管內(nèi)步伐式行走機(jī)器人畢業(yè)設(shè)計(jì)-在線瀏覽
2025-03-02 16:46本頁面
【正文】 滿足不同使用要求和應(yīng)用環(huán)境要求。、工作原理：管內(nèi)步伐式行走機(jī)器人的運(yùn)動模仿人在井筒中四肢扶壁上下運(yùn)動的模式。機(jī)器人的轉(zhuǎn)彎最小曲率半徑由機(jī)構(gòu)決定。主要工作過程：A、初始狀態(tài):前腳踩在管壁上,后腳在抬起狀態(tài)前后腿外擺到最大角度.()B、第一前進(jìn)步:前后腿同時(shí)內(nèi)擺到最大角度,在腿內(nèi)擺過程中,前腳踩住管壁不動,連桿機(jī)構(gòu)拖動身軀和后單元向前移動一步()C、第一次交換支撐腳:后腳外伸踩住管壁,同時(shí)前腳縮回抬起離開管壁,實(shí)現(xiàn)支撐腳轉(zhuǎn)換,在交換支撐腳過程中,機(jī)器人沒有前后運(yùn)動。()管內(nèi)步伐式機(jī)器人的機(jī)構(gòu)主要分為3部分，有撐腳機(jī)構(gòu)及其傳動、牽引機(jī)構(gòu)及傳動、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)等。 撐腳機(jī)構(gòu)的作用是使管道機(jī)器人被支承在管道中心線上。當(dāng)電機(jī)(16)帶動小齒輪(15)和齒圈(14)旋轉(zhuǎn)時(shí)，齒圈背面的平面螺紋驅(qū)動滑桿(13)在筒體(10)的徑向軌道內(nèi)外伸推動腳靴踩在管壁上，電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，滑桿內(nèi)縮帶動腳靴徑向抬起離開管壁。布置，三套腳靴同步伸縮,其動作與車床三爪卡盤的動作類同。為了使機(jī)器人在腳靴縮回時(shí), 仍能維持在中心線上,安裝4 組輔助支承輪(18),每組三套, 在圓周上間隔120176。當(dāng)撐腳縮回時(shí)支承輪使機(jī)器人基本上維持在管道中心線上。牽引機(jī)構(gòu)的作用是拖動機(jī)器人前進(jìn)。當(dāng)電機(jī)(1)帶動螺桿轉(zhuǎn)動時(shí),螺母受撥桿的約束不能轉(zhuǎn)動而沿螺桿軸向移動,固連其上的撥銷(4) 撥動撥桿(7)順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動, 由于腳靴(12) 鎖死在管壁上, 支承桿(9)不能向后運(yùn)動,撥桿(7)通過銷(6)帶動支架(3)及其固連在(3)上的套筒(11)在筒體(10)內(nèi)向前滑動, 同時(shí)通過萬向節(jié)(21)拖動機(jī)器人的后單元，此時(shí)后單元的腳靴在抬起狀態(tài))向前運(yùn)動,整個(gè)機(jī)器人前進(jìn)?！ ∞D(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的作用是使機(jī)器人能隨管道的彎曲自動轉(zhuǎn)向通過彎曲管道。 當(dāng)管道彎曲時(shí)萬向節(jié)可自動轉(zhuǎn)向適應(yīng)彎曲管道,這樣機(jī)器人通過彎曲管道時(shí)無需專門進(jìn)行檢測和控制。 根據(jù)步伐機(jī)器人的運(yùn)動特點(diǎn)，撐腳機(jī)構(gòu)是主體，所產(chǎn)生的支撐力應(yīng)能保證機(jī)器人在單步運(yùn)動中一端鎖定在管壁中，使機(jī)器人在單步工作中保持穩(wěn)定。對撐腳機(jī)構(gòu)的要求是：能夠產(chǎn)生足夠大的支撐力；放松和支撐能夠收放自如；結(jié)構(gòu)簡單、輕量化。因此擬采用滾珠絲桿副。②滾珠絲桿副具有高效率和高精度的特點(diǎn)。④構(gòu)件間的可動聯(lián)接通常不是借助于運(yùn)動副本身，而是在絲杠和螺母兩構(gòu)件間利用中間元件（滾珠）來實(shí)現(xiàn)。 本章主要介紹了機(jī)器人的本體結(jié)構(gòu)及技術(shù)要求，將機(jī)器人模塊劃分，為下面具體設(shè)計(jì)提供依據(jù)。履帶式與壁面接觸面積大，承載能力大，移動速度快，對壁面的適應(yīng)能力強(qiáng)履帶磨損大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，機(jī)動性較差。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，移動是間歇的，速度慢，關(guān)節(jié)和足數(shù)多，控制復(fù)雜。