【正文】 只研究靜力克服法。上坡克服壕溝的第一階段（即履帶前端跨過壕溝時）與克服水平地面上的壕溝比起來，車輛中心是不容易超過后邊緣的。因此就第一階段來說，履帶能夠克服的壕寬為A=a+htg （38）式中 —上坡坡度角；h—履帶行走裝置重心高度；可是在第二階段，履帶行走裝置尾端跨過壕溝時，履帶行走裝置可以克服的壕寬將減少為：A=ahtg （39）所以，履帶在上坡時克服壕寬較在水平地面上要小。反之，履帶在下坡時第一階段能克服的壕寬較平地時要減小。圖313跨越有坡度的壕溝 More trenches in the uphill履帶行走裝置克服垂直壁的過程可以分為三個階段，見圖314：第一階段——前輪升上壁緣；第二階段——履帶的重心前進(jìn)至與垂直壁垂線重合的位置；第三階段——履帶平緩地與垂直壁的頂部平面接觸。圖314 克服垂直壁的三個階段 To overe the three stages of the vertical wall315第一階段的受力分析圖 Stress Analysis of the first phase of the plan316克服垂直壁時第二階段的情況 Overe the vertical wall when the second phase of the第一階段：在這階段內(nèi)，履帶先以低速與垂直壁在D點相接觸，然后履帶行走裝置整體發(fā)生旋轉(zhuǎn)運動，使履帶前部沿垂直壁漸漸上移。此時決定于D點的位置。當(dāng)D點低于g點時，履帶在觸及垂直壁后車體將發(fā)生順時針方向旋轉(zhuǎn)，使履帶克服垂直壁成為不可能。在現(xiàn)有履帶中g(shù)點高于D點，因此當(dāng)履帶接近垂直壁時，應(yīng)該增加動力，以使增加逆時針方向的旋轉(zhuǎn)力矩，使履帶尾部下沉而前部上升，將D點升到g點以上。當(dāng)后負(fù)重輪平衡肘碰上行程限制器后，履帶行走裝置車體將有兩種運動：履帶行走裝置重心的平移運動和車體的旋轉(zhuǎn)運動。此時作用在履帶行走裝置上有如下的力：履帶行走裝置的重力G，作用于g點；地面法向反作用力F，作用于A點；地面切向反作用力，即附著力與地面變形阻力之差，作用于A點；垂壁的反作用力，作用于D點；沿垂壁的切向反作用力，其中和為垂壁與履帶的附著系數(shù)和地面變形系數(shù)。沿垂壁的切向反作用力的方向可能朝上，也可能朝下，為使履帶行走裝置能沿垂壁向上運動，該力的方向必須向上。第二階段：這一階段是指履帶行走裝置由前輪輪軸至于垂壁棱邊到履帶行走裝置重力作用線與垂壁的垂線重合這段時間。根據(jù)這一階段終了時履帶行走裝置在垂直壁上的位置，很容易得出垂直壁高度和履帶結(jié)構(gòu)參數(shù)間的關(guān)系。H=Lsin+hcos++r （310）式中H—垂直壁高度；L—履帶行走裝置重心至后主動輪軸間的縱向距離； —履帶的傾斜角；h—重心與主動輪軸心的高度差； —負(fù)重輪的動行程；—主動輪或誘導(dǎo)輪半徑；—重心高度。由上式可知，L愈長，則履帶行走裝置可能克服的垂直壁愈高，履帶行走裝置的傾斜角對克服垂直壁的高度也有影響。若=30～35，則就已接近于所能克服的最大坡度值。一般說來，履帶行走裝置能克服垂直壁的高度不是受第一階段的限制，而是受第二階段的限制。第三階段：這一階段是指履帶行走裝置重力作用線越過垂壁壁線后履帶行走裝置落于垂壁頂部平面上。此時應(yīng)特別注意行動部分與地面的撞擊，因此當(dāng)履帶行走裝置重心越過垂直壁線后而履帶行走裝置前端開始下落時，必須停止供能，有時還要制動，使履帶慢慢落于頂壁。4管道機器人的三維設(shè)計4．1三維設(shè)計軟件本課題的三維造型設(shè)計采用SolidWorks進(jìn)行實體造型。SolidWorks為達(dá)索系統(tǒng)（Dassault Systemes ）下的子公司，專門負(fù)責(zé)研發(fā)與銷售機械設(shè)計軟件的視窗產(chǎn)品。 Solidworks 功能強大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新是SolidWorks 的三大特點，使得SolidWorks 成為領(lǐng)先的、主流的三維CAD解決方案。