管道機(jī)器人機(jī)械行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)畢業(yè)論文-資料下載頁(yè)
2024-11-01 14:10本頁(yè)面
【導(dǎo)讀】分析了各種機(jī)器人管內(nèi)運(yùn)動(dòng)方式的運(yùn)動(dòng)機(jī)理和特點(diǎn)，并結(jié)合煤氣管道環(huán)境特點(diǎn)。了新型的煤氣管道檢測(cè)機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)。題進(jìn)行了簡(jiǎn)略的分析研究，包括管內(nèi)運(yùn)動(dòng)阻力、徑向調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)、管內(nèi)運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性等問(wèn)題。
【正文】 度大約在 500530 之間，高度在 450500 之間。 圖 18 為機(jī)械行走機(jī)構(gòu)后視圖： 20 圖 18 行走機(jī)構(gòu)后視圖 機(jī)械裝置的寬度大約在 400410 之間。 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(guò)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。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(guò)程中就會(huì)發(fā)生爬行現(xiàn)象。為此，需要對(duì)機(jī)器人的拖纜力進(jìn)行理論計(jì)算。在推導(dǎo)過(guò)程中作以下假設(shè) : (1) 電纜在管道內(nèi)作等勻速運(yùn)動(dòng)，沒(méi)有爬行現(xiàn)象。 (2) 電纜為理想的柔韌體，在運(yùn)動(dòng)時(shí)無(wú)軸向伸長(zhǎng)，且在入口及出口處，電纜與管壁光滑接觸。 作上述假設(shè)后，本設(shè)計(jì)重點(diǎn)研究機(jī)器人在水平直管道中的拖纜力計(jì)算。 如圖下圖所示， v 為電纜的運(yùn)動(dòng)方向， f 為電纜與管中積物的滑動(dòng)摩擦系數(shù)，ρ為單位長(zhǎng)度電纜線(xiàn)的重量，電纜長(zhǎng)度為 L，在電纜上任取一長(zhǎng)度為 dl 的單元段進(jìn)行分析。 圖 19 管內(nèi)電纜受力分析圖 該 單元段的平衡方程式如下： F dNf F dF? ? ? （ 51） dN dl?? （ 52） 以上兩式推出： f dl dF? ? （ 53） 對(duì)其兩邊進(jìn)行積分： 210LFFf dl dF? ??? （ 54） 22 21F F f L??? （ 55） 上式即為管道機(jī)器人拖纜力計(jì)算公式 管道機(jī)器人地面力分析 假設(shè)電機(jī)功率為 P e ，考慮到傳動(dòng)裝置效率 η T ，履帶主動(dòng)輪的占有功率 PT ， 以主動(dòng)輪上牽引力 FZT 和圓周線(xiàn)速度 vT形式表現(xiàn)。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。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。 履帶一方面需承受地面的支撐，另一方面要承受傳 動(dòng)和制動(dòng)時(shí)的水平力。因此，履帶必須有反作用面積和附著力。附著力 FZ 由一個(gè)摩擦分力和一個(gè)剪切分力組成，由此可得出： Z R GF gF F F?? ? ?摩 擦 剪 切 （ 59） 這里的 R? 是附著系數(shù)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)取得， GF 是重力。 摩擦分力包括履帶和地面間的摩擦，剪切分力包含地面剪切強(qiáng)度。由此可知，履帶 23 附著力受到下列因素影響： （ 1）履帶材料和結(jié)構(gòu)型式（如平板履 帶等）。 （ 2）地面種類(lèi)，地面濕度。 （ 3）履帶著地長(zhǎng) /寬之比。 （ 4）行駛速度和打滑程度。 管道機(jī)器人牽引力分析 履帶牽引力可以分為履帶內(nèi)牽引力和履帶外牽引力。 （ 1）履帶內(nèi)牽引力 ZKiF 履帶內(nèi)牽引力包括所有作用在履帶上的牽引力，即 00Z K i Z T w a w iF F T F F T? ? ? ? ? （ 510） 這里 0T 是履帶的預(yù)張緊力， ZTF 是主動(dòng)輪上的牽引力。為了預(yù)防履帶出軌，履帶必須預(yù)加張緊力。 （ 2）履帶外牽引力 ZKaF 履帶外牽引力只包括克服外行駛阻力 waF 所必需的力，再由（ 59）式可得： Z K a w a R G ZF F g F F?? ? ? （ 511） 1 6 總結(jié) 管道機(jī)器人具有較大的附著力，較強(qiáng)的越障能力，在各種管道的通過(guò)性較好。