【正文】 ..... 16 運(yùn)動(dòng)自由度分析 ............................................................................. 18 電機(jī)的選擇 ..................................................................................... 18 電機(jī)連接軸的設(shè)計(jì) ............................................................................... 19 彈簧的設(shè)計(jì)與選擇 ............................................................................... 21 支撐輪和電機(jī)的固定方案 ................................................................. 22 探測(cè)頭的定位方案 ............................................................................... 23 4 管道機(jī)器人在管中運(yùn)動(dòng)通過(guò)性分析 ...................................................... 24 管道 環(huán)境對(duì)機(jī)器人的幾何約束 ....................................................... 24 5 監(jiān)視控制系統(tǒng) .................................................................................................. 26 探測(cè)頭的選擇 ...................................................................................... 26 檢測(cè)系統(tǒng) ................................................................................................. 26 單片機(jī)控制系統(tǒng) .................................................................................... 27 控制程序 ................................................................................................. 28 H 橋式驅(qū)動(dòng)電路 ( H bridged power amplifier).............................. 28 機(jī)器人與主控計(jì)算機(jī)的通訊 ( The munication between the robot and master puter) .................................................................................. 29 6 行程的計(jì)算 ........................................................................................................ 31 7 應(yīng)用前景 ............................................................................................................. 32 結(jié)束語(yǔ) ....................................................................................................................... 31 致謝 ............................................................................................................................ 32 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................... 33 I 螺旋輪式管道機(jī)器人的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真分析 摘 要 管道是人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活中常用的一種運(yùn)輸工具，石油的運(yùn)輸、城市中廢水和廢氣的排放，城鎮(zhèn)集體供暖中暖氣的輸送和空調(diào)的通風(fēng)等等，都需要用到管道。 Ⅰ 英文摘要 基本要求： 建立三維模型，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，提交圖紙，設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)等相關(guān)資料。 學(xué)校代碼： 11517 學(xué) 號(hào)： 202106111105 畢業(yè)設(shè)計(jì) 題 目 管道機(jī)器人的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真分析 學(xué)生姓名 張 海 紅 專業(yè)班級(jí) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 0844 學(xué) 號(hào) 202106111105 系 （部 機(jī)械工程系 指導(dǎo)教師 王 新莉（教授）、孟凱（助教） 完成時(shí)間 2021年 5 月 20 日 河南工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū) 題目 管道機(jī)器人的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真分析 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化 學(xué)號(hào) 202106111105 姓名 張海紅 主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等： 選題背景： 在核工業(yè)、石油天然氣、軍事裝備等領(lǐng)域中，管道作為一種有效的物料輸送手段而得到廣泛應(yīng)用，為了提高管道壽命，防止泄露等事故的發(fā)生，管道機(jī)器人作為高效準(zhǔn)確的故障診斷 、檢測(cè)和維修手段應(yīng)運(yùn)而生，廣泛地應(yīng)用于管到的探傷、補(bǔ)口、維修、焊接等諸多領(lǐng)域。 主要內(nèi)容： 設(shè)計(jì)一款管道機(jī)器人的機(jī)構(gòu)，對(duì)設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析。 主要參考資料： 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 傳感器技術(shù) 機(jī)器人技術(shù) 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用 相關(guān)科研論文 10 篇 完 成 期 限： 指導(dǎo)教師簽名： 專業(yè)負(fù)責(zé)人簽名： 年 月 日 目 錄 中文摘要 Ⅱ 1 前言 ......................................................................................................................... 