管道蠕行机器人的结构与驱动设计毕业论文

论文总字数：14217字

摘 要

本文通过对管道移动技术与微小民用型机器人结构的分析，在总结现有的管道机器人设计方案的基础上，确定了管道蠕行机器人机动部分的结构，经分析比较后确定了新型管道蠕动机器人行走的总体可靠设计方案，并据此方案完成了机器人行走部分结构设计，对机器人的行走特性进行了研究，提出了使机器人在管道内能够保持稳定运行的方法.通过对机器人机构的设计和机器人在直管道内运动情况的思考研究，进一步验证了设计思想的可行性，最后通过了结构与安全强度的各部分验证。

关键词: 管道蠕行机器人；结构设计；行走特性

Pipeline creeping robot structure and drive design

Abstract

Based on the analysis of pipeline technology and micro robot structure, this paper determines the structure of the maneuvering part of the pipeline creeping robot based on the existing pipeline robot design scheme. After analysis and comparison, the new pipeline creeping robot is determined. The overall reliable design of the walking, and the structural design of the walking part of the robot is completed according to this scheme. The walking characteristics of the robot are studied, and the method of keeping the robot stable in the pipeline is proposed. Through the design and robot of the robot mechanism The research on the motion in the straight pipeline further verified the feasibility of the design idea, and finally passed the verification of each part of the structure and safety intensity.

Key words: Pipe creeping robot，structural design， walking characteristics

目录

摘 要Ⅰ

AbstractⅡ

第一章 绪 论1

1.1管道机器人常见问题分析1

1.2 国内外发展趋势1

1.3本文课题的主要任务与意义2

第二章 管道蠕动机器人总体设计方案4

2.1 本课题管道机器人设计总体要求4

2.2 移动方式4

2.3管道机器人自适应变管径设计5

2.3.1各支腿单独调整方式5

2.3.2支腿整体调整方式6

第三章驱动结构设计与校验8

3.1传动方案8

3.1.1 传动方案概述8

3.1.2同步链传动设计8

3.2 行驶阻力分析8

3.3 减速器选择10

3.3.1 考虑驱动能力时减速比的计算11

3.3.2 考虑最高运行速度传动比时减速比的计算11

3.4 驱动能力校核11

3.5 运动速度校核11

第四章 齿轮传动结构设计与计算12

4.1 初始条件12

4.2 计算结果13

4.3 计算结论 考虑最高运行速度传动比时减速比的计算14

第五章 主轴等其它重要部件的设计与校核15

5.1 主轴强度校核15

5.1.1 按扭矩强度条件计算15

5.1.2 按弯扭合成强度条件计算17

5.2 主轴上键的选择与校验18

5.3主轴压紧弹簧的选择与校验19

5.4 主轴上蜗杆传动功率19

第六章 结束语20

致谢21

参考文献22

第一章 绪 论

1.1管道机器人常见问题分析

管道的检测和维修所使用的一般为行走机器人或者蠕行机器人，但是行走机器人在结构设计上更为复杂，也就增加了设计和制造成本，并且行走机器人面对管径有变化的管道和管道线路复杂的情况使用起来并不容易。

而蠕行机器人在这方面相对来说更有优势，并且它的适应性和稳定性较行走机器人而言更好。蠕行机器人对运动弹簧的弹性要求较高，其工作原理是依靠电磁定位器使得弹簧伸缩，并且还需要依靠管道内壁与定位器磁力的摩擦力来实现前进和后退的运动。本次设计的蠕行机器人能够适应各种材质的管道，且能够在一定范围变管径的管道中适当调整自身结构大小，实现前进和后退等本课题要求设计的管道机器人，关键问题如下：

1）能在管道中前进，后退，停留，拐弯；

2）通过摄像头了解管内情况，并把图像传送出管道；

3）能在变径管道内自由行径调整自身大小，并可以越过部分障碍；

4）机器人能在垂直管道内爬行与做其它运动。

1.2 国内外发展趋势

目前管道和机器人以及管道机器人领域依然是传统与新兴发达国家的天下，美德日从上个世纪70年代起就相继研制出多款管道机器人，欧美其他国家与韩国，以色列等国家也紧随其后，研制出的机器人各自在某些方面有着自己独到的特点。

国外最先是对石油天然气管道机器人技术进行研究，后来随着计算机、自动化等各种科学技术的飞速发展，用于检测管道的机器人技术在 90 年代初期得以飞速发展，对于之后机器人在各方面的应用提供了非常大的帮助。

国内上个世纪基本没有什么对于微型机器人有较大意义的研究，步入21世纪，我国国力空前发展，管道设施遍布国民经济的各个领域，国内各大高校与研究部门开始重视管道机器人的研究，因此短短十几年间我国管道机器人邻域成果丰富，但比起美国等顶级强国仍有巨大的差距。

图1-1 德国AliveAdria等研制的MAKRO-PLUS管道机器人

图1-2 日本Nagaya Kosuke等研制的履带磁式管道机器人

图1-3 上海交通大学研制的煤气管道检测机器人

1.3 本课题的主要任务与意义

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