管道机器人的数字化设计(附件)
本文设计了一种管道检测机器人，机器人配有摄像头，可用来检测400-1100mm管径的管道，本文对该机器人的机身结构，自适应性，姿态调整，驱动装置和电机的选用进行分析设计，最终方案采用列车连接结构，伸缩结构和“伞”型结构，以适应管道内部的弯道和大范围内径变化管道。通过电气控制，使各电机顺序动作以完成过弯，通过新型吊环的调节始终保持摄像装置与水平面的平行。并用soildworks进行建模。关键词 自适应性，伸缩结构，内径变化，新型吊环，Solidworks
目 录
1 绪论 1
1.1 管道机器人的概念 1
1.2 管道机器人的应用范围 1
1.3 国内外研究展望 1
1.4 管道机器人的现状和研究意义 2
2 设计内容和设计方案的分析 3
2.1控制方式的选择 3
2.1.1有线控制的方式 3
2.1.2 无线控制的方式 3
2.2 驱动方式的选择 4
2.2.1 轮式驱动爬行 4
2.2.2 履带驱动爬行 4
2.3 爬行器的姿态调整方式 4
2.3.1 传感器的调整 4
2.3.2 运用吊篮调整 5
2.3.3 运用新式吊篮调整 5
2.4 自适应分析 6
2.4.1 伸缩臂长和加弹簧方式 6
2.4.2 伸缩臂和“伞”型摇杆 6
2.5 方案的基本确定 6
2.5.1 机身的设计 7
2.5.2传动机构的设计 9
2.5.3进给丝杠和螺母的设计 9
2.5.4 联轴器的选择 14
2.5.5 键的选择 14
2.6 稳定环的设计 14
2.7 轴承的设计 16
2.8 爬行器支撑杆的设计 16
2.9 驱动轮的设计 17 2.10 管道爬行的实现 18
2.11 管道内路口转弯的实现 19
5电气控制元器件的选取 21
5.1 机身内主电机参数计算与选取 21
5.1.1 驱动轮电机的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
参数计算 21
5.1.2 机身电机的参数计算 22
5.1.3 动力源的确定 24
5.2 电源的选取 24
结 论 25
致 谢 26
参 考 文 献 27 1 绪论
1.1 管道机器人的概念
管道机器人是可以在管道内由工作人员的操作下进行作业的机器人,比方说检测，清洁，修补，维护等等。管道机器人配置由一个或者多个传感器和操作装置(比方说毛刷,高压喷枪,摄像机)。管道机器人应用范围极广，在石油工业，化工业，核工业，城市管道建设等各方面都有应用。
1.2 管道机器人的应用范围
管道机器人在包装领域的应用
用于各种包装的管材产品要求相对较高的精度，因此需要在加工和使用过程中进行精确的检测，很多管道结构比较复杂，不方便进行检测。但是使用微管机器人技术很容易解决这些问题。
石油工业中管道机器人的应用
石油和天然气一直以来都使管道机器人应用的重点领域。中国石油天然气资源地域分配不均，南北温差很大。需要用到管道的地方极多，比如天然气石油运输管道，集油管道，运送相关物资的管道，供水管道等等，为了对这些管道完成检测，清洁等工作，对于不同种类管道机器人的应用极多，但是管道机器人的应用还处于上升期，仍然有许多不足，伴随着石油化工类工业的发展，油、气管道机器人的应用水平在未来一定会逐渐提高。
管道机器人在城市排水的应用
随着城市排水管道的排水逐渐变大，废水中的杂物污渍会给污染管道，造成其堵塞，腐蚀，使管道损坏。管道机器人可以进入地下管道中完成清洁，养护等一系列操作，减少管道的损坏。
管道机器人在生活上的应用
