【正文】 制，驗證所設計的幾何量尺寸是否滿足機器人通過管道直角彎頭所要求的幾何尺寸。因為機器人整體所具有的兩節(jié)機身幾何量相同，所以只需要考慮單節(jié)機身的幾個尺寸。圖52 單節(jié)機身的簡化圖。單節(jié)機身在管道中的兩種極限姿態(tài)位置對于圓形截面管道的直角彎頭，機器人最有可能被卡死的位置是在機身中心軸線GH與管道中心軸線成45176。夾角的位置，根據機器人自身的姿態(tài)，又可分為兩種極限姿態(tài)位置，以下簡稱位置1和位置2。與圓形管道軸線成45176。夾角的傾斜截面是橢圓，由于機器人整體結構的對稱性，單節(jié)機身縱向視圖可簡化為橢圓的內接正三角形，于是可以通過計算橢圓內接正三角形的有關參數來設計合理的機器人結構尺寸。在圖53和圖54中，GH為單節(jié)機身的中心軸線，各已知的尺寸分別為, ,。 圖53 姿勢位置1 圖54姿勢位置2計算橢圓內接正三角形的有關參數建立如圖55所示的直角坐標系，設橢圓的長軸長為，短軸長為。由，得；由，得。所以橢圓方程為圖55橢圓內接最大正三角形設內接三角形AEF的邊上為2，則EG= ，AG= 。將 代入橢圓方程得 所以可得 由且 ，得 ，進而得 或 取 ，則 ， 。所以正三角形的內接圓半徑取 驗算位置1和位置2的相關尺寸（1）驗算位置1的相關尺寸取 。又，， 因為大于支座的等效半徑，所以此位置下機身可以通過直角彎道。（2）驗算位置2的相關尺寸 又因為減去內圓半徑得，即，所以此位置下機身受阻，可以通過直角拐彎。6 管道機器人建模與仿真分析管道機器人整體三維實體模型如圖61所示，整體由螺旋頭、驅動電機和保持機構3部分組成。螺旋頭由3組6個驅動輪呈120176。均勻分布于旋轉體上，且驅動輪的軸線與管道軸線呈一定的傾斜角口。保持機構也由3組6個導向輪呈120176。均勻分布于保持機構上，導向輪的軸線與管道軸線平行。輪腿上裝有彈簧機構，驅動輪與導向輪在彈簧力的作用下緊壓在管壁上。由于彈簧的可伸縮性，使得管道檢測機器人有一定的管徑適應能力。圖61機器人總體結構圖62機器人分別在直管和彎管內的運動情況利用機械系統(tǒng)動力學仿真分析軟件ADAMS建立起螺旋式微小型管道機器人的仿真模型。模型完成之后，建立起管道機器人各部分參數化模型，在驅動輪和導向輪上施加徑向力 、 ，運動仿真如圖61所示。 利用ADAMs／view的參數化分析功能可以分析設計參數的變化對樣機性能的影響。在設計研究過程中通過對驅動輪軸線與管壁之間的夾角、輪子直徑等關鍵設計變量在一定范圍內取若干值，然后自動地進行一系列的仿真分析，得到不同參數對樣機性能可能的變化范圍。圖63牽引力隨驅動輪傾角變化曲線圖64牽引力隨驅動直徑變化曲線(1)牽引力仿真設計研究為了測試機器人的牽引力，在保持架與管道之間創(chuàng)建了一個彈簧。由理論分析可知：螺旋頭驅動的管道機器人牽引力的大小直接與驅動輪位置參數 、驅動輪的尺寸參數R有關。因此，分別以驅動輪軸線與管道軸線的夾角和驅動輪的直徑為設計變量，對機器人的牽引力進行設計仿真研究。當驅動輪的傾角從6176。變化到10176。時，由仿真結果得知， N，它隨著驅動輪傾角的增大而減小，如圖63所示。同樣，在驅動輪的傾角固定在8176。時，由圖64可知， mm變化到4．5 mm時，牽引力的大小由6．901 N，它隨著驅動輪直徑的增大而增大。圖65移動速度隨驅動直徑變化曲線圖64移動速度隨傾角變化曲線(2)移動速度仿真設計研究由于機器人移動速度也與驅動輪位置參數、驅動輪的尺寸參數R有關。同樣以驅動輪軸線與管道軸線的夾角和驅動輪的直徑為設計變量，對機器人的移動速度進行設計仿真研究。本文研究了適用于微小管道的螺旋式驅動檢測機器人，從理論上分析計算了螺旋式微小型管道機器人的承載能力、移動速度和尺寸約束。采用虛擬樣機技術構建了機器人的參數化模型，通過對不同參數的設置，得到了不同條件下管道機器人的負載和運動特性仿真曲線，驗證了參數選擇和設計方案的可行性。