng)調(diào)節(jié)。斜角的槽。該機(jī)構(gòu)單元由旋緊螺母、彈簧、滑塊組成。此外，若機(jī) 器人提供的拖纜力不夠拖動(dòng)電纜，在行進(jìn)過程中就會(huì)發(fā)生爬行現(xiàn)象。如圖 20所示 圖 20 履帶主動(dòng)輪上的受力圖 主動(dòng)輪功率： T e T Z T TP P g F gv??? （ 56） 主動(dòng)輪上牽引力： ZT wa wiF F F?? （ 57） 推進(jìn)力： Z wa R GF F gF??? （ 58） 只在具有足夠大的履帶附著系數(shù) R? 時(shí)，推進(jìn)力才能傳向行駛地面。 （ 4）行駛速度和打滑程度。 Climbing Robots in Nuclear Facilities. Nuclear Engineer,2020,42(1): 48 [6]蔣新松 .未來(lái)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展方向的探