【正文】 最后感謝在畢業(yè)設計過程中給過我?guī)椭耐M的和其他的同學，在他們身上也學到了不少東西，并得到了他們的支持和鼓勵，希望他們在今后的工作、學習過程中不斷進步。 另外，如果沒有專業(yè)課老師的認真授課，我的畢業(yè)設計也不可能順利完成，因此對四年來教授我知識的各位老師也再次表示衷心感謝。并且在整個畢業(yè)設計過程中，不斷對我得到的結論進行總結，并提出新的問題，使得我的畢業(yè)設計課題能夠深入地進行下去， 也使我接觸到了許多理論和實際上的新問題，使我做了許多有益的思考。從畢業(yè)設計選題到設計完成，老師給予了我耐心指導與細心關懷，有了老師耐心指導與細心關懷我才不會在設計的過程中迷失方向，失去前進動力。Automation[C],1995,85786 [8] Scholl KU,KepplinV, articulated service robot for autonomous sewer inspectionTasks[A].Proceedingsofthe 1999 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems[C] .~1080 [9]甘小明徐濱士等管道機器人的發(fā)展現(xiàn)狀 [J]機器人技術與應用 2021 6 :5210 [10]馬榮朝秦 嵐潘英俊微小管道機器人移動機構運動學與動力學特性 [J]重慶大學學報 2021,25 7 :26229 [11]馬榮朝潘英俊秦嵐小口徑管道用機器人行星齒輪式行走機構設計 [J]農(nóng)業(yè)機械學報 2021,24 3 :109111。 展望 由于時間有限，結合課題完成過程中的體會，為了對管道機器人有更加全面的了解，今后需繼續(xù)開展研究的工作有： （ 1）由于機器人采用有纜方式，為了保證電纜收發(fā)與機器人的運動同步，需對機器人電纜的收發(fā)裝置展開研究； （ 2）對 機器人進行剛柔聯(lián)合仿真有助于仿真結果更準確，更接近實際； （ 3）加工、裝配、測試樣機，進一步驗證設計的可行性； （ 4）螺旋機構在岔管的通過性問題研究； （ 5）更加靈活、可靠的行走機構； （ 6）機器人的可靠性研究。 該機器人具有大的承載能力 ,可以在較高的速度下實現(xiàn)連續(xù)移動 ,由于該機構的驅動體部分采用彈性裝置來支撐 ,所以該機構的管徑適應性增大 ,是一種具有實用價值的移動機構形式。 分析了直進輪式微型管道機器人的運動機理和運動特征 ,對其機構設計進行了分析和介紹。 所有零件繪制完畢后，按照配合要求對零件進行裝配最終裝配完的三維裝配圖如下圖 ： 圖 三維裝配體 5 總結與展望 總結 通過對國內外的微小型管道機器人的研究現(xiàn)狀進行的廣泛調研，設計了針對石油輸送管道直徑為φ 330mm 的直進輪式管道內部檢測機器人，它可以搭載 CCD攝像機、渦流傳感器等裝置對管道內壁的裂紋、小孔、腐蝕等缺陷進行檢測。陣列數(shù)為 3，在“要陣列的零部件”中選擇驅動輪連接機構，預覽無誤后單擊“確定”按鈕。 （ 4）單擊“視圖” →“臨時軸”，然后單擊“插入” →“零部件陣列” →“圓周陣列”，出現(xiàn)圓周陣列屬性管理器。 （ 3）單擊【配合】圖標，出現(xiàn)配合屬性管理器，選擇齒輪連接輪上的齒輪外表面與蝸輪 外表面作“相切”配合，預覽無誤后單擊“確認”圖標按鈕。重復上述步驟，打開“蝸輪”零件。選擇“裝配圖”，單擊【確定】按鈕。存盤，退出，完成驅動輪之間的相互配合。 （ 5）單擊【配合】圖標，出現(xiàn)配合屬性管理器，選擇銷子的外表面圓柱體與齒輪連接輪中心孔的內表面作“同軸心”配合，預覽無誤后單擊“確認”圖標按鈕。 （ 3）單擊【配合】圖標，出現(xiàn)配合屬性管理器，選擇齒輪連接桿較大的銷子的外表曲面與鋼輪中心孔的曲面作“同軸心”配合，預覽無誤后單擊“確定”圖標按鈕。單擊【配合】圖標，出現(xiàn)配合屬性管理器，選擇橡膠輪的內表曲面與鋼輪的外表曲面作“同軸心”配合，預覽無誤后單擊“確定”圖標按鈕。 （ 2）單擊“插入零部件”圖標按鈕→單擊“瀏覽”→找到“橡膠輪”零件→單擊“打開”， 移動鼠標將“橡膠輪”放置到恰當?shù)奈恢谩? 圖 彈簧的 實體模型 主要部位的連接 之間的相互配合 （ 1）啟動 SolidWorks，進入界面后單擊【新建】圖標按鈕。