7 總結和展望本論文在研究了國內外管道機器人技術的基礎上，提出了一種全新的用于清洗的管道機器人。此種機器人可在自主動力的驅動下，進入地下管道，利用行星磨頭對其進行清洗、維護。而本論文則是對輪式管道機器人的研究。本研究取得最重要的進展如下：（1）對管道機器人變管徑自適應性方案分析比較，設計出具有變徑范圍大，結構簡單的各支腿單獨調整和支腿整體調整組合方案，并對變徑過程的傳遞關系進行了詳細的分析計算，所設計機構在一定的管徑變化范圍內，具有常封閉特性，增加了載體的穩(wěn)定性和可靠性，機構具有自適應調節(jié)的功能。（2）對管道機器人的動力系統(tǒng)設計，機器人常用的驅動方式有：液壓驅動、氣動驅動、電動驅動三種基本方式。液壓與氣動方式對環(huán)境要求較高，實現(xiàn)起來較復雜，而電機驅動結構簡單，較易實現(xiàn)密封與調速控制。故在本設計中選用步進電機作為機器人本體的驅動動力：減速器選用行星齒輪減速器。驅動動力從電機經由減速器減速后，在滿足管徑自適應性的基礎上，如何更好地將動力傳遞到主動輪上，是選擇機器人傳動方式過程中重點考慮的問題。再結合徑向管道清洗機器人的結構布局方式的特點，在本設計中主要通過一套動力變換裝置和同步鏈傳動機構來實現(xiàn)。（3）對機器人過彎道能力的幾何量設計，目前大部分管道機器人可以輕松地通過水平直管及在傾斜度為30176。以內的上升管道內爬動。曲率半徑是這些管道機器人能通過能力主要的限制 ，在一定的曲率半徑下，太細長或者太粗短的機器人都容易在管道內卡死，使之不能 通過管道。本管道機器人針對內徑248。225mm的管道進行設計，并考慮直角彎道的情況，因此應討論機器人在這類管道中所應滿足的幾何條件限制，驗證所設計的幾何量尺寸是否滿足機器人通過管道直角彎頭所要求的幾何尺寸。 畢業(yè)論文是本科學習階段一次非常難得的理論與實際相結合的機會，通過這次比較完整的管道清潔機器人設計，擺脫了單純的理論知識學習狀態(tài)，和實際設計的結合鍛煉了自己的綜合運用所學的專業(yè)基礎知識，解決實際工程問題的能力，同時也提高我查閱文獻資料、設計手冊、設計規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平，而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經驗得到了豐富，并且意志品質力，抗壓能力及耐力也都得到了不同程度的提升。這是我們都希望看到的也正是我們進行畢業(yè)設計的目的所在。雖然畢業(yè)設計內容繁多，過程繁瑣但本人的收獲卻更加豐宮。各種系統(tǒng)的適用條件，各種設備的選用標準，各種管道的安裝方式，本人都是隨著設計的不斷深入而不斷熟悉并學會應用的。同老師的溝通交流更使我從經濟的角度對設計有了新的認識也對自己提出了新的要求?，F(xiàn)代工農業(yè)及日常生活中使用著大量管道，石油、天然氣、化工等領域也應用了大量管道，這些管道大多埋于地下或海底，輸送距離近千里，它們的泄漏會造成嚴重的環(huán)境污染，甚至引起火災，多數管道安裝環(huán)境人們不能直接到達或人們無法直接介入，另外，在一些工廠里有大量的通風管道，在某些餐廳或飯店里裝有大量的油煙管道，這些管道或者架設在空中，或者管道內徑很小，在做質量檢測、故障診斷、清洗時比較困難。這促使了管道機器人的誕生。隨著國內外管道機器人的研制越來越受到關注，我國管道機器人的發(fā)展與國外相比還有很大的差距。但國內對于管道機器人的研制越來越重視。國內許多高校、企業(yè)都投入研究力量進行研究、制造，如通風管道機器人、石油管道機器人、下水管道疏通機器人等。目前，雖然已有應用于煙道清洗的機器人，但其清洗效率仍然較低，重量較重，不能完成豎直煙道的清洗任務。