【正文】 圖 9 履帶行走得機(jī)構(gòu)原理圖 分析：在驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)力矩 M 作用下 ，驅(qū)動(dòng)輪與支重輪之間的履帶受內(nèi)拉力 F1， F1對(duì)接地段與地面接觸，使地面產(chǎn)生反作用的摩擦力 F2，作用于機(jī)器人。本文選用后驅(qū)動(dòng) 11 方式，原因是后驅(qū)動(dòng)提高了機(jī)器人對(duì)不同管道內(nèi)的適應(yīng)性。 [21] 本論文采用的鏈條為兩側(cè)帶翼板的不銹鋼滾子鏈，以便在改形后的外側(cè)翼板上鑲嵌橡膠塊。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。鏈傳動(dòng)依靠鏈輪輪齒與鏈節(jié)的嚙合傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。當(dāng)要求速度快時(shí)，就將傳動(dòng)比系數(shù)減小，相反速度要求慢時(shí)，就將傳動(dòng)比系數(shù)增大。電機(jī)的額定功率為 ，額定電壓為 12v，其減速器為蝸輪蝸桿減速器，減速比為 46： 1，額定轉(zhuǎn)速 3450r/min，重量 ?？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)。 電機(jī)的選用 直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起動(dòng)性能，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，能在較寬的范圍內(nèi)進(jìn)行平滑的無(wú)級(jí)調(diào)速，還適宜于頻繁起動(dòng)。鋁合金材料有良好的力學(xué)性能，而且鋁合金材料在防腐方面也有突出的表現(xiàn)，解決了普通金屬材料在防腐方面的缺陷。為增大機(jī)器人在管道內(nèi)工作時(shí)的拖纜力，在鏈條的每一鏈節(jié)上安裝有橡膠履帶塊。蠕動(dòng)式有蛇行、仿蚯蚓等運(yùn)動(dòng)模型。 （ 3） 足式是一種模仿昆蟲(chóng)結(jié)構(gòu)功能的移動(dòng)方式，地形適應(yīng)能力強(qiáng)，能越過(guò)較大的 10 壕溝和臺(tái)階，其缺點(diǎn)是速度和效率低，轉(zhuǎn)向比較困難，控制系統(tǒng)復(fù)雜，因?yàn)橥群偷孛娴慕佑|面積小而使得單位的壓強(qiáng)太大，所以應(yīng)用起來(lái)比較困難。 （ 2）履帶式著地面積大，易產(chǎn)生較大的附著力，對(duì)不平路面的適應(yīng)性強(qiáng)，牽引性能非常好。 （ 1） 輪式機(jī)器人以其運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性、平穩(wěn)性和車(chē)輛技術(shù)的成熟性而廣為應(yīng)用。 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。與無(wú)纜式相比，優(yōu)點(diǎn) 是，動(dòng)力大，可攜帶設(shè)備量多，可靠性高?？紤]到通信、能源供給的可靠性。攜帶各種傳感器、檢測(cè)儀器和維修作業(yè)裝置進(jìn)入管道中，完成對(duì)管道內(nèi)各種缺陷的探測(cè)，并進(jìn)行必要的維護(hù)作業(yè)。 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(chē)，通過(guò)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?xún)?nèi)的排水管道穿纜、檢測(cè)任務(wù)。其次，考慮到作業(yè)環(huán)境和作業(yè)性質(zhì)的特殊性，需要機(jī)器人具有一定的負(fù)載能力以及越障、拖纜能力。結(jié)合機(jī)器人的實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，解決機(jī)器人接觸力問(wèn)題，包括理論計(jì)算了機(jī)器人的拖纜力、地面力和牽引力 。通過(guò)前幾章得出的結(jié)論，給出機(jī)械裝置的整體構(gòu)造。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(wèn)題。結(jié)合管道環(huán)境對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方式要求，通過(guò)綜合分析，解決制造機(jī)器人所用的材料，所用電機(jī)型號(hào)和中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的具體參數(shù)值的問(wèn)題。提出論文的主要研究?jī)?nèi)容。介紹論文研究的背景、目的和意義。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。該機(jī)器人的結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠。剪形壓緊機(jī)構(gòu)具有可調(diào)接合點(diǎn)，調(diào)節(jié)接合點(diǎn)的位置，可使機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)輪徑向縮進(jìn)或擴(kuò)張，從而調(diào)節(jié)彈簧的壓緊力，使機(jī)器人能夠運(yùn)行于垂直管道；三個(gè)電機(jī)以不同速度旋轉(zhuǎn)，機(jī)器人可以通過(guò)彎管 :三個(gè)電機(jī)所提供的牽引力較大，因此，機(jī)器人可以長(zhǎng)距離運(yùn)行。鄧宗全等人于 1997年10月研制了“航空輸油管道內(nèi)補(bǔ)口作業(yè)機(jī)器人”，該機(jī)器人己應(yīng)用于上海浦東機(jī)場(chǎng)建設(shè)工程中。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(wèn)題進(jìn)行了探討，并就行走機(jī)構(gòu)作了較深入的研究。國(guó)內(nèi) 28個(gè)單位 800多名科技人員參加了這一主題所分解的課題。智能機(jī)器人主題作為自動(dòng)化領(lǐng)域兩個(gè)主題之一，在 20世紀(jì)的目標(biāo)是要完成高精度裝配機(jī)器人 、水下無(wú)纜作業(yè)機(jī)器人、惡劣環(huán)境下作業(yè)機(jī)器人的研制，把研制以遙控為主、具有局部自主功能的智能機(jī)器人作為第一階段的戰(zhàn)略目標(biāo)。 