在“要陣列的實體”文本框中單擊，在繪圖區(qū)選擇掃描實體。在“旋轉軸”文本框中單擊，文本框變紅色，在繪圖區(qū)選擇角度尺寸為 90176。 （ 7）圓周陣列。執(zhí)行執(zhí)行菜單命令【插入】→【凸臺 /基體】→【掃描】，彈出【掃描】對話框。單擊【確 定】按鈕，退出草圖繪制狀態(tài)。單擊【草圖】→【圓】，繪制一個 1mm 的圓。 （ 5）繪制草圖 3,。用【添加幾何關系】工具分別添加螺旋線和樣條曲線，以及圓弧和樣條曲線的相切約束。在繪圖區(qū)中選擇螺旋線和草圖 2 圓弧，單擊【轉換實體引用】工具，將螺旋線和草圖 2 圓弧轉化為“ 3D 草圖 1”圖元。 （ 3）單擊【中心線】按鈕，以原點為端點繪制兩條垂直的中心線，單 擊豎直中心線，在屬性中將豎直去掉。 （ 2）單擊“插入” →“曲線” →“螺旋線 /渦狀線”，再打開的屬性管理器下，定義方式選擇“螺距和圈數(shù)”，參數(shù)中選擇恒定螺距，螺距為 ，圈數(shù)選擇 圈，起始角度為 0176。選擇“零件”，單擊【確定】按鈕。存盤，退出，完成蝸輪及其 連接件的三維實體建模過程。在新建立的基準面上畫一個φ 5mm 的圓，利用【智能尺寸】按鈕確定圓心與小圓柱體端面的距離為 10mm。 （ 4）選擇小圓柱體的端面作為繪圖基準面，單擊“草圖繪制” →“圓”，以繪圖圓面的圓心繪制一個φ 10mm 的圓，單擊“特征” →“拉伸切 除”，再打開的拉伸切除屬性管理器中方向選擇為給定深度，拉伸距離為 17mm，預覽無誤后單擊【確定】按鈕。 圖 蝸輪的草圖繪制 （ 3）單擊“特征” →“旋轉凸臺 /基體”，在打開的旋轉屬性管理器中選擇繪制的中心線為旋轉基線，旋轉角度為 360176。單擊【直線】按鈕，以原點為起始點在圖上畫出蝸輪的折線圖樣。選擇“零件”，單擊【確定】按鈕。并購后的 SolidWorks 以原來的品牌和管理技術隊伍繼續(xù)獨立運作，成為 CAD 行業(yè)一家高素質的專業(yè)化公司， SolidWorks 三維機械設計軟件也成為達索企業(yè)中最具競爭力的 CAD 產(chǎn)品。終于在 1997 年由法國達索公司以三億一千萬美元的高 額市值將 SolidWorks 全資并購。至此， SolidWorks 所遵循的易用、穩(wěn)定和創(chuàng)新三大原則得到了全面的落實和證明，使用它，設計師大大縮短了設計時間，產(chǎn)品快速、高效地投向了市場。良好的財務狀況和用戶支持使得 SolidWorks每年都有數(shù)十乃至數(shù)百項的技術創(chuàng)新，公司也獲得了很多榮譽。從 1995 年推出第一套 SolidWorks 三維機械設計軟件至今，它已經(jīng)擁有位于全球的辦事處，并經(jīng)由 300 家經(jīng)銷商在全球 140 個國家進行銷售與分銷該產(chǎn)品。機器人不會產(chǎn)生擱淺現(xiàn)象。此時管道的曲率半徑為管道機器人順利通過管道的臨界值。 圖 管道機器人擱淺示意圖 當管道機器人經(jīng)過的管道曲率半徑大于此時管道的曲率半徑，機器人則能順利通過。 管道機器人在管道中運動通過性分析 徑大小的影響 由于管道微型機器人可能在彎管中運動，為了防止機器人在管道中運動時，由于管道的曲率半徑太小而使得機器人擱淺而卡在管道中，不能前進和后退，現(xiàn)對管道曲率半徑對機器人的影響分析如下。 ~90176。 ~90176。因此，拉伸彈簧的設計是一個關鍵問題，需要選擇合適的參數(shù)，不僅要機構平穩(wěn)行駛，而且要盡量減小整個行走機構的運動阻力，降低對電機功率要求。通過查《機械設計手冊》知，宜選用 60000 型代號為 619/5 深溝球軸承。（ 5）軸向限位能力強，將軸（外殼）的兩面軸向移動限制在軸承的軸向游隙限度內。（ 3）軸承內部結構簡單，容易達到高的制造精度。 選擇 考慮到機器人使用壽命等問題，我們在所有軸心部位都安 裝有軸承，而深溝球軸承有以下特點：（ 1）主要承受徑向載荷，也可以承受少量的軸向載荷。對稱的兩端直接用彈簧相連。電機與蝸桿通過一聯(lián)軸件相連。由于受到徑向尺寸的限制，首先借助電機端面的螺紋孔，將電機固定在箱體端面上，左右兩端面通過左右各均布的六個螺栓相連。 確定中心距 a： a d1+d2 /2 50+50 /2 50mm。分度圓壓力角α 20176。 