SolidWorks 能夠提供不同的設(shè)計方案、減少設(shè)計過程中的錯誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。SolidWorks 不僅提供如此強大的功能，同時對每個工程師和設(shè)計者來說，操作簡單方便、易學(xué)易用。SolidWorks操作界面如圖41所示。圖41 SolidWorks操作界面 SolidWorks Interface SolidWorks三維軟件的主要功能1）“全動感的”用戶界面 只有SolidWorks 才提供了一整套完整的動態(tài)界面和鼠標(biāo)拖動控制?！叭珓痈械摹钡挠脩艚缑鏈p少設(shè)計步驟，減少了多余的對話框，從而避免了了界面的零亂。 嶄新的屬性管理員用來高效地管理整個設(shè)計過程和步驟的。屬性管理員包含所有的設(shè)計數(shù)據(jù)和參數(shù)，而且操作方便、界面直觀。 用SolidWorks資源管理器可以方便地管理CAD文件。SolidWorks資源管理器是唯一一個同Windows資源器類似的CAD文件管理器。 特征模版為標(biāo)準(zhǔn)件和標(biāo)準(zhǔn)特征，提供了良好的環(huán)境。用戶可以直接從特征模版上調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)的零件和特征，并與同事共享。 SolidWorks 提供的AutoCAD模擬器，使得AutoCAD用戶可以保持原有的作圖習(xí)慣，順利地從二維設(shè)計轉(zhuǎn)向三維實體設(shè)計。2）配置管理 配置管理是SolidWorks軟件體系結(jié)構(gòu)中非常獨特的一部分，它涉及到零件設(shè)計、裝配設(shè)計和工程圖。配置管理使得你能夠在一個CAD文檔中，通過對不同參數(shù)的變換和組合，派生出不同的零件或裝配體。3）協(xié)同工作 SolidWorks 提供了技術(shù)先進(jìn)的工具，使得你通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行協(xié)同工作。 通過eDrawings方便地共享CAD文件。eDrawings是一種極度壓縮的、可通過電子郵件發(fā)送的、自行解壓和瀏覽的特殊文件。 　 通過三維托管網(wǎng)站展示生動的實體模型。三維托管網(wǎng)站是SolidWorks提供的一種服務(wù)，你可以在任何時間、任何地點，快速地查看產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。 SolidWorks 支持Web目錄，使得你將設(shè)計數(shù)據(jù)存放在互聯(lián)網(wǎng)的文件夾中，就象存本地硬盤一樣方便。 用3D Meeting通過互聯(lián)網(wǎng)實時地協(xié)同工作。3D Meeting是基于微軟 NetMeeting的技術(shù)而開發(fā)的專門為SolidWorks設(shè)計人員提供的協(xié)同工作環(huán)境。4）裝配設(shè)計 在SolidWorks 中，當(dāng)生成新零件時，你可以直接參考其他零件并保持這種參考關(guān)系。在裝配的環(huán)境里，可以方便地設(shè)計和修改零部件。對于超過一萬個零部件的大型裝配體，SolidWorks 的性能得到極大的提高。 SolidWorks 可以動態(tài)地查看裝配體的所有運動，并且可以對運動的零部件進(jìn)行動態(tài)的干涉檢查和間隙檢測。 用智能零件技術(shù)自動完成重復(fù)設(shè)計。智能零件技術(shù)是一種嶄新的技術(shù)，用來完成諸如將一個標(biāo)準(zhǔn)的螺栓裝入螺孔中，而同時按照正確的順序完成墊片和螺母的裝配。 鏡像部件是SolidWorks 技術(shù)的巨大突破。