管道机器人在城市生活中也很常见，酒店超市等公共场所利用管道机器人进行油污管道的去污，管道机器人已经走入人们的生活，很多城市公安消防部已经硬性规定酒店管道油渍必须每三个月清洗一次，否则管道里内油脂厚度达到5cm就极易引起火灾，造成安全隐患，而这些管道人力进入困难，而且清洗不便，所以管道机器人的应用极为普遍，类似的还有中央空调通风管道的清洗，中央空调管道不清洗里面积尘容易传播病菌，被使用者吸入引发疾病，增加空调能耗，减少空调寿命，为了保证管道的安全卫生，管道清洁机器人的使用必不可少。
1.3 国内外研究展望
经过多年国内外学者的研究，管道机器人目前已经形成了比较完善的系统，同时在实际的应用中取得了预期的效果。尤其是在焊接，清洁，检查，修理等方面，可这些功能仅仅只是适用于对口径比较大的管道。小直径的管道机器人仍然有许多问题等待解决： 如何提供较大去污力；能源供给方式； 管道内外的信号传送。
欧洲早在上个世纪70年代就开展了对管道机器人的探索，管道机器人很早就已经达到实际应用的水平。最早开始对管道机器人进行研究的是法国人，日本是其行业的佼佼者，例如，日本The University of Tokyo提出的THES型机器人。 还有早期俄罗斯发明的月球车，月球车是一个平行机器人，装备了俄罗斯早期提出的九个驱动器驱动。采用了平行传动机构，可以翻转摄像机进行多角度拍摄，维护部件可以成多角度。比较有名的还有由韩国成均馆大学提出了名叫做MINSPECT的机器人，把机器人的能量传输与传统的电机传输功率进行比较，这种MINSPECT机器人在各种组件之间使用万向接头，并且使用弹簧支撑，利用弹簧的形变以适应各种管径的管道。其每个支撑点都采用了两个驱动轮进行支撑，使其平稳性能良好，除此之外的设备则可以用来完成其他各项工作[1]。
中国对管道机器人的研究相比与欧洲晚了很多。例如，上海交大提出了煤气管道检测机器人，该机器人第一次采用并联结构，即采用多节机身链接形成整体，对国内相关管道机器人的研究发展起到了关键的影响。该机器人的设计采用了特殊的四边形结构，有良好的自适应性，并且采用轮腿的方式行进。清华大学自主发明了一种蠕动型机器人，其结构紧凑，名为Pipesbot，机器人由三个直流电机带动三个径向均匀分部的驱动轮，采用全驱动，通过改变四边形连接点的位移来实现自适应，从而使机构可以形成不同的转弯半径，用以适应各种管径的变化[1]。
目 录
1 绪论 1
1.1 管道机器人的概念 1
1.2 管道机器人的应用范围 1
1.3 国内外研究展望 1
1.4 管道机器人的现状和研究意义 2
2 设计内容和设计方案的分析 3
2.1控制方式的选择 3
2.1.1有线控制的方式 3
2.1.2 无线控制的方式 3
2.2 驱动方式的选择 4
2.2.1 轮式驱动爬行 4
2.2.2 履带驱动爬行 4
2.3 爬行器的姿态调整方式 4
2.3.1 传感器的调整 4
2.3.2 运用吊篮调整 5
2.3.3 运用新式吊篮调整 5
2.4 自适应分析 6
2.4.1 伸缩臂长和加弹簧方式 6
2.4.2 伸缩臂和“伞”型摇杆 6
2.5 方案的基本确定 6
2.5.1 机身的设计 7
2.5.2传动机构的设计 9
2.5.3进给丝杠和螺母的设计 9
2.5.4 联轴器的选择 14
2.5.5 键的选择 14
2.6 稳定环的设计 14
2.7 轴承的设计 16
2.8 爬行器支撑杆的设计 16
2.9 驱动轮的设计 17 2.10 管道爬行的实现 18
2.11 管道内路口转弯的实现 19
5电气控制元器件的选取 21
5.1 机身内主电机参数计算与选取 21
5.1.1 驱动轮电机的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
参数计算 21
5.1.2 机身电机的参数计算 22
5.1.3 动力源的确定 24
5.2 电源的选取 24
结 论 25
致 谢 26
参 考 文 献 27 1 绪论
1.1 管道机器人的概念