1 課題的背景與意義 ................................................................................. 1 機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì) ................................................................... 1 國(guó)內(nèi)外管道微型機(jī)器人的發(fā)展近況 ............................................... 2 商業(yè)領(lǐng)域的管道機(jī)器人 ................................................................... 6 本課題的設(shè)計(jì)任務(wù) ................................................................................. 8 論文的主要內(nèi)容 ..................................................................................... 8 2 螺旋輪式管道機(jī)器人的總體方案設(shè)計(jì) ................................................ 11 機(jī)器人管內(nèi)運(yùn)動(dòng)方式對(duì)比分析 ....................................................... 11 輪式 ................................................................................................. 11 蠕動(dòng)式 ............................................................................................. 12 螺旋輪式管道機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)機(jī) 理 ................................................... 14 機(jī)構(gòu)的原理 ..................................................................................... 14 機(jī)器人設(shè)計(jì)要點(diǎn) ............................................................................. 15 3 管道機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì) ........................ 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。但管道并不能永久的保持有效性，如管道會(huì)出現(xiàn)老化、堵塞、破裂和附著細(xì)菌等現(xiàn)象，這就需要對(duì)管道進(jìn)行檢測(cè)、探傷與定位。所以管道機(jī)器人研制的根本意義在于：可以實(shí)現(xiàn)管道的無(wú)損維護(hù)、內(nèi)窺檢測(cè)及破損定位等工作，提高管道檢測(cè)和清理的效率。最后結(jié)合我國(guó)石油工業(yè)發(fā)展的具體情況 , 給出了管道機(jī)器人在油氣輸送管道、油氣井及其他管道中的應(yīng)用前景。s working principle, structure characteristics and development process. Finally, bined with the development of industry of our country oil situation, gives the robot for pipeline in oil and gas pipelines, oil and gas and other pipeline application prospect. KEYWORDS pipe, testing, robot, variable diameter 螺旋輪式管道機(jī)器人的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真分析 1 1 緒論 課題的背景與意義 工業(yè)管道系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于冶金、石油、化工及城市水暖供應(yīng)等領(lǐng)域。然而管道所處的環(huán)境往往受人力或人手不及所限，檢修難度很大，故通常對(duì)重要和不允許泄漏的管道采用定期或提前報(bào)廢的辦法，從而造成了巨大人力和物力損失。并且往往會(huì)妨礙道路交通。我國(guó)油氣管道大多是在 6 0 ~7 0年代建設(shè)的，迄今僅在役時(shí)間近 3 0 年、處于中老齡期和事故多發(fā)性階段的長(zhǎng)輸管線已逾 萬(wàn) k m，正面臨著道進(jìn)入中老齡期，處于事故多發(fā)階段，油氣管道的檢測(cè)和評(píng)價(jià)的需求已日趨迫切。 機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì) 工業(yè)機(jī)器人 是最典型的機(jī)電一體化數(shù)字化裝備，技術(shù)附加值很高，應(yīng)用范圍很廣，作為先進(jìn)制造業(yè)的支撐技術(shù)和 1/44 信息化社會(huì)的新興產(chǎn)業(yè)，將對(duì)未來(lái)生產(chǎn)和社會(huì)發(fā)展起著越來(lái)越重要的作用。據(jù)聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì) (UNECE)和國(guó)際機(jī) 器人聯(lián)合會(huì)2 (IFR)的統(tǒng)計(jì)，世界機(jī)器人市場(chǎng)前景看好，從 20 世紀(jì)下半葉起，世界機(jī)器人產(chǎn)業(yè)一直保持著穩(wěn)步增長(zhǎng)的良好勢(shì)頭。 2021 年增長(zhǎng)率達(dá)到創(chuàng)記錄的 20％ 。 國(guó)內(nèi)外管道微型機(jī)器人的發(fā)展近況 自驅(qū)動(dòng)管內(nèi)機(jī)器人包括圖 11 所示的輪式、腳式、爬行式、蠕動(dòng)式，還包括履帶式等。該機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)分別由頭部和本體兩部分組成，頭部和本體可相對(duì)回轉(zhuǎn)。當(dāng)通過(guò) 90 度彎管時(shí)，電動(dòng)機(jī) M2 驅(qū)動(dòng)頭部做姿態(tài)調(diào)3 整， 同時(shí)驅(qū)動(dòng)頭部履帶，引導(dǎo)機(jī)器人通過(guò)彎管。日本東芝公司于 1997 年研制了一臺(tái)輪式管內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人 ，前部帶有一部微型 CCD 攝像機(jī)，能分辨管內(nèi)異物并用微型機(jī)械手實(shí)現(xiàn)清理。該機(jī)器人采用多輪驅(qū)動(dòng)式為了增加牽引力，由于輪徑太小，越障能力有限，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜。每個(gè)單元體上