【正文】 ）信號(hào)、電力的傳輸和供給方式問題。如果采用無(wú)線方式傳遞信號(hào)，由于金屬管道具有一定的屏蔽作用，需要考慮發(fā)射信號(hào)的頻率。這里考慮到需要的電量比較大和本身需要攜帶氣管，采用了管外線纜供電方式和線纜通信方式。管道內(nèi)部的復(fù)雜環(huán)境，可能導(dǎo)致傳感器無(wú)法正常工作，人工的介入是必要的，但又需要具有一定的智能化，因此控制系統(tǒng)應(yīng)該同時(shí)具有這兩種功能。2．4本課題設(shè)計(jì)的管道射線探傷機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)經(jīng)過文獻(xiàn)查閱比較，履帶式行走機(jī)構(gòu)優(yōu)于其它機(jī)構(gòu)：首先，履帶與管壁之間的接觸面積比較大，這樣可以在之間產(chǎn)生較大的摩擦力，防止打滑，減小無(wú)用功，提高效率，在越障礙能力上，履帶式有很大優(yōu)勢(shì)。為了適應(yīng)不同的管徑范圍，本課題設(shè)計(jì)了調(diào)整機(jī)構(gòu)，在機(jī)器人支架的各兩邊，裝有螺旋絲杠結(jié)構(gòu)，他們通過中間的絲杠套相連，當(dāng)要求改變作業(yè)的管徑范圍時(shí)，可以調(diào)整絲杠套，來(lái)使機(jī)器人兩端的支架呈不同的角度，使履帶與管道壁間有最大的接觸面積，從而適應(yīng)不同的管徑。如圖25所示，為本課題的結(jié)構(gòu)原理圖。通過手動(dòng)調(diào)節(jié)兩側(cè)擺腿的張開角度，使管道機(jī)器人實(shí)現(xiàn)柔性適應(yīng)不同直徑圓管的功能，保證了履帶足與圓管管壁充分接觸，使機(jī)器人在運(yùn)行中牽引力和穩(wěn)定性都得以保證。圖31 管道機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖 Schematic diagram of pipeline robot moving bodies圖32所示為機(jī)器人不同管徑時(shí)調(diào)整擺腿角度的示意圖，通過手動(dòng)調(diào)節(jié)移動(dòng)本體的擺腿機(jī)構(gòu)，調(diào)節(jié)履帶足底面與管壁接觸位置，保持機(jī)器人履帶在圓管中接觸狀態(tài)良好，使機(jī)器人足夠的附著力和牽引力。圖32 管道機(jī)器人適應(yīng)管徑示意圖 Schematic diameter pipeline robot to adapt其次，機(jī)器人履帶足部關(guān)節(jié)可以調(diào)節(jié)，使機(jī)器人整體高度降低，從而可以進(jìn)入更矮小的管道，完成相應(yīng)的作業(yè)，增強(qiáng)了機(jī)器人的適應(yīng)性。圖33 管道機(jī)器人高度調(diào)整示意圖 Schematic diagram of pipeline robot height adjustment普通雙履帶式機(jī)器人在圓管行進(jìn)過程中，履帶與管壁只是線接觸甚至點(diǎn)接觸，使管道機(jī)器人的牽引力受到了很大影響。對(duì)于圓形管徑變化的情況，一般同一輸油管道中，管道的尺寸較統(tǒng)一，突然變徑的情況較少見，同時(shí)考慮到研發(fā)的成本和管道實(shí)際情況， 本課題提出的管道機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)具有可調(diào)整適應(yīng)管徑功能，以解決不同管徑環(huán)境下，履帶與管壁接觸不良的難題，如圖34所示，其基本原理是，事先根據(jù)管道的實(shí)際情況，調(diào)節(jié)長(zhǎng)螺栓使得機(jī)器人的兩個(gè)擺腿作橫向擺動(dòng)而張開，再調(diào)節(jié)履帶足和擺腿的連接關(guān)節(jié)，確保履帶足的履帶面與管壁保持充分接觸，以提供履帶機(jī)器人行走時(shí)必要的摩擦力。一般來(lái)說(shuō)履帶寬度遠(yuǎn)小于管道半徑，所以可以近似的認(rèn)為圓心O到履帶足中心線底部O1的連線為管道半徑?？梢愿鶕?jù)幾何關(guān)系算得：B=b+ （31） A=a+xptan （32）則相應(yīng)的管徑為： R=+a+xptan （33）該式可以在做結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)選用尺寸參數(shù)，也可用于確定機(jī)器人的適用管道范圍。根據(jù)力平衡關(guān)系易得管道壁面對(duì)履帶的正壓力N與擺腿擺角的關(guān)系為：N= （34）隨著擺角的增大，管道壁面對(duì)履帶的正壓力N也隨之增大，當(dāng)擺角為90時(shí)，N將為無(wú)窮大。將機(jī)器人兩腿向兩側(cè)對(duì)稱擺開，再調(diào)整機(jī)器人履帶足的相對(duì)位置，即可降低機(jī)器人的整體高度，如圖37所示。