鏡像部件能產(chǎn)生基于已有零部件（包括具有派生關(guān)系或與其他零件具有關(guān)聯(lián)關(guān)系的零件）的新的零部件。 SolidWorks 用捕捉配合的智能化裝配技術(shù)，來加快裝配體的總體裝配。智能化裝配技術(shù)能夠自動地捕捉并定義裝配關(guān)系。5）工程圖 SolidWorks 提供了生成完整的、車間認(rèn)可的詳細(xì)工程圖的工具。工程圖是全相關(guān)的，當(dāng)你修改圖紙時，三維模型、各個視圖、裝配體都會自動更新。 從三維模型中自動產(chǎn)生工程圖，包括視圖、尺寸和標(biāo)注。 增強了的詳圖操作和剖視圖，包括生成剖中剖視圖、部件的圖層支持、熟悉的二維草圖功能、以及詳圖中的屬性管理員。 使用RapidDraft技術(shù)，可以將工程圖與三維零件和裝配體脫離，進(jìn)行單獨操作，以加快工程圖的操作，但保持與三維零件和裝配體的全相關(guān)。 用交替位置顯示視圖能夠方便地顯示零部件的不同的位置，以便了解運動的順序。交替位置顯示視圖是專門為具有運動關(guān)系的裝配體而設(shè)計的獨特的工程圖功能。6）零件建模 SolidWorks 提供了無與倫比的、基于特征的實體建模功能。通過拉伸、旋轉(zhuǎn)、薄壁 特征、高級抽殼、特征陣列以及打孔等操作來實現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計。 通過對特征和草圖的動態(tài)修改，用拖拽的方式實現(xiàn)實時的設(shè)計修改。 三維草圖功能為掃描、放樣生成三維草圖路徑，或為管道、電纜、線和管線生成路徑。7）曲面建模 通過帶控制線的掃描、放樣、填充以及拖動可控制的相切操作產(chǎn)生復(fù)雜的曲面?？梢灾庇^地對曲面進(jìn)行修剪、延伸、倒角和縫合等曲面的操作。8）鈑金設(shè)計 SolidWorks 提供了頂尖的、全相關(guān)的鈑金設(shè)計能力。可以直接使用各種類型的法蘭、薄片等特征，正交切除、角處理以及邊線切口等鈑金操作變得非常容易。運用SolidWorks建立的管道機器人的三維結(jié)構(gòu)圖如圖42所示（a）（b）（c）圖42管道機器人的整體三維結(jié)構(gòu) The overall threedimensional structure of pipeline robot（1）螺旋桿 本課題通過調(diào)節(jié)機構(gòu)來適應(yīng)不同的管徑，而螺旋桿是變徑的關(guān)鍵，如圖43所示，（a）為正旋向的，（b）為反旋向的。螺桿的高度為69mm，螺紋的高度為35mm，牙型為等腰三角形，牙型角為30度，單線螺紋。（a）（b）圖43正旋螺桿與反旋螺桿 Rotary screw and Antirotation screw（2）螺旋套螺旋套也為本課題變徑的關(guān)鍵，通過旋轉(zhuǎn)螺旋套，來調(diào)整管道機器人的張角，從而達(dá)到變徑的目的，如圖44，螺旋套長度為80mm，螺紋為80mm，牙型為等腰三角形，牙型角30度，單線螺紋。圖44螺旋套 Screw sets（3）履帶支撐架履帶支撐架是驅(qū)動機構(gòu)的支撐部分，履帶軸，驅(qū)動電機，都由其來固定，機器人的腿部結(jié)構(gòu)與其連接，如圖45，支撐架高度40mm，寬度40mm，總長180mm。圖45履帶支撐架 Track support frame（4）連接架連接架與履帶支撐架相連，中間與螺旋桿相連，如圖46，高度120mm，也可稱其為機器人的腿部結(jié)構(gòu)。圖46連接架 Connection frame（5）履帶如圖47所示圖47 履帶 Track（6）履帶輪如圖48所示，履帶輪直徑為40mm圖48履帶輪 Track wheels（7）平臺架平臺架與連接架相連，如圖49所示，長度為140mm，寬度為100mm，其上經(jīng)過加工裝載傳感器，X射線儀等設(shè)備。圖49平臺架 Platform frame（8）驅(qū)動電機如圖410所示圖410 步進(jìn)電機 Stepping Motor（9）檢測箱體如圖411所示 圖411 檢測箱體 Test cabinet