我國(guó)的機(jī)器人研制工作雖然起步較晚，但越來(lái)越受到重視。堅(jiān)固而有韌性，可以順利通過(guò) 180度彎道或連續(xù) 180度返水彎管。根據(jù)疏通管道的直徑配備不同的鉆具 (刀頭 )進(jìn)行管道疏通。軟軸大多為分段結(jié)構(gòu)，兩端有接頭，可以多根軟軸接在一起使用從而疏通較長(zhǎng)距離的管道。如圖 4所示 5 圖 4 L形彎管檢測(cè)機(jī)器人 美國(guó) RIDGID〔里奇 )管道疏通機(jī)。通過(guò)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。 L形彎管管內(nèi)檢測(cè)機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)由頭部和本體兩部分組成，當(dāng)機(jī)器人在直管內(nèi)行走時(shí)，本體上的電機(jī)M1通過(guò)減速裝置帶動(dòng)本體上的 4個(gè)驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使機(jī)器人直線行走。操作師的指令傳給機(jī)器人內(nèi)安裝的微處理系統(tǒng)。在發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)后，機(jī)器人用一整套工具 銑刀、鉆頭、切割和清理工具完成各道工序。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。該維修車(chē)有 9 個(gè)電驅(qū)動(dòng)裝置，能把整個(gè)機(jī)器聯(lián)接起來(lái)，推出并轉(zhuǎn)動(dòng)工作部件，翻轉(zhuǎn)攝像機(jī)，用于觀察修理過(guò)程，還能“指使”刷子去清洗應(yīng)洗的部位。該管道檢測(cè)機(jī)器人系統(tǒng)通過(guò) CCD 攝像頭實(shí)現(xiàn)信息的 采集，整個(gè)系統(tǒng)采用拖纜控制方式，檢測(cè)距離超過(guò) 100m，圖 2(d)為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)圖片。 ThesII 型管道檢測(cè)機(jī)器人的每一節(jié)機(jī)器人單元的左右兩側(cè)分別布置著由彈簧板支撐的一對(duì)輪子，輪子由電動(dòng)機(jī)通過(guò)減速齒輪箱驅(qū)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在管道中的前進(jìn)和后退運(yùn)動(dòng)， ThesII 型管道檢測(cè)機(jī)器人可以在帶有彎管接頭的管道中運(yùn)動(dòng)，如圖 2（ b）所示。 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。該機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易小型化，但是其在管道內(nèi)的行走速度難以控制，而且振動(dòng)使管道檢測(cè)機(jī)器人沿圓周方向自轉(zhuǎn)，導(dǎo)致機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)姿態(tài)不穩(wěn)定且難以有效地控制，這些對(duì)傳感器的工作和機(jī)器人的使用壽命均會(huì)產(chǎn)生很大的影響。日本學(xué)者 [1011]等人于 1987 年研制成功了振動(dòng)式管道檢測(cè)機(jī)器人，圖 1所示為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，其工作原理是在機(jī)器人的外表面裝有若干與機(jī)器人本體成一定角度的彈性針，靠彈性針的變形使管道檢測(cè)機(jī)器人壓緊在管道內(nèi)壁上。 2 國(guó)內(nèi)外管道檢測(cè)機(jī)器人設(shè)計(jì)的發(fā)展?fàn)顩r 管道檢測(cè)機(jī)器人是集無(wú)損檢測(cè)技術(shù)、機(jī)器人控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)分析和處理等多項(xiàng)技術(shù)于一體的實(shí)用化工程。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(kāi)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。 [89]因此，與管外檢測(cè)技術(shù)相比，管道檢測(cè)機(jī)器人技術(shù)在管道安全管理工程中具有不可替代的作用，是管外檢測(cè)技術(shù)的重要補(bǔ)充。管道檢測(cè)機(jī)器人實(shí)施的是管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)，它還能夠方便地獲取、傳輸、存儲(chǔ)管道內(nèi)的視頻影像數(shù)據(jù)，作為分析判斷管道內(nèi)壁腐蝕狀況、兒何形狀異常、堵塞、斷裂、泄漏的重要依據(jù) ，并可利用機(jī)器人自身精確的定位系統(tǒng)對(duì)缺陷進(jìn)行定位，通過(guò)攜帶的檢測(cè)裝置對(duì)關(guān)鍵部位實(shí)施進(jìn)一步的定量檢測(cè)。 [57] 管道檢測(cè)機(jī)器人是針對(duì)輸油、氣管道的檢測(cè)、噴涂、接口焊接、異物清理等維護(hù)等維護(hù)檢修作業(yè)所研制的一種特種機(jī)器人。在研究和開(kāi)發(fā)的過(guò)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。 開(kāi)發(fā)非結(jié)構(gòu)環(huán)境下工作的特種機(jī)器人，使人脫離危險(xiǎn)作業(yè)的生產(chǎn)一線，減輕人的勞動(dòng)強(qiáng)度，是機(jī)器人發(fā)展的一個(gè)必然方向。從深海到宇宙空間，在各種人類(lèi)所不能承受的極限環(huán)境中都能找到機(jī)器人的應(yīng)用。對(duì)煤氣管道檢測(cè)機(jī)器人管內(nèi)運(yùn)動(dòng)力學(xué)的有關(guān)問(wèn)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。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(zhuān) 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