【正文】 畢業(yè)設(shè)計（論文） 1第一章 概 述 機器人概述 機器人 —— 這一詞 最早使用始于 1920年至 1930 年期間在捷克作家凱勒爾 .凱佩克（ KAREL CAPEK）的名為“羅薩姆的萬能機器人”的幻想劇中，一些小的人造的和擬人的傀儡絕對地服從其主人的命令。這些傀儡被稱為“機器人”。意思是“強制的勞動”。舉例說，人搬運某一物體的運動過程中可用圖（ a）所示的方塊圖來說明。感覺到這種信息經(jīng)過 感覺神經(jīng)送到大腦中， 大腦經(jīng)過分析計算，然后通過運動神經(jīng)發(fā)出指令，手臂用最好 的方式伸向物體，并將物體抓住，手上的感覺神經(jīng)，感覺物體已經(jīng)抓牢了，把信息傳給大腦。一般包括以下幾個部分見圖（ b）： 耳、眼 腦 手 軀干 腳 對象環(huán)境 感受、觀測 運動神經(jīng) 感覺神經(jīng) 行走 操作 （ a） 操作人員 行走裝置 執(zhí)行機構(gòu) 與操作人員聯(lián)系裝置 感覺裝置 外界環(huán)境 控制裝置 (b) 蘭州理工大學 畢業(yè)設(shè)計（論文） 2（相當于人的大腦）， （相當于人的手）； （相當于人的腳）； 與外界環(huán)境聯(lián)系的裝置（相當于人的口、耳、眼、鼻以及皮膚上的感覺神經(jīng)）。①通用性： 具有完成各種任務(wù)以及以不同的方式完成相同的結(jié)構(gòu)或機械能力。 ② 自動適應性：是指一個機器人必須被設(shè)計成由自己去完成任務(wù)，盡管難以預知，但卻可以有限的知道在完成任務(wù)期間環(huán)境的變化，通過改變路徑、姿態(tài)等來處理所面對的問題，最終完成任務(wù)。現(xiàn)在使用的有很多種。 機器人的誕生和機器人學的建立無疑是 20 世紀人類科學技術(shù)的重大成就。特別是到了 20世紀 90 年代，隨著計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的快速發(fā)展，機器人技術(shù)也得到了飛速發(fā)展。工業(yè)機器人在經(jīng)歷誕生 —— 成長 —— 成熟期后，已成為現(xiàn)代 先進制造業(yè)中必不可少的核心裝備，當今世界上約有上百萬臺工業(yè)機器人正與工人朋友并肩戰(zhàn)斗在各條戰(zhàn)線上。 管道機器人概述 20 世紀 70 年代以來，石油、化工、天然氣及核工業(yè)等產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，各種管道作為一種重要的物料輸送設(shè)施，得到了廣泛應用。同時多數(shù)管道安裝環(huán)境人們不能直接到達或不允許人們直接進入，為進行質(zhì) 量檢測和故障診斷，采用傳統(tǒng)的全面挖掘法、隨機抽樣法工程量大，準確率低，管道機器人就是為了解決這一實際問題 產(chǎn)生的，它是由可沿管道內(nèi)部或外部自動行走裝置、攜有一種或多種傳感器及操作裝置如：機械手、噴槍、焊槍、刷子。管道機器人可完成的管道作業(yè)有以下幾類： 1. 生產(chǎn)、安裝過程中的管內(nèi)質(zhì)量檢測。 3. 使用過 程中焊縫情況、表面腐蝕、裂縫破損等故障診斷。 5. 管道內(nèi)外器材運送、搶救等其它用途。 哈爾濱工業(yè)大學鄧宗全教授在國家“ 863”計劃課題“ X 射線檢測時成像管道機器人的研制”的支持下，開展了輪式行走方式的管道機器人研制，實現(xiàn)了管外機構(gòu)同步運動作業(yè)無攬操作技術(shù)，并研制了鏈式和鋼帶式兩種新型管外傳動機構(gòu)。它是模仿昆蟲在地面爬行時蠕動前進與后退的動作設(shè)計的。針對微小空間、微小管道 時探測要求，研制成電磁驅(qū)動微小型管道機器人樣機。其驅(qū)動機理模擬生物的蠕動爬行。西安交通大學設(shè)計制作了蠕動式微動直線自行走機構(gòu)。 廣州工業(yè)大學借用仿生學原理，研制成結(jié)構(gòu)獨特的，像蠕蟲一樣的微管道機器人的運動由電磁力驅(qū)動。當分別通電時，機器人的兩個驅(qū)動器互相吸合收縮。 國外管道機器人的發(fā)展 國外關(guān)于燃氣管道機器人的研究始于 20 世紀 40 年代，由于 70 年代的微電子技術(shù)，計算機技術(shù)、自動化技術(shù)的發(fā)展，管道檢測機器 人技術(shù)于 90年代初，得到了迅猛發(fā)展并接近于應用水平。