管道清洁机器人通过性研究

【摘要】：随着工业管道的大量使用,管道需要检测、维修、清理亟待解决,而管道是一种特殊环境,其特点是空间狭小,存在大量的非结构性管道,长期使用会造成堵塞,需定期清理,传统的人工清理维修显得极不现实,管道机器人在这方面的应用很有必要性。经过数十年的发展,管道机器人技术取得了长足的进步,但是距离实际应用还有一定距离,目前的管道机器人通过性主要局限在直管且智能化程度不高,对弯管,变径管,T型管的通过性就显得力不从心。本文着重对管道机器人在管道内的通过性进行了研究。论文的主要工作如下:(1)在查阅和掌握大量管道机器人相关文献和资料的基础上,并结合管道环境特点及作业需求,通过综合对比分析,设计了新型的管道清洁机器人本体结构,最后基于PRO/E软件对机器人进行了参数化建模。(2)对管道机器人的运动学和动力学问题进行了详细的分析研究,包括机器人的管内运动阻力、姿态偏转、径向调节运动、越障能力等问题。对于变径机构,先建立其运动学、动力学方程,求得各个关节的速度、加速度、反力,基于Matlab/Simulink建立了仿真模型,对其进行了运动学、动力学仿真。(3)对弯管、T型管进行了几何描述,并建立弯管数学模型和T型管的几何模型;推导出机器人通过弯管、T型管所要满足的运动条件,得出机器人在通过弯管、变径管、T型管时,需满足相应的运动条件;根据机器人行走机构与管壁的运动干涉问题,对行走机构进行了改进,并建立行走机构的运动学、动力学方程,对其进行了仿真。(4)基于ADAMS软件对机器人在直管、变径管、弯管的运动和受力进行了仿真分析,并对机器人在直管中弹簧预紧力和牵引力进行了仿真分析,得出机器人运动的位移、速度、加速度、力矩等曲线,仿真结果表明所设计的机器人可以顺利通过这三种类型的管道。 【关键词】：管道机器人 管道通过性 弯管 T型管 ADAMS仿真
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 课题研究的背景与意义12-13
• 1.1.1 研究背景12
• 1.1.2 研究意义12-13
• 1.2 课题研究现状13-19
• 1.2.1 管道机器人的研究现状13-17
• 1.2.2 管道机器人存在的问题17-19
• 1.3 本论文的内容安排19-20
• 第2章 管道清洁机器人机械结构的设计20-27
• 2.1 引言20
• 2.2 管道清洁机器人主要设计参数和技术指标20
• 2.3 机器人方案设计20-21
• 2.4 机器人在管内的行走方式21-22
• 2.5 移动机构的设计22-23
• 2.6 径向调节机构的设计23-24
• 2.7 操作臂的设计24-25
• 2.8 机器人卸料机构的设计25
• 2.9 吸尘装置的设计25
• 2.10 管道清洁机器人的整机结构25-26
• 2.11 本章小结26-27
• 第3章 管道清洁机器人的运动学和动力学分析27-40
• 3.1 引言27
• 3.2 管道清洁机器人移动机构运动学及力学分析27-34
• 3.2.1 移动机构运动分析28-29
• 3.2.2 机器人移动机构动力分析29-34
• 3.3 管道清洁机器人径向调节机构运动及力学分析34-38
• 3.3.1 管道清洁机器人径向调节机构运动分析34-35
• 3.3.2 变径机构动力学分析35-38
• 3.4 机器人的越障能力分析38-39
• 3.5 本章小结39-40
• 第4章 管道清洁机器人的管内行走分析40-57
• 4.1 引言40
• 4.2 机器人在管内的姿态40-41
• 4.3 机器人在弯管内的通过性分析41-47
• 4.3.1 圆弧弯道的几何描述41-42
• 4.3.2 机器人圆弧弯道内的运动状态42
• 4.3.3 过渡阶段运动速度分析42-46
• 4.3.4 旋转阶段的运动速度分析46-47
• 4.4 机器人在T型管道里的通过性分析47-51
• 4.4.1 T型管道的几何描述47-48
• 4.4.2 从主管道转入侧管道48-50
• 4.4.3 越过侧管道50-51
• 4.5 机器人变径机构的改进51-56
• 4.5.1 原撑开机构51-52
• 4.5.2 改进型撑开机构52-53
• 4.5.3 运动学分析53
• 4.5.4 动力学分析53-56
• 4.6 本章小结56-57
• 第5章 基于ADAMS软件的管道机器人运动学仿真57-69
• 5.1 引言57
• 5.2 ADAMS软件介绍57-58
• 5.3 虚拟样机技术58
• 5.4 管道清洁机器人的仿真分析58-59
• 5.5 管道清洁机器人虚拟样机的简化59
• 5.6 管道清洁机器人样机的导入59
• 5.7 运行管道清洁机器人系统59-60
• 5.8 仿真结果60-67
• 5.9 本章小结67-69
• 总结与展望69-70
• 参考文献70-74
• 致谢74-75
• 附录A 攻读硕士学位期间所获得的学术成果75

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