圖38 管道機(jī)器人高度調(diào)整尺寸示意圖 Schematic diagram of pipeline robot height adjustment size設(shè)機(jī)器人原始高度為H，調(diào)整后高度為h，則 H=a+x （35） h=acos+x （36）高度差△h為： △h=Hh=a（1cos） （37）此時(shí)機(jī)器人兩側(cè)履帶寬度變?yōu)閎+2asin，因此當(dāng)機(jī)器人高度降低后，彎管的通過性會(huì)發(fā)生變化，對(duì)于進(jìn)入扁平管道的機(jī)器人要注意管道寬度是否滿足要求。在無(wú)光線情況下紅外燈自動(dòng)打開,攝像機(jī)進(jìn)入夜色視狀態(tài)。測(cè)距傳感器：測(cè)距傳感器采用紅外測(cè)距傳感器，分別安裝在機(jī)器人的兩側(cè)和最前端，分別測(cè)出機(jī)器人到兩側(cè)管道或障礙的距離和到正前方管道或障礙的距離。電機(jī)編碼器：測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度值。擺腿有兩個(gè)關(guān)節(jié)，一個(gè)是與機(jī)體連接處，一個(gè)是與履帶足連接處，分別實(shí)現(xiàn)適應(yīng)管徑和調(diào)整高度的作用。關(guān)節(jié)1的設(shè)計(jì)應(yīng)該遵循機(jī)械傳動(dòng)的基本規(guī)則和原理，關(guān)節(jié)2在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮到手工操作的方便性以及調(diào)整以后結(jié)構(gòu)的自鎖性。履帶通過性的評(píng)價(jià)性能主要由跨越壕溝和克服垂直壁。一般來(lái)說(shuō)雙節(jié)式要比單節(jié)式具有更好的越障礙性能，針對(duì)本課題的管道機(jī)器人，對(duì)單節(jié)式的進(jìn)行分析?？朔緶峡梢杂渺o力法（即履帶緩慢行駛）和動(dòng)力法（履帶高速行駛或利用動(dòng)能來(lái)克服）。穩(wěn)定性的喪失是在履帶的重力作用線超出負(fù)重面的界限的情況下發(fā)生。如果重力作用線還未到達(dá)對(duì)面的壕壁，而履帶行走裝置的尾部已經(jīng)和第一壁脫離，那么履帶行走裝置的尾部就落入壕內(nèi)。311履帶行走裝置以靜力法通過壕溝 Walking device to track through the trenches of static method如圖311所示，如果要克服寬為B=b。如果企圖克服寬為B=a。為了能克服較寬的壕溝，在設(shè)計(jì)履帶行走裝置時(shí)應(yīng)盡量使其中心布置在履帶接地段中心處。在履帶高速通過壕溝時(shí)，當(dāng)?shù)谝回?fù)重輪脫離支撐面后，車體便開始向溝底下傾。應(yīng)用動(dòng)力法克服壕溝兩邊緣的相互位置和形狀有很大的關(guān)系，如果壕溝的前邊緣比后邊緣高則難以克服，反之則較容易克服。如果上坡狀斜面，則較易克服。上坡克服壕溝的第一階段（即履帶前端跨過壕溝時(shí)）與克服水平地面上的壕溝比起來(lái)，車輛中心是不容易超過后邊緣的。反之，履帶在下坡時(shí)第一階段能克服的壕寬較平地時(shí)要減小。圖314 克服垂直壁的三個(gè)階段 To overe the three stages of the vertical wall315第一階段的受力分析圖 Stress Analysis of the first phase of the plan316克服垂直壁時(shí)第二階段的情況 Overe the vertical wall when the second phase of the第一階段：在這階段內(nèi)，履帶先以低速與垂直壁在D點(diǎn)相接觸，然后履帶行走裝置整體發(fā)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使履帶前部沿垂直壁漸漸上移。當(dāng)D點(diǎn)低于g點(diǎn)時(shí)，履帶在觸及垂直壁后車體將發(fā)生順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，使履帶克服垂直壁成為不可能。當(dāng)后負(fù)重輪平衡肘碰上行程限制器后，履帶行走裝置車體將有兩種運(yùn)動(dòng)：履帶行走裝置重心的平移運(yùn)動(dòng)和車體的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。沿垂壁的切向反作用力的方向可能朝上，也可能朝下，為使履帶行走裝置能沿垂壁向上運(yùn)動(dòng)，該力的方向必須向上。根據(jù)這一階段終了時(shí)履帶行走裝置在垂直壁上的位置，很容易得出垂直壁高度和履帶結(jié)構(gòu)參數(shù)間的關(guān)系。由上式可知，L愈長(zhǎng)，則履帶行走裝置可能克服的垂直壁愈高，履帶行走裝置的傾斜角對(duì)克服垂直壁的高度也有影響。一般說(shuō)來(lái)，履帶行走裝置能克服垂直壁的高度不是受第一階段的限制，而是受第二階段的限制。