兩級齒輪傳動的設計 由于 3 個齒輪參數(shù)一樣，而且可以看成是兩級齒輪裝置，且傳動比 i 1，因此設計如下： 材料用材料用 35CrMo，調質處理，硬度 237263HBS。 蝸桿傳動的強度計算 對于閉式蝸桿傳動，首先按齒面接觸疲勞強度進行計算 確定主要幾何尺寸 ，再按齒根彎曲疲勞強度進行驗算；對于開式蝸桿傳動，通常只需進行齒根彎曲疲勞強度計算。蝸桿材料 45，表面淬火到 45~55HRC。由于在傳動中，蝸桿和蝸輪之間的相對滑動速度較大，更容易產(chǎn)生膠合和磨損?？紤]到預期實現(xiàn)的傳動比 i 82，Z1 與 Z2 最好避免有公因數(shù)，所以選擇蝸桿頭數(shù) Z1 1，蝸輪齒數(shù) Z2 82，變位系數(shù) X2 0。蝸桿分度圓上的導程角γ 3176。 蝸輪蝸桿的主要參數(shù) 模數(shù) m 1，壓力角α 20176。故最終實現(xiàn)了傳動比的傳遞，而且解決了受空間限制的問題。用于分度機構中，傳動 比可達幾百，甚至到 1000。 選擇傳動方式 因為蝸桿蝸輪能獲得較大的單級傳動比，故結構緊湊。因為電機的額定轉速為 1750 r/min，由傳動比公式： i 1750/ω，得： i 1750/ 。 4．機器人運動消耗功率： 5．代入數(shù)據(jù)： 已知： F’ 1200N， G 600N，機器人設計行進速度 120mm/s，查《機械設計手冊》得橡膠與鋼鐵的動摩擦因數(shù)，代入數(shù)據(jù)得： 進行計算、校驗之后，根據(jù)尺寸的限制選擇電機型號為 QZD08 串勵直流微特電機技術參數(shù)如下表： 表 電機技術參數(shù) 電機指標 參數(shù) 電機型號 QZD08 功率 800W 額定電壓 24V 額定電流 勵磁方式 串勵 絕緣等級 B 位的設計計算 傳動比 此設計在機器人有較大速度的前提下進行，因此先預計機器人最終行進速度在 120mm/s。 2．兩下驅動輪受管壁壓力： G：為機器人所受重力。 機的選擇 管道機器人是在管道限定的環(huán)境里運行，尤其是在有彎曲管道里運行，一方面，機器人在彎管（包括垂直管道）行走中要有足夠的摩擦力來克服重力的影響，另一方面需要提供足夠大的驅動力來克服各種阻力，現(xiàn)在使用的驅動方式一般是直流電機驅動。驅動輪在純滾動勻速運動時對中心 O6 的力矩滿足 : 311 由式 311 得 : 312 又 且 即： 313 314 移動機構設計 該微型管道機器人的移動機構包括直流電機、蝸輪蝸桿嚙合機構、兩級齒輪嚙合機構、機架和拉簧支撐機構等幾部分組成。為蝸輪與齒輪整體的重量， N2 為擺臂對該驅動輪和齒輪軸的壓力，r5 為齒輪的分度圓半徑， r6 為驅動輪的半徑。所以驅動輪與一個齒輪作為整體的受力分析如圖 37 所示。圖中 G23 為蝸輪與齒輪整體的重量。又因為蝸輪為斜齒輪，其軸向力不在所研究的摩擦力 f 及正壓力 N 所在的平面內，故可以忽略。 蝸桿受力分析 如圖 35 所示，以蝸桿為研究對象， P 為切向力， Pn21 為軸向力， Pr21 為法向力，有 34 35 36 上式中，α是壓力角，β是螺旋角。 :電機輸出轉矩 未知量 。 N:管壁對驅動輪的正壓力 。 f:管壁對驅動輪的摩擦力 。 移動機構前進時的受力分析 受力分析圖如下圖所示 : 圖 移動機構受力分析圖如圖 34 所示，該圖中假定移動機構的運動方向為前進方向，圖中參數(shù)的意義如下 : F:總負載包括移動機構本體的重量及攜帶設備的重量 。 負載無波動 。 移動機構移動時共有六個輪子與管道內壁接觸，假設每個輪子的封閉力都相同 。 管道機器人的移動機構的車輪在管道內作純滾動，而忽略掉零件加工中的誤差而導致的機構其他形式的運動 。 受力分析的一些假設條件 因為管道機器人的實際受力情況比較復雜，為了簡化分析和計算，所以對管道機器人的移動機構的受力情況，先做一些假設，以滿足分析的需要。由前面的分析可知，移動機構在管道中行走時，要實現(xiàn)力封閉及 驅動行走。反之在管徑變小時，撐緊機構施加到車輪上的正壓力增大，從而摩擦力增大，負載增大，電機所需的驅動力降低。當檢測不同的管道時，管道內徑可能是在一定范圍內變化的，這種變化也會影響到移動機構負載能力的變化。 移動機構的受力分析 微型管道內機器人其移動機構的主要任務是攜帶探測、修補或維護所需的設備，如 CCD