日本管道機器人眾多，東京工業(yè)大學于 1993 年開始研究管道機器人，并且成功研制出 THES 系列的機器人，以下介紹 THES2Ⅲ型管道機器人：其采用“電機 —— 蝸輪蝸桿 —— 驅(qū)動輪”的驅(qū)動方案，同時每個驅(qū)動輪都有一個傾斜角度測蘭州理工大學 畢業(yè)設(shè)計（論文） 6量輪，通過測量輪探測機器人的傾斜角度，并反饋給電機 ，從而保證管道機器人的驅(qū)動輪以垂直的姿態(tài)運動。 美國是機器人的誕生地，早在 1962 年就研制出世界上第一臺工業(yè)機器人，是世界上的機器人強國之一，其基礎(chǔ)雄厚，技術(shù)先進，并有很多管道機器人產(chǎn)品。美國紐約煤氣集團公司 (NYGAS)的 DAPHNEDPZURKO 和卡內(nèi)基梅隆大學機器人技術(shù)學院的 HAGENSCHEMPF 博士在美國國家航空和宇宙行局（ NASA）的資助下于 2021 年開發(fā)了長距離、無攬方式的管道機器 人系統(tǒng) —— EXLORER，專門用于檢測地下煤氣管道是情況。（ 2）可以在鑄鐵和鋼質(zhì)煤氣管道中，低壓和高壓條件下工作。（ 3）可有利通過 90176。 （ 4）與外部操作人員采用無線通訊方式。 德國工業(yè)機器人的總數(shù)占世界第三位，僅次于日本和美國。該機器人由六節(jié)單元組成，其頭部和尾部兩個單元體完蘭州理工大學 畢業(yè)設(shè)計（論文） 7成相同，每個單元之間的節(jié)點由 3 個電動機驅(qū)動，使得 MAKRO 可以抬起或者彎曲機器人個體，從而可以輕松越過障礙物或?qū)崿F(xiàn)拐彎運動，該管道機器人系統(tǒng) MAKRO 具有 21 個自由度 ，長度為 2M，質(zhì)量為 50Kg，采用無纜 控制方式， MAKRO 系統(tǒng)使用于直徑為 300~600mm 的管道。兩履帶調(diào)節(jié)到平行位置時，可以在平地或矩形管道內(nèi)行走。 KAWAGUCH 等研制的管道檢測機器人系統(tǒng)只適用于 500mm 的管道，而且一次作業(yè)的檢測距離不大于 500m。 機器人的發(fā)展前景 展望 21 世 紀 機 器 人 技 術(shù) 的 發(fā) 展 趨 勢 ， 明 顯 地 向 著 智 能 化（ INTELLECTUALIZATION）發(fā)展，包括機器人本身向智能機器人進化和實現(xiàn)機器人化（ ROBOTIZATION） 系統(tǒng)。總的說來，雖然存在不少難關(guān)，甚至出蘭州理工大學 畢業(yè)設(shè)計（論文） 8現(xiàn)某些陰影，但新世紀機器人學的發(fā)展前景是十分光明和充滿希望的。； 、小于 30176。其缺點是：越障礙能力和拐彎差。缺點是著地面積小，維持一定的附著力較困難，這使得結(jié)構(gòu)復雜，越障礙能力有限。缺點是體積大不易小型化，拐彎半徑大，結(jié)構(gòu)復雜，還要保持履帶的張緊。缺點是結(jié)構(gòu)和控制復雜，行走速度慢。缺點是移動速度慢，控制復雜。缺點是結(jié)構(gòu)復雜，移動速度慢，驅(qū)動力要求高。所以采用上述行走機構(gòu)的移動方式的組合來實現(xiàn)行走，這樣可利用其綜合優(yōu)點避免單一移動方式的缺點。所以，設(shè)計了一種如下所示的機器人，其特點是：移動速度快、轉(zhuǎn)彎比較容易、有較大牽引力、對粗糙路面適應性強、越障礙能力強；同時，可伸縮性使得機器人對變徑管道有較好的自適應性。利用鏟斗鏟起灰塵，然后行走到管道底 部 的 傾倒垃圾開口，傾倒灰塵。 ② 借鑒吸塵器的工作原理。 所以才用具有兩個自由度的機械臂，臂未端附上吸塵器頭，臂上附上塑 料軟管， 軟管最終以主體的垃圾箱密封連接。在本機器人設(shè)計中，采用滾珠絲杠螺母副來和放大桿組來實現(xiàn)。 （ 4）最終方案的確定 根據(jù)以上的分析和比較 ，最后得出最終方案。 蘭州理工大學 畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 第三章 部件的設(shè)計和計算 管道機器人工作計算 由于管道直徑是變化的，變化范圍為（ φ 600φ 700mm），通過計算當管 道直徑為 700mm 時，且堆積相對底部為 70mm， 每 50m 最大工作量 Gmax： 其中 h=70mm,d=700。 b= 22 aR = 22 280503 =210mm θ =arctan(b/a)=arctan(210/280)=176。1/2 a 2b=