隨著城市的發(fā)展和個人經濟能力的提升，人們對高生活質量的追求、國內相關清洗標準的出臺、環(huán)保意識體系的逐步完善，相信人們對油煙管道清洗機器人產品需求一定會日益增加。研究適于廚房油煙管道清洗的更高效率的機器人對促進我國清洗行業(yè)的發(fā)展、提高人民健康水平、環(huán)境保護等，具有長遠的環(huán)境效益和積極的社會意義，所以本課題的研究很有必要，具有很大的社會效益和經濟效益，具有廣闊的應用前景。參考文獻［1］龍振宇主編 .. 北京：機械工業(yè)出版社，［2］祖業(yè)發(fā)主編 . ：機械工業(yè)出版社，［3］ 孫萍，孫麟治，［4］鄧宗全，陳軍，姜生元，等．六獨立輪驅動管內檢測牽引機器人[J]．［5］錢晉武，沈林勇，程維明，等．微小管道渦流檢測機器人系統(tǒng)研究［6］徐小云，［7］廖鳳英 等 油煙管道清洗機器人機械系統(tǒng)設計與研究 2011［8］錢晉武，章亞男，孫麟治，等. 螺旋輪驅動的細小管內移動機器人的研究［9］潘沛霖，韓秀琴，趙言正 ［J］.機器人1994［10］張衛(wèi)峰，：66～67［11］金松，毛立民，、變截面管道清洗機器人控制系統(tǒng)研究［J］.電氣傳動，2006，（07）：2629.［12］ 張秀麗，鄭浩峻，［J］.機器人，200l［13］廖萬輝，李琳，一種新型中央空調管道機器人的設計，微計算機信息，2009［14］鞏玉濱 等，油煙管道清洗機器人設計，組合機床與自動化加工技術，2011［15］趙文純 等，基于CATIA的管道清潔機器人設計與研究，四川理工學院學報，2010［16］［D］.哈爾濱工程大學，［17］ . 具有軸向和周向探查功能的螺旋驅動管內機器人,機械工程學報 2010(21)［18］ 螺旋輪式管道檢測機器人越障性能研究,后勤工程學院學報 2009(4)［19］ 排水管道檢測機器人機構設計及性能分析,中國設備工程2008(5)［20］ 管道機器人彎管運動轉體原因分析,西安交通大學學報 2011(10)［21］ 基于凸輪自鎖原理的伸縮式管道機器人設計,機械工程學報 2010(11)［22］ 一種適用于管道機器人的新型螺旋驅動器，化工機械2010,37(1)［23］，儀器儀表學報2000,21(3)［24］. 螺旋輪式管道檢測機器人越障性能研究，后勤工程學院學報2009,25(4)［25］,石油礦場機械2010,39(6)［26］,機械科學與技術2008,27(10)［27］,機械2009,36(2)［28］ 一種新型蠕動式管道機器人的結構設計[會議論文]2008［29］鄧宗全。陳軍。姜元生 六獨立輪驅動管內檢測牽引機器人,機械工程學報 2005致 謝經過近半年的忙碌和工作，本次畢業(yè)論文設計已經接近尾聲，作為一個本科生的畢業(yè)論文，由于經驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有老師的督促指導，以及一起學習的同學們的支持，想要完成這個設計是難以想象的。在論文寫作過程中，得到了王彩紅老師的親切關懷和耐心的指導。她嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹的治學精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。從課題的選擇到項目的最終完成，王老師都始終給予我細心的指導和不懈的支持。多少個日日夜夜，王老師不僅在學業(yè)上給我以精心指導，同時還在思想、生活上給我以無微不至的關懷，除了敬佩王老師的專業(yè)知識外，她的治學嚴謹和科學研究的精神也是我永遠學習的榜樣，并將積極影響我今后的學習和工作。在此謹向王老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意！最后我還要感謝培養(yǎng)我長大含辛茹苦的父母，謝謝你們！最后我還要感謝華北科技學院四年來對我的栽培。第 49頁 共45頁