此時(shí)應(yīng)特別注意行動(dòng)部分與地面的撞擊，因此當(dāng)履帶行走裝置重心越過垂直壁線后而履帶行走裝置前端開始下落時(shí)，必須停止供能，有時(shí)還要制動(dòng)，使履帶慢慢落于頂壁。SolidWorks為達(dá)索系統(tǒng)（Dassault Systemes ）下的子公司，專門負(fù)責(zé)研發(fā)與銷售機(jī)械設(shè)計(jì)軟件的視窗產(chǎn)品。SolidWorks 能夠提供不同的設(shè)計(jì)方案、減少設(shè)計(jì)過程中的錯(cuò)誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。SolidWorks操作界面如圖41所示。“全動(dòng)感的”的用戶界面減少設(shè)計(jì)步驟，減少了多余的對(duì)話框，從而避免了了界面的零亂。屬性管理員包含所有的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和參數(shù)，而且操作方便、界面直觀。SolidWorks資源管理器是唯一一個(gè)同Windows資源器類似的CAD文件管理器。用戶可以直接從特征模版上調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)的零件和特征，并與同事共享。2）配置管理 配置管理是SolidWorks軟件體系結(jié)構(gòu)中非常獨(dú)特的一部分，它涉及到零件設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)和工程圖。3）協(xié)同工作 SolidWorks 提供了技術(shù)先進(jìn)的工具，使得你通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行協(xié)同工作。eDrawings是一種極度壓縮的、可通過電子郵件發(fā)送的、自行解壓和瀏覽的特殊文件。三維托管網(wǎng)站是SolidWorks提供的一種服務(wù)，你可以在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)，快速地查看產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。 用3D Meeting通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)地協(xié)同工作。4）裝配設(shè)計(jì) 在SolidWorks 中，當(dāng)生成新零件時(shí)，你可以直接參考其他零件并保持這種參考關(guān)系。對(duì)于超過一萬(wàn)個(gè)零部件的大型裝配體，SolidWorks 的性能得到極大的提高。 用智能零件技術(shù)自動(dòng)完成重復(fù)設(shè)計(jì)。 鏡像部件是SolidWorks 技術(shù)的巨大突破。 SolidWorks 用捕捉配合的智能化裝配技術(shù)，來(lái)加快裝配體的總體裝配。5）工程圖 SolidWorks 提供了生成完整的、車間認(rèn)可的詳細(xì)工程圖的工具。 從三維模型中自動(dòng)產(chǎn)生工程圖，包括視圖、尺寸和標(biāo)注。 使用RapidDraft技術(shù)，可以將工程圖與三維零件和裝配體脫離，進(jìn)行單獨(dú)操作，以加快工程圖的操作，但保持與三維零件和裝配體的全相關(guān)。交替位置顯示視圖是專門為具有運(yùn)動(dòng)關(guān)系的裝配體而設(shè)計(jì)的獨(dú)特的工程圖功能。通過拉伸、旋轉(zhuǎn)、薄壁 特征、高級(jí)抽殼、特征陣列以及打孔等操作來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。 三維草圖功能為掃描、放樣生成三維草圖路徑，或?yàn)楣艿?、電纜、線和管線生成路徑。可以直觀地對(duì)曲面進(jìn)行修剪、延伸、倒角和縫合等曲面的操作?？梢灾苯邮褂酶鞣N類型的法蘭、薄片等特征，正交切除、角處理以及邊線切口等鈑金操作變得非常容易。螺桿的高度為69mm，螺紋的高度為35mm，牙型為等腰三角形，牙型角為30度，單線螺紋。圖44螺旋套 Screw sets（3）履帶支撐架履帶支撐架是驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的支撐部分，履帶軸，驅(qū)動(dòng)電機(jī)，都由其來(lái)固定，機(jī)器人的腿部結(jié)構(gòu)與其連接，如圖45，支撐架高度40mm，寬度40mm，總長(zhǎng)180mm。圖46連接架 Connection frame（5）履帶如圖47所示圖47 履帶 Track（6）履帶輪如圖48所示，履帶輪直徑為40mm圖48履帶輪 Track wheels（7）平臺(tái)架平臺(tái)架與連接架相連，如圖49所示，長(zhǎng)度為140mm，寬度為100mm，其上經(jīng)過加工裝載傳感器，X射線