管道机器人是可以在管道内由工作人员的操作下进行作业的机器人,比方说检测，清洁，修补，维护等等。管道机器人配置由一个或者多个传感器和操作装置(比方说毛刷,高压喷枪,摄像机)。管道机器人应用范围极广，在石油工业，化工业，核工业，城市管道建设等各方面都有应用。
1.2 管道机器人的应用范围
管道机器人在包装领域的应用
用于各种包装的管材产品要求相对较高的精度，因此需要在加工和使用过程中进行精确的检测，很多管道结构比较复杂，不方便进行检测。但是使用微管机器人技术很容易解决这些问题。
石油工业中管道机器人的应用
石油和天然气一直以来都使管道机器人应用的重点领域。中国石油天然气资源地域分配不均，南北温差很大。需要用到管道的地方极多，比如天然气石油运输管道，集油管道，运送相关物资的管道，供水管道等等，为了对这些管道完成检测，清洁等工作，对于不同种类管道机器人的应用极多，但是管道机器人的应用还处于上升期，仍然有许多不足，伴随着石油化工类工业的发展，油、气管道机器人的应用水平在未来一定会逐渐提高。
管道机器人在城市排水的应用
随着城市排水管道的排水逐渐变大，废水中的杂物污渍会给污染管道，造成其堵塞，腐蚀，使管道损坏。管道机器人可以进入地下管道中完成清洁，养护等一系列操作，减少管道的损坏。
管道机器人在生活上的应用
管道机器人在城市生活中也很常见，酒店超市等公共场所利用管道机器人进行油污管道的去污，管道机器人已经走入人们的生活，很多城市公安消防部已经硬性规定酒店管道油渍必须每三个月清洗一次，否则管道里内油脂厚度达到5cm就极易引起火灾，造成安全隐患，而这些管道人力进入困难，而且清洗不便，所以管道机器人的应用极为普遍，类似的还有中央空调通风管道的清洗，中央空调管道不清洗里面积尘容易传播病菌，被使用者吸入引发疾病，增加空调能耗，减少空调寿命，为了保证管道的安全卫生，管道清洁机器人的使用必不可少。
1.3 国内外研究展望
经过多年国内外学者的研究，管道机器人目前已经形成了比较完善的系统，同时在实际的应用中取得了预期的效果。尤其是在焊接，清洁，检查，修理等方面，可这些功能仅仅只是适用于对口径比较大的管道。小直径的管道机器人仍然有许多问题等待解决： 如何提供较大去污力；能源供给方式； 管道内外的信号传送。
欧洲早在上个世纪70年代就开展了对管道机器人的探索，管道机器人很早就已经达到实际应用的水平。最早开始对管道机器人进行研究的是法国人，日本是其行业的佼佼者，例如，日本The University of Tokyo提出的THES型机器人。 还有早期俄罗斯发明的月球车，月球车是一个平行机器人，装备了俄罗斯早期提出的九个驱动器驱动。采用了平行传动机构，可以翻转摄像机进行多角度拍摄，维护部件可以成多角度。比较有名的还有由韩国成均馆大学提出了名叫做MINSPECT的机器人，把机器人的能量传输与传统的电机传输功率进行比较，这种MINSPECT机器人在各种组件之间使用万向接头，并且使用弹簧支撑，利用弹簧的形变以适应各种管径的管道。其每个支撑点都采用了两个驱动轮进行支撑，使其平稳性能良好，除此之外的设备则可以用来完成其他各项工作[1]。
中国对管道机器人的研究相比与欧洲晚了很多。例如，上海交大提出了煤气管道检测机器人，该机器人第一次采用并联结构，即采用多节机身链接形成整体，对国内相关管道机器人的研究发展起到了关键的影响。该机器人的设计采用了特殊的四边形结构，有良好的自适应性，并且采用轮腿的方式行进。清华大学自主发明了一种蠕动型机器人，其结构紧凑，名为Pipesbot，机器人由三个直流电机带动三个径向均匀分部的驱动轮，采用全驱动，通过改变四边形连接点的位移来实现自适应，从而使机构可以形成不同的转弯半径，用以适应各种管径的变化[1]。
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