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管道机器人越障能力及拖动力研究

作　者: 朱新忠
导　师: 许冯平
学　校: 大庆石油学院
专　业: 油气田地面工程
关键词: 管道机器人管径适应性拖动力过弯道虚拟样机
分类号: TP242.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 207次
引　用: 3次
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内容摘要

作为特种机器人的一种,管道机器人能够进入到人所不及、环境复杂的埋地管道内,完成管道焊缝检查、腐蚀、泄漏检测及管道清洗等作业。本论文是结合大庆高新开发区创新基金研发项目“排水管道清淤装置的研制”(项目编号:DQGX07YF001)这一课题下完成的。在完成课题的过程中,采用了理论研究、虚拟样机仿真实验和物理样机实验相结合的方法。以在较大直径管道(φ400～550mm)内爬行的机器人为研究对象,分别对管道机器人的管径适应调节性、弯道通过性和拖动力三个方面的理论问题进行了深入研究。针对管道机器人在行走过程中管径适应性问题,综述了几种管径适应调节机构,并利用数学建模的方法对它们进行了性能方面的分析比较;提出了一种新型管径适应调节机构——平行四边形弹性腿,并利用ADAMS进行了优化设计。针对弯道通过性问题,对管道机器人在弯道处的尺寸限制进行了分析;建立相应的矩阵方程,得到了管道机器人通过弯道的轨迹;利用仿真实验的手段验证了管道机器人的弯道通过性。针对拖动力不足的问题,分析了管道机器人在行走过程中所受的阻力,提出了一种新型行走驱动机构——行走驱动臂,以提高管道机器人的整体拖动力。最后,结合上述的平行四边形弹性腿调节机构和行走驱动臂机构,提出了一种管道机器人整体设计方案,研制了物理样机。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-6
创新点摘要  6-9
第一章绪论  9-17
  1.1 课题的来源、研究背景及意义  9-10
  1.2 管道机器人技术的发展状况  10-16
  1.3 本论文研究的主要内容  16-17
第二章管道机器人管径适应性研究  17-32
  2.1 管径适应调节的必要性  17-18
  2.2 几种管径适应调节方式的力学分析  18-24
    2.2.1 蜗轮蜗杆—支撑连杆式  18-20
    2.2.2 剪叉式升降机式  20-21
    2.2.3 丝杠螺母—支撑连杆式  21-24
  2.3 一种新型管径适应调节机构的设计  24-28
    2.3.1 结构设计  24-26
    2.3.2 调节过程  26-28
  2.4 管径适应调节机构的结构优化  28-31
    2.4.1 结构优化  28-29
    2.4.2 仿真实验  29-31
  2.5 本章小结  31-32
第三章管道机器人的弯道通过性研究  32-41
  3.1 通过弯道时的尺寸限制  32-34
    3.1.1 通过垂直弯道  32-33
    3.1.2 通过非垂直弯道  33-34
  3.2 通过弯道时的运动分析  34-37
    3.2.1 过渡阶段  35-37
    3.2.2 旋转阶段  37
  3.3 过弯道的运动仿真  37-40
  3.4 本章小结  40-41
第四章管道机器人的拖动力研究  41-53
  4.1 行走过程中的阻力分析  41-44
    4.1.1 缆线在直管内  41-42
    4.1.2 缆线在弯管内  42-43
    4.1.3 缆线在含有淤泥的管道内  43-44
  4.2 几种行走驱动方式的对比分析  44-46
    4.2.1 蜗轮蜗杆—行星轮系式  44-45
    4.2.2 蜗轮蜗杆—链条式  45-46
  4.3 一种新型行走驱动机构的设计  46-48
  4.4 行走驱动机构拖动力的计算  48-49
  4.5 仿真实验  49-52
    4.5.1 直管内爬行  49-50
    4.5.2 拖动力仿真  50-52
  4.6 本章小结  52-53
第五章排水管道自动清淤装置的研制  53-63
  5.1 本体部分的设计  53-55
    5.1.1 设计的要求  53
    5.1.2 结构设计  53-55
  5.2 清洗作业装置的设计  55-62
    5.2.1 结构设计  57-58
    5.2.2 相关参数的选择  58-60
    5.2.3 排水管道自动清淤装置拖动力计算  60-62
  5.3 本章小结  62-63
结论  63-64
参考文献  64-67
发表文章目录  67-68
致谢  68-69
详细摘要  69-76

管道机器人越障能力及拖动力研究

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