学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

小管径工程管道机器人及其驱动特性研究

作　者: 史晓萌
导　师: 唐德威
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 小管径管道机器人驱动特性结构设计仿真分析
分类号: TP242.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 102次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

多年来,小管径工程管道的管内检测、防腐及维护等作业一直受限于管道机器人驱动技术的落后而难以自动进行,其主要原因在于人们还没有打破传统管道机器人单驱动截面、三支撑径向定位思维定式的限制,致使狭小管内空间的小管径管道机器人的驱动轮直径很小,这就严重影响了这种管道机器人的驱动性能,限制了这种机器人的理论研究与实际应用。本文在机器人技术与系统国家重点实验室自主课题基金项目支持下,针对小直径管道的特定环境,设计了一种新型小管径工程管道机器人,从理论上对其驱动性能进行了分析,并进行了仿真验证。提出了几种适合小管径管道机器人的驱动方案,通过对比各方案的优缺点及可行性,得到了新型轮式驱动方案形式,并设计了具有这种驱动形式的管道机器人。对所设计的管道机器人的管径适应性、越障性能、直管和弯管的拖动力、弯管通过时的功率损失进行了理论分析,建立了管道机器人直管拖动、直管越障、弯管拖动的力学分析模型,推导出了拖动力和预紧力的关系公式,给出了一种弯管运动时的机体姿态分析方法。依据理论分析结果,对这种管道机器人的关键尺寸进行了优化设计。完成了新型轮式小管径工程管道机器人的结构设计,使用有限元软件对关键零部件进行了刚度与强度校核分析。利用三维造型软件,建立了新型轮式小管径工程管道机器人的三维模型。建立了小管径管道机器人的仿真模型和几种简单的仿真管道,通过对管道机器人的输出拖动力、越障性能及通过弯管时的姿态变化仿真分析,验证了本文理论推导及所建立的相应数学模型的正确性,同时也验证了本文所提出驱动方案在小管径工程管道机器人上应用的可行性,为这种管道内机器人技术的进一步研究奠定了基础。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-19
  1.1 课题背景及来源  10
  1.2 课题研究的意义和目的  10-11
  1.3 管道机器人的发展状况  11-18
  1.4 课题主要研究内容  18-19
第2章小管径工程管道机器人的方案设计与分析  19-28
  2.1 引言  19
  2.2 小管径工程管道机器人的设计要求  19
  2.3 小管径工程管道机器人驱动方案的设计  19-27
    2.3.1 凸轮驱动方案  19-22
    2.3.2 电磁驱动方案  22
    2.3.3 液压驱动方案  22-25
    2.3.4 轮式驱动方案  25-27
    2.3.5 小管径工程管道机器人驱动方案的确定  27
  2.4 本章小结  27-28
第3章小管径工程管道机器人驱动特性分析  28-46
  3.1 引言  28
  3.2 管径适应机构分析  28-30
  3.3 越障分析  30-33
    3.3.1 越障的几何分析  30-31
    3.3.2 越障的力学分析  31-33
  3.4 拖动力力学建模与分析  33-42
    3.4.1 预紧力分析  33-35
    3.4.2 直管拖动的建模与分析  35-37
    3.4.3 弯管拖动的建模与分析  37-42
  3.5 过弯时的功率损失  42-43
  3.6 杆机构的优化  43-45
    3.6.1 优化的目标函数和约束条件  44
    3.6.2 优化结果  44-45
  3.7 本章小结  45-46
第4章小管径管道机器人的结构设计  46-56
  4.1 引言  46
  4.2 机体的整体设计  46
  4.3 主驱动机构设计  46-51
    4.3.1 驱动电机的选择和传动轮系的设计  46-48
    4.3.2 驱动轮和惰轮的结构设计  48-49
    4.3.3 齿轮杆组的结构设计  49
    4.3.4 电机滑块的结构设计  49-50
    4.3.5 两组驱动机构的连接  50-51
  4.4 预紧机构的设计  51-53
    4.4.1 预紧电机的选择和螺旋传动机构的设计  51-52
    4.4.2 预紧弹簧设计  52
    4.4.3 钢丝绳的圆周布置  52-53
  4.5 扶正机构设计  53-54
  4.6 机壳结构的有限元分析  54-55
  4.7 本章小结  55-56
第5章小管径管道机器人驱动特性仿真  56-65
  5.1 引言  56
  5.2 仿真模型的建立  56-57
  5.3 管道机器人直管运行仿真  57-60
    5.3.1 直管运动仿真模型的建立  57-58
    5.3.2 最大拖动力与弹簧预紧力  58-59
    5.3.3 驱动轮接触力  59-60
    5.3.4 扶正力  60
  5.4 管道机器人直管越障仿真  60-62
    5.4.1 越障仿真模型的建立  60-61
    5.4.2 越障时的驱动轮接触力  61-62
    5.4.3 越障时的弹簧预紧力  62
  5.5 管道机器人弯管运行仿真  62-64
    5.5.1 弯管运动仿真模型的建立  62-63
    5.5.2 过弯时的弹簧预紧力  63
    5.5.3 过弯时的驱动轮接触力  63-64
  5.6 本章小结  64-65
结论  65-66
参考文献  66-71
致谢  71

小管径工程管道机器人及其驱动特性研究

内容摘要

全文目录

相似论文