在行走機(jī)器人結(jié)構(gòu)中用步伐式行走具有很多優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)在規(guī)則形狀的任意長的管道內(nèi)運(yùn)動。 此處省略不同的動力系統(tǒng)具有不同的特點(diǎn)，根據(jù)不同的工作環(huán)境和應(yīng)用場合，按照具體的要求來選擇最合適的動力系統(tǒng)可以達(dá)到預(yù)定的目標(biāo)。項(xiàng)目氣壓驅(qū)動液壓驅(qū)動電氣驅(qū)動機(jī)械驅(qū)動技術(shù)要求較低較高最高較低動作快慢較快較慢快慢速度穩(wěn)定性較差良好較好很好驅(qū)動力中等最大較大較大環(huán)境要求適應(yīng)性好不怕震動要求高一般控制距離中等短長短經(jīng)濟(jì)性便宜較貴較貴一般系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單復(fù)雜復(fù)雜稍復(fù)雜使用維護(hù)簡單稍高較高簡單速度調(diào)整容易很容易稍困難困難 ，最高可達(dá)1Mpa。氣壓驅(qū)動的缺點(diǎn)是功率質(zhì)量比少，裝置體積大，同時(shí)由于空氣的可壓縮性使得機(jī)器人在任意定位時(shí)，位姿精度不高。液壓驅(qū)動系統(tǒng)用215Mpa的油液驅(qū)動，體積較氣壓驅(qū)動小，功率質(zhì)量比大，驅(qū)動平穩(wěn)，液壓驅(qū)動的缺點(diǎn)是易漏油，這影響工作穩(wěn)定性和定位精度。電氣驅(qū)動是利用各種電機(jī)產(chǎn)生的力或轉(zhuǎn)矩，直接或經(jīng)過減速機(jī)構(gòu)去驅(qū)動負(fù)載，減少了由電能變?yōu)閴毫δ艿闹虚g環(huán)節(jié)，直接獲得要求的機(jī)器人運(yùn)動。所以選擇電氣驅(qū)動與機(jī)械驅(qū)動相結(jié)合的方案。目前在機(jī)器人的運(yùn)動控制中較為常用的電機(jī)有直流伺服電機(jī)、交流伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)，他們的特性、工作原理與控制方式如下表。通過電刷和換向器使電流方向隨轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動角度而變化，實(shí)現(xiàn)連續(xù)轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)矩控制采用電流控制方式，兩者成正比。無刷直流電機(jī)結(jié)構(gòu)與同步電機(jī)相同，特性與直流電機(jī)相同。異步電機(jī)通常采用電壓控制步進(jìn)電機(jī)直接用數(shù)字信號控制，與計(jì)算機(jī)接口簡單，沒有電刷，維護(hù)方便，壽命長，缺點(diǎn)是能量轉(zhuǎn)換效率低，易失歩，過載能力弱按產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的方式可分為：永磁式。步進(jìn)電機(jī)雖然有一些不足，如啟動頻率過高或負(fù)載過大時(shí)易出現(xiàn)失步或堵轉(zhuǎn)，停止時(shí)轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖，且一般無過載能力，往往需要選取有較大轉(zhuǎn)矩的電機(jī)來克服慣性力矩。綜合考慮控制要求、成本等多方面因素，本系統(tǒng)選用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動電機(jī)。夾緊機(jī)構(gòu)分為機(jī)械式和液壓式兩種，機(jī)械式夾緊機(jī)構(gòu)采用平面螺旋副。平面螺旋盤的驅(qū)動靠電機(jī)一凸輪副或電機(jī)一輪副驅(qū)動。為此我們提出了三種結(jié)構(gòu)方案： ①電機(jī)一凸輪副結(jié)構(gòu)方案 電機(jī)凸輪服結(jié)構(gòu)圖 工作原理為：電機(jī)經(jīng)偏心圓弧凸輪，驅(qū)動平面螺旋盤在一定的角度內(nèi)轉(zhuǎn)動，再推動接觸腳外伸或回縮從而與管道鎖緊與放松。 ②液壓式夾緊
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