通過(guò)履帶擺動(dòng)機(jī)構(gòu)擺動(dòng)和自適應(yīng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，使得機(jī) 器人能夠適應(yīng)不同管徑的管道，彌補(bǔ)了履帶不能很好適應(yīng)圓管的缺陷。 但本設(shè)計(jì)由于時(shí)間上的限制，沒(méi)有做到設(shè)計(jì)周密全面，還有很多工作需要繼續(xù)完成如管道機(jī)器人的具體尺寸上，和相關(guān)部件的受力分析等等。 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(zhuān)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。 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)展方向的探討機(jī)器人 [J].機(jī)器人 ,1996,18(5)： 285291 [7]龔振邦 .從國(guó)際大環(huán)境出發(fā)在我國(guó)機(jī)器人技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略上的若干思考 [J].機(jī)器人 ,1999,21(6)： 473478 [8]常玉連，邵守君，高勝 .石油工業(yè)中管道機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用前景 [J].石油機(jī)械，2020,34(9)： 122126 [9]甘小明，徐濱士，董世運(yùn)，張旭明 .管道機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀 [J]，機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，2020,(6)： 510 [10]MorimitsuT,Sakata H,Nomura Study on a vibrating bristled vehicle for small pipes[D]. Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers, 1987,53(489):10221027 [11]Morimitsu T,Sakata H,Tsujimura T,Driving mechanism for vibrating bristled vehicle for smlall pipes[D].Transactions of the ASME,1988,110:8691 [12 [13 [14 [15]鄧宗全 ,陳軍 ,姜生元 .六獨(dú)立輪驅(qū)動(dòng)式管內(nèi)機(jī)器人的研制 [J].高技術(shù)通訊，2020,14(9)： 5458 [16]汪 勁松 ,白紹平 ,張伯鵬 .微小型移動(dòng)機(jī)器人移動(dòng)方式的研究 [J].機(jī)器人 . 1993,15(2)： 5558 [17] 張?jiān)苽サ?.煤氣管道機(jī)器人管徑適應(yīng)調(diào)整機(jī)構(gòu)分析 [J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào) .2020,39(6)： 950959 [18 2 [19]史美功，俞學(xué)廉編 .工業(yè)機(jī)器人 [M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社， [20]劉行川 .簡(jiǎn)明電工手冊(cè) [M].福建：福建科學(xué)技術(shù)出版社 ,1997 [21]許洪基 .現(xiàn)代機(jī)械傳動(dòng)手冊(cè) [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社 ,1995 [22]賀建飚、廖迪洪、張彭 .履帶式機(jī)器人行動(dòng)規(guī)劃技術(shù)的研究 [J].機(jī)器人 .1996， 16 (6)：329335 3 謝 辭 本論文是在 老師 的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的，導(dǎo)師一方面在學(xué)習(xí)嚴(yán)格要求，另一方面則在生活上給予了真切關(guān)懷。導(dǎo)師對(duì)于科學(xué)研究的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、淵博的學(xué)識(shí)、誨人不倦的精神和作風(fēng)給學(xué)生留下了深刻的印象，使學(xué)生終身受益無(wú)窮。籍此論文完成之際，謹(jǐn)向?qū)熤乱宰畛绺叩木匆夂妥钪孕牡母兄x。 在論文完成過(guò)程中，作者得 到了 老師 的耐心指教和無(wú)私幫助，為課題研究提出了切實(shí)中肯的意見(jiàn)和建議，為此向各位老師表達(dá)誠(chéng)摯的謝意。 感謝所有幫助過(guò)我的老師、同學(xué)和朋友。 